CN105470558B - 圆柱锂离子电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂电池技术领域，一种钢壳圆柱锂离子电池及其制备方法。本发明采用的技术方案为：圆柱锂离子电池，包括圆柱钢壳和正极片、负极片和隔膜，所述正极片和负极片两侧涂覆相应极性的活性物质，正极片、负极片和隔膜间隔设置卷绕成电芯，其特征是，间隔设置的正极片、负极片和隔膜外层还设有一负极集流体同时卷绕成电芯，所述钢壳的中部设管体，管体上部封闭，管体下部一周与钢壳底部面密封相连，管体的下部口与外界相通，所述负极片留出两短边和一长边作为未涂覆区，正极片设有极耳，隔膜在卷绕起始端比负极片上的涂覆区长，隔膜宽度大于负极片涂覆区宽度，电芯中心插入所述的管体，正极的极耳与负极片的未涂覆区方向相反。
Description
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，一种钢壳圆柱锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池能量密度大，循环寿命长，倍率性能和安全性能好，绿色环保，是目前主要能源产品。钢壳圆柱锂离子电池内部电芯可为卷绕形式，且设计有防爆组合盖帽，所以钢壳圆柱型锂离子电池相对于其它类型的锂离子电池具有工艺技术相对成熟，生产效率较高，成本较低，一致性较好，安全性能较好等优势，是目前重要锂离子电池产品。
钢壳圆柱锂离子电池虽然已经得到广泛应用，但其体积设计受限，钢壳圆柱锂离子电池电芯较紧密，且钢壳较铝壳外包装散热性差，存在直径太大或高度太高都不利于电池内部散热。钢壳圆柱锂离子电池负极极耳点焊钢壳底部品质不易检测，且大部分企业不能够保证焊机的使用稳定性，点底质量的稳定性不能完全保证，尤其是高功率型多负极极耳结构钢壳圆柱锂离子电池，负极极耳点底焊接不能得到稳定控制，影响电池的内阻一致性和电池的安全性，在一定程度上制约了高能量和高功率钢壳圆柱锂离子电池的在特殊领域的发展。
发明内容
本发明提供一种圆柱锂离子电池及其制备方法，解决的技术问题是找到合理的钢壳圆柱离子电池结构及其制备方法，提高钢壳圆柱锂离子电池的能量和功率，扩大钢壳圆柱锂离子电池的应用领域。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
圆柱锂离子电池，包括圆柱钢壳和正极片、负极片和隔膜，所述正极片和负极片两侧涂覆相应极性的活性物质，正极片、负极片和隔膜间隔设置卷绕成电芯，其特征是，间隔设置的正极片、负极片和隔膜外层还设有一负极集流体同时卷绕成电芯，所述钢壳的中部设管体，管体上部封闭，管体下部一周与钢壳底部面密封相连，管体的下部口与外界相通，所述负极片留出两短边和一长边作为未涂覆区，正极片设有极耳，隔膜在卷绕起始端比负极片上的涂覆区长，隔膜宽度大于负极片涂覆区宽度，电芯中心插入所述的管体，正极的极耳与与负极片的未涂覆区方向相反。
作为优选，所述负极片的长边侧未涂覆区抵住钢壳底部，负极集流体卷绕后端与各负极片卷绕末端的未涂覆区接触最后包住电芯周面并紧贴钢壳内壁。
作为优选，所述隔膜在卷绕起始端比负极片的涂覆区长10±2mm，隔膜宽度比负极片的涂覆区宽1±0.2mm。
作为优选，所述正极片涂覆活性物质的单面面密度150±2g/m2，辊压后的厚度150±2μm，正极片长1400±1mm，正极片宽56±0.2mm，正极极耳位于正极片中间部位。
作为优选，所述负极集流体铜箔厚度10±1μm，负极涂布单面面密度140±4 g/m2，负极辊压厚度100±2μm，负极片长1550±1mm，负极片宽60±1mm，负极片涂覆区长1450±1mm，负极片涂覆区宽58±0.2mm，负极片头部未涂覆区长20±0.5mm，负极片尾部未涂覆区80±0.5mm，负极片长边未涂覆区宽度2mm。
