CN105449160B - 一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片及制备方法，自上而下包括第一正极料层、铝箔和第二正极料层，所述铝箔的表面设有空铝箔部，空铝箔部焊接有正极耳，所述空铝箔部的下半部表面贴设有防断裂胶，所述正极耳从上至下包括有盖帽焊接部、中部焊接部和尾部，所述尾部贴设于所述防断裂胶的表面，所述中部焊接部设置在所述空铝箔部的中部位置，所述正极耳的盖帽焊接部伸出所述空铝箔部的上端，制备时将涂覆好正极料的空铝箔部贴防断裂胶，然后焊接已经缠绕好绕胶的正极耳，再在正极片两面的空铝箔部贴一层极耳胶，该正极片结构简单，防断裂效果好，可支持高体积能量密度的锂离子电池使用。

Description

一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片及制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片及制备方法。
背景技术
随着电子技术的不断发展，锂离子电池的应用越来越广泛。基于市场的要求，使用锂离子电池的产品持续工作时间越长越好，这就要求给其提供电能的锂离子电池拥有更高的体积能量密度。设计高体积能量密度的锂离子电池时，正负极片的面密度及压实密度均很大。
当电芯注液后，正负极片厚度开始反弹。化成和分容后，正负极片厚度进一步反弹，正负极片各个位置都有很大的应力，导致正极极耳处容易出现L裂痕，如图1所示，空铝箔部1上设有正极耳2，在空铝箔部1和正极耳2焊接处出现有L型裂痕10。严重影响电池的电性能和安全性能，如图2所示，假如正极耳出现U型裂痕11，就会直接导致电芯失效。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，其具有结构简单，防断裂效果好的特点，可支持高体积能量密度的锂离子电池使用。
本发明的另一发明目的是提供一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片的制备方法，其具有工艺简单，效率高，得到的锂离子电池正极片防断裂效果好。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，自上而下包括第一正极料层、铝箔和第二正极料层，所述铝箔的表面设有纵向设置的空铝箔部，空铝箔部焊接有正极耳，所述空铝箔部的下半部表面贴设有防断裂胶，所述正极耳从上至下包括有盖帽焊接部、中部焊接部和尾部，所述尾部贴设于所述防断裂胶的表面，所述中部焊接部设置在所述空铝箔部的中部位置，所述正极耳的盖帽焊接部伸出所述空铝箔部的上端。
其中，所述正极耳的盖帽焊接部与中部焊接部之间还设有绕胶部，绕胶部上设有绕胶，绕胶部的宽度与所述正极耳的宽度一致，所述绕胶部的长度为13-15mm。
其中，所述绕胶部的下端贴设所述空铝箔部的上部。
其中，所述绕胶部伸入空铝箔部分的长度为绕胶部总长度的2/7-3/7。
其中，所述绕胶的绕折圈数为1.5圈。
其中，所述正极耳的尾部伸入所述防断裂胶的长度为正极耳总长度的9/57-58～11/57-58。
其中，所述防断裂胶的长度为所述空铝箔部的长度比例为22-24:57-59。
其中，所述防断裂胶的宽度比所述空铝箔部的宽度大1-2mm。
其中，所述正极耳的表面还贴覆有极耳胶，极耳胶的宽度大于所述空铝箔部的宽度。
其中，所述正极耳与所述铝箔的长度相等。优选的，本发明的正极片的长度为44-62mm，具体正极片的高度或本发明所述的长度为57.5mm，适用于18650电芯；正极片的高度或本发明所述的长度为44mm，适用于18500电芯；正极片的高度或本发明所述的长度为62mm，适用于18700电芯。
一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1、在铝箔的正、反面上分别涂覆第一正极料和第二正极料，铝箔上均预留出空铝箔部，烘干，辊压后分切。
一般的正极料的涂覆方法是先在一面涂覆上第一正极料，然后烘干收卷后再开始涂布第二正极料，接着烘干，分切之后收成小卷。而目前具备新的技术可以在铝箔的两面同时涂覆正极料，生产效率更高，本发明的步骤1并不局限于上述的某一种涂覆正极料的方法。
本发明辊压的目的是使涂覆在铝箔上面的正极料更加密实，以提高电池电芯的能量倍率。
步骤2、将分条后的正极卷挂在制片机上,在其中一面的空铝箔部的下半部表面贴覆一层防断裂胶。
步骤3、将已经缠绕好绕胶的正极耳焊接在所述空铝箔部上，机器在对应的位置切断正极耳,正极耳的尾部贴设于防断裂胶的表面。
步骤4、在步骤3的基础上，正、反两面的空铝箔部都覆盖一层极耳胶，极耳胶完全覆盖住整个空铝箔部，以防止出现毛刺和批锋刺穿铝箔造成电芯内短路。
进一步的，还包括所述正极耳的进一步加工，即为在正极耳分切之后再进行抛光加工，将正极耳横截面的顶角打磨成倒圆角，除去正极耳的毛刺和尖角部分。
传统的正极耳的制备方法是将铝锭压制成铝箔之后分切成小条的正极片，分切之后的正极片的横截面一般为矩形，其具有四个直角的顶角，容易出现毛刺和批锋，刺穿铝箔，造成电芯短路。本发明进一步将正极耳的顶角加工成倒圆角，除去毛刺和批锋的影响，提高电池的稳定性和安全性。
本发明的有益效果在于：本发明在正极片的空铝箔部先贴一层防断裂胶，然后再超声焊正极耳，让正极耳的尾部落在防断裂胶上，正极耳尾部所有的应力和极耳批锋均由防断裂胶吸收，正极耳裂痕得以完全解决，本发明保证了电芯的正常使用，提高了其安全性能，尤其适用于高能量密度的锂离子电池使用。
本发明的另一有益效果在于：提供一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片的制备方法，其只需要在传统的正极片制备工艺的基础上调整设备的对位参数，然后增加贴防断裂胶的工序，即可制备得到本发明的一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，设备及工艺的改进成本低，可行性强，生产效率高，得到的锂离子电池正极片结构稳定，寿命长。
附图说明
图1是传统正极片结构出现L型断裂的结构示意图。
图2是传统正极片结构出现U型断裂的结构示意图。
图3是本发明正极片结构示意图。
附图标记为：1——空铝箔部 2——正极耳 3——防断裂胶
21——盖帽焊接部 22——绕胶部 23——中部焊接部
24——尾部。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。本发明所述的长度，均以图3所示的从上自下所显示的距离，也等同于高度。
实施例1
一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，自上而下包括第一正极料层、铝箔和第二正极料层，如图3所示，所述铝箔的表面设有纵向设置的空铝箔部1，空铝箔部1焊接有正极耳2，所述空铝箔部1的下半部表面贴设有防断裂胶3，所述正极耳2从上至下包括有盖帽焊接部21、中部焊接部23和尾部24，所述尾部24贴设在所述防断裂胶3的表面，所述中部焊接部23设置在所述空铝箔部1的中部位置，所述正极耳2的盖帽焊接部21伸出所述空铝箔部1的上端。
在正极片的空铝箔部1先贴一层防断裂胶3，然后再超声焊接正极耳2，让正极耳2的尾部24落在防断裂胶3上，正极耳2尾部24所有的应力和极耳批锋均由防断裂胶3吸收，正极耳2裂痕得以完全解决，本发明保证了电芯的正常使用，提高了其安全性能，尤其适用于高能量密度的锂离子电池使用。
由于不可避免会存在些许的误差，所述正极耳的尾部24伸入所述防断裂胶3的长度为正极耳总长度的9/57～9/57。本发明所指的长度均如图3所表示的纵向距离为长度，本发明所指的宽度均如图3所表示的横向距离为宽度。正极片的尾部24伸入到防断裂胶3的长度影响着正极片转移应力的能力，但若极片深入防断裂胶3过多，就会减少正极片的焊接面积，同样会影响正极片的稳固性，因此正极片的尾部24伸入所述防断裂胶3的长度为正极片总长度的9/57～9/57，则既可以有效消除用力和极耳批锋，也可以达到有效焊接和稳固的目的。
进一步的，所述防断裂胶3的长度为所述空铝箔部1的长度比例为22-24:57-59。防断裂胶3贴覆于空铝箔部1的下半部分，目的是为了有效保护空铝箔部1不断裂，而传统不贴覆防断裂胶3的铝箔容易发生断裂的地方就是从空铝箔部1的上端开始发生裂痕慢慢延伸至空铝箔部1的下方，形成U型断裂，则整个电芯就会报废，本实施例优选在发生U型断裂的地方贴覆一层防断裂胶3，可以有效防止电芯失效。但正极耳2必须与铝箔焊接形成电流，因此防断裂胶3不能过长，会影响正极耳2的焊接性能。