作为优选，管体长度为钢壳长度的1/2~2/3，管体外径3~9mm，钢壳厚度0.1~0.3mm。
作为优选，钢壳外径26.0±0.05mm，钢壳高度67.8±0.1mm，钢壳壁厚0.2±0.02mm，管体高度为40.0±0.1mm，管体外径4.0±0.1mm。
圆柱锂离子电池的制备方法，包括材料制备、安装电芯、滚槽、电芯烘烤、注液、点焊盖帽和封口步骤，所述材料制备包括以下步骤，
在负极箔材上按照规格要求涂覆活性物质，涂覆区一周留有未涂覆区；
将上述负极箔材按照要求尺寸裁剪成两短边和一长边含有未涂覆区其余为涂覆区的负极片，按尺寸要求裁剪正极片；
按照外层为未涂覆有活性物质的负极集流体，内层为隔膜、负极片、隔膜和正极片间隔设置卷绕在卷绕机卷针上成完整电芯，卷针直径采用4~10mm，外层的负极集流体在卷绕末端包裹住负极片卷绕末端的未涂覆区；
按照要求尺寸制备钢壳和钢壳中心的管体；
电芯安装步骤，将电芯的中心插入钢壳内部的管体。
本发明的优点与效果是：
1.本发明钢壳底部设有管体，管体内部与外界相通，管体不仅能够支撑电芯，防止电池在充放电过程中电芯变形，而且可以提高电池内部散热效果，大大提高了电池的安全性能和充放电性能。
2.本发明负极片未涂覆区部分卷绕在管体上，负极片未涂覆区包住电芯与钢壳接触，负极片底部未涂覆区接触钢壳底部，负极片未涂覆区与钢壳的全面接触可以提高负极与钢壳的导电能力，从而降低电池内阻，提高电池的倍率性能。
3.本发明钢壳圆柱锂离子电池不需要进行负极极耳焊接和负极点底工序，降低了钢壳圆柱锂离子电池的生产成本，提高了钢壳圆柱锂离子电池的生产效率和电池的一致性。
附图说明
图1为本发明钢壳圆柱锂离子电池侧剖面示意图；
图2为本发明负极涂覆活性物质未裁剪的大片示意图；
图3为本发明裁剪后的负极片结构示意图；
图4为本发明正极片结构示意图；
图5为本发明电芯展开示意图。
其中，1、钢壳，2、盖帽，3、电芯，4、管体，5、负极涂覆区，6、负极未涂覆区，7、正极片，8、负极片，9、负极集流体，10、隔膜。
具体实施方式
本发明采用以下技术方案：
圆柱锂离子电池，包括圆柱的钢壳1和正极片7、负极片8和隔膜10，所述正极片7和负极片8两侧涂覆相应极性的活性物质，正极片7、负极片8和隔膜10间隔设置卷绕成电芯3，间隔设置的正极片7、负极片8和隔膜10外层还设有一负极集流体9同时卷绕成电芯3，所述钢壳1的中部设管体4，管体4上部封闭，管体4下部一周与钢壳1底部面密封相连，管体4的下部口与外界相通，所述负极片8留出两短边和一长边作为负极未涂覆区6，正极片7设有极耳，隔膜10在卷绕起始端比负极涂覆区长，隔膜10宽度大于负极涂覆区5宽度，电芯3中心插入所述的管体4，正极片7上的极耳与与负极未涂覆区6方向相反。
负极片8的长边侧负极未涂覆区6抵住钢壳1底部，负极集流体9卷绕后端与各负极片卷绕末端的负极未涂覆区6接触最后包住电芯3周面并紧贴钢壳1内壁。隔膜10在卷绕起始端比负极涂覆区5长10±2mm，隔膜10宽度比负极涂覆区5宽1±0.2mm。极耳位于正极片7中间部位。管体4长度为钢壳1长度的1/2~2/3，管体4外径3~9mm，钢壳1厚度0.1~0.3mm。
圆柱锂离子电池的制备方法，包括材料制备、安装电芯、滚槽、电芯烘烤、注液、点焊盖帽和封口步骤，所述材料制备包括以下步骤，
在负极箔材上按照规格要求涂覆活性物质，涂覆区一周留有未涂覆区；
将上述负极箔材按照要求尺寸裁剪成两短边和一长边含有未涂覆区其余为涂覆区的负极片，按尺寸要求裁剪正极片；
按照外层为未涂覆有活性物质的负极集流体，内层为隔膜、负极片、隔膜和正极片间隔设置卷绕在卷绕机卷针上成完整电芯，卷针直径采用4~10mm，外层的负极集流体在卷绕末端包裹住负极片卷绕末端的未涂覆区；