进一步的，所述防断裂胶3的宽度比所述空铝箔部1的宽度大1-2mm。防断裂胶3的粘贴宽度要比空铝箔部1的宽度稍大，才能全面覆盖整个空铝箔部1，防止断裂，优选的，所述防断裂胶3的宽度比所述空铝箔部1的宽度大1mm，既不会浪费材料，也能有效提高保护的能力。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，所述正极耳2的盖帽焊接部21与中部焊接部23之间还设有绕胶部22，绕胶部22上设有绕胶。正极耳2焊接后，盖帽处会弯折入钢壳，绕胶能防止正极耳2碰到负极钢壳发生短路。绕胶部22的宽度与所述正极耳2的宽度一致，所述绕胶部22的长度为13-15mm。
优选的，本实施例将所述绕胶部22的下端设置在所述空铝箔部1的上端部，即绕胶部22分露在铝箔外面，部分深入到铝箔里面，进一步防止正极耳2在工作时由于高能量的冲击发生撕裂铝箔的情况，从源头保护铝箔不发生开裂，则正极片的安全性能和稳定性能更高。
所述绕胶部22伸入空铝箔部1分的长度为绕胶部22总长度的2/7-3/7。以18650的电芯为例，正极耳的长度为57-58mm，则绕胶的长度为15mm左右，则深入空铝箔部1的长度为5mm左右，绕胶部22深入空铝箔部1过长，会影响正极耳2的焊接面积，深入过短则保护效果不好，因此优选设置为绕胶部22伸入空铝箔部1分的长度为绕胶部22总长度的2/7-3/7，其焊接性能和保护性能同时得到有效的保证。
所述绕胶的绕折圈数为1.5圈，安全性能好，材料浪费低。
本实施例的其他技术特征均采用实施例1的解释，在此不再赘述。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于：所述正极耳2的横截面的顶角均为光滑圆角。传统的正极耳2的横截面一般是正方形，直角的存在会产生更多的批锋，高能量电流瞬间形成时容易击穿铝箔，因此本实施例将正极耳2的直角改成圆角，并且将正极耳2的表面打磨光滑，减少毛刺和容易发生击穿的危险，提高电池的安全使用性能，也提高了电池的寿命。
所述正极耳2的表面还贴覆有极耳胶，将正极耳2边缘和焊接印处的毛刺封住，防止卷绕后毛刺刺穿隔膜引起内短路，优选的，极耳胶的宽度大于所述空铝箔部1的宽度，确保安全性能。
本实施例的其他技术特征均采用实施例2的解释，在此不再赘述。
进一步说明，本发明使用的防断裂胶3和绕胶都是本领域常用的胶纸，市场上容易购得，本发明优选耐高温的极耳胶，能适用于高能量密度的锂离子电池。
实施例4
一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1、在铝箔的正、反面上分别涂覆第一正极料和第二正极料，铝箔上均预留出空铝箔部，烘干，辊压后分切。
一般的正极料的涂覆方法是先在一面涂覆上第一正极料，然后烘干收卷后再开始涂布第二正极料，接着烘干，分切之后收成小卷。而目前具备新的技术可以在铝箔的两面同时涂覆正极料，生产效率更高，本发明的步骤1并不局限于上述的某一种涂覆正极料的方法。
本发明辊压的目的是使涂覆在铝箔上面的正极料更加密实，以提高电池电芯的高能量倍率，降低电池电芯的厚度。
步骤2、将分条后的正极卷挂在制片机上,在其中一面的空铝箔部的下半部表面贴覆一层防断裂胶。
步骤3、将已经缠绕好绕胶的正极耳焊接在所述空铝箔部上，机器在对应的位置切断正极耳,正极耳的尾部贴设在防断裂胶的表面。
步骤4、在步骤3的基础上，正、反两面的空铝箔部都覆盖一层极耳胶，极耳胶完全覆盖住整个空铝箔部，以防止出现毛刺和批锋刺穿铝箔造成电芯内短路。
本发明的制备工艺只需要在传统的正极片制备工艺的基础上调整设备的对位参数，然后增加贴防断裂胶的工序，即可制备得到本发明的一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，设备及工艺的改进成本低，可行性强，生产效率高，得到的锂离子电池正极片结构稳定，寿命长。
进一步的，将所述正极耳进一步抛光加工将其顶角加工成圆角，降低批锋和毛刺的影响。
性能测试：
1、选择市售传统结构新电池30个，选取由本发明制备方法所制得的本实施例1的电池结构30个，拆解分容后的评估正极极耳边缘处箔材裂痕情况如下表所示。
。
结果：传统结构有21个电芯正极极耳边缘处箔材呈L形裂痕，全部电芯正极耳2尾部24箔材处出现横向裂痕。
2、选择市售传统结构新电池30个，选取由本发明制备方法所制得的实施例2结构的电池30个，拆解0.5C充放100个循环后，评估正极极耳边缘处箔材裂痕情况如下表所示。
。
结果：传统结构有8个电芯在前100个循环测试时失效，拆解发现正极耳2边缘处箔材呈U形裂痕，正极耳2和正极片完全分离，电芯无内阻。拆解剩下22个经100个循环测试后的电芯，全部电芯正极耳2边缘处箔材出现L形裂痕。
3、选择市售传统结构新电池30个，选取由本发明制备方法所制得的实施例3结构的电池30个，拆解0.5C充放500个循环后评估正极极耳边缘处箔材裂痕情况如下表所示。
。
结果：传统结构有12个电芯在前500个循环测试时失效，拆解发现正极耳2边缘处箔材呈U形裂痕，正极耳2和正极片完全分离，电芯无内阻。拆解剩下18个经500个循环测试后的电芯，全部电芯正极耳2边缘处箔材出现L形裂痕。
同上述的对比实验可得，本发明所制备得到的电池电芯防断裂效果好，使用寿命长。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，自上而下包括第一正极料层、铝箔和第二正极料层，所述铝箔的表面设有纵向设置的空铝箔部，空铝箔部焊接有正极耳，其特征在于：所述空铝箔部的下半部表面贴设有防断裂胶，所述正极耳从上至下包括有盖帽焊接部、中部焊接部和尾部，所述尾部贴设于所述防断裂胶的表面，所述中部焊接部设置在所述空铝箔部的中部位置，所述正极耳的盖帽焊接部伸出所述空铝箔部的上端；
所述防断裂的高能量密度锂离子电池正极片的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1、在铝箔的正、反面上分别涂覆第一正极料和第二正极料，铝箔上均预留出空铝箔部，烘干，辊压后分切；
步骤2、在其中一面的空铝箔部的下半部表面上贴覆一层防断裂胶；
步骤3、将已经缠绕好绕胶的正极耳焊接在所述空铝箔部上，正极耳的尾部贴设在防断裂胶的表面，制得所述防断裂的高能量密度锂离子电池正极片。
2.根据权利要求1所述的一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，其特征在于：所述正极耳的盖帽焊接部与中部焊接部之间还设有绕胶部，绕胶部上设有绕胶，绕胶部的宽度与所述正极耳的宽度一致，所述绕胶部的长度为13-15mm。
3.根据权利要求2所述的一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，其特征在于：所述绕胶部的下端贴设在所述空铝箔部的上部。
4.根据权利要求2所述的一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，其特征在于：所述绕胶部伸入空铝箔部分的长度为绕胶部总长度的2/7-3/7。
5.根据权利要求2所述的一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，其特征在于：所述绕胶的绕折圈数为1.5圈。
6.根据权利要求1所述的一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，其特征在于：所述正极耳的尾部伸入所述防断裂胶的长度为正极耳总长度的9/57-58～11/57-58。
7.根据权利要求1所述的一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，其特征在于：所述防断裂胶的长度与所述空铝箔部的长度比例为22-24:57-59。
8.根据权利要求1所述的一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，其特征在于：所述防断裂胶的宽度比所述空铝箔部的宽度大1-2mm。
9.根据权利要求1所述的一种防断裂的高能量密度锂离子电池正极片，其特征在于：还包括步骤4、在步骤3的基础上，正、反两面的空铝箔部都覆盖一层极耳胶，极耳胶完全覆盖住整个空铝箔部；还包括所述正极耳的进一步加工，即为在正极耳分切之后再进行抛光加工，将正极耳横截面的顶角打磨成倒圆角，除去正极耳的毛刺和尖角部分。
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