按照要求尺寸制备钢壳和钢壳中心的管体；
电芯安装步骤，将电芯的中心插入钢壳内部的管体。
正极涂覆制片为常规形式，焊接极耳并贴胶后的正极片如图4所示，负极片无需焊接极耳，卷绕后隔膜完全包住正极片，负极片尾部未涂覆区最后包住电芯外圈，用一定长度的绿色终止胶带固定。电芯展开结构如图5所示。
本发明中的其它工序工艺均是本技术领域通用的公知工艺。
实施例
26650-3000mAh-3.2V磷酸铁锂钢壳圆柱锂离子电池的制备，制备成品侧剖面图如图1所示，钢壳圆柱锂离子电池由钢壳1、盖帽2和电芯3组成。钢壳外径26.0±0.05mm，钢壳高度67.8±0.1mm，钢壳壁厚0.2±0.02mm，钢壳底部中心部位设计有管体，管体与钢壳底部为一体结构且管体内部与外界相通，管体另一端为密封的圆头结构，管体高度40.0±0.1mm，管体外径4.0±0.1mm。盖帽为直径25.4±0.05mm、高度42±0.1mm的普通型组合盖帽。电芯由正极片、负极片和隔膜卷绕组成。正极集流体铝箔厚度16±1μm，正极涂布为常规间隙涂布工艺，正极涂布单面面密度150±2g/m2，正极辊压厚度150±2μm，分切正极片长1400±1mm，正极片宽56±0.2mm，正极极耳位于正极片中间部位，如图4所示。负极集流体铜箔厚度10±1μm，负极涂布为条形间隙涂布形式，涂布样式如图2所示，负极涂布单面面密度140±4 g/m2，负极辊压厚度100±2mm，裁切负极片长1550±1mm，负极片宽60±1mm，负极料区片长1450±1mm，负极料区宽58±0.2mm，负极片头部留白长度20±0.5mm，负极片尾部留白80±0.5mm，负极片侧面及底部留白宽度2mm，负极片如图3所示。电芯卷绕首先卷绕负极头部留白到卷绕机卷针上，卷针直径5.0±0.1mm，然后将两层隔膜对齐放置覆盖住负极料区，头部大于负极料区10±0.5mm，两侧各大于负极料区1±0.2mm，卷绕固定住隔膜后，两层隔膜中间放入正极片，正极片极耳方向与负极片一侧留白方向相反，卷绕后隔膜完全包住正极片，负极尾部留白包住电芯外圈，贴终止胶带。电芯展开结构如图5所示。电芯入壳时将卷绕好的电芯中心孔对准钢壳管体并插入管体中，负极留白一端顶出钢壳底部，电芯外包负极留白紧贴钢壳内壁，然后进行滚槽，电芯烘烤，注液、点焊盖帽、封口等工序，完成钢壳圆柱电池的装配。26650-3000mAh-3.2V钢壳圆柱锂离子电池制备过程无需负极极耳焊接和负极极耳钢壳底部点焊工序，生产效率高，成本低，制备的26650-3000mAh-3.2V钢壳圆柱锂离子电池具有良好的综合性能和电池一致性。
Claims (7)
1.一种圆柱锂离子电池的制备方法，结构包括圆柱的钢壳（1）和正极片（7）、负极片（8）和隔膜(10)，所述正极片(7)和负极片(8)两侧涂覆相应极性的活性物质，正极片（7）、负极片(8)和隔膜(10)间隔设置卷绕成电芯(3)，其特征是，间隔设置的正极片(7)、负极片(8)和隔膜(10)外层还设有一负极集流体(9)同时卷绕成电芯(3)，所述钢壳(1)的中部设管体(4)，管体(4)上部封闭，管体(4)下部一周与钢壳(1)底部面密封相连，管体(4)的下部口与外界相通，所述负极片(8)留出两短边和一长边作为负极未涂覆区(6)，正极片(7)设有极耳，隔膜(10)在卷绕起始端比负极涂覆区长，隔膜(10)宽度大于负极涂覆区(5)宽度，电芯(3)中心插入所述的管体(4)，正极片(7)上的极耳与与负极未涂覆区(6)方向相反；
制备工序包括材料制备、安装电芯、滚槽、电芯烘烤、注液、点焊盖帽和封口步骤，其特征是，所述材料制备包括以下步骤，
在负极箔材上按照规格要求涂覆活性物质，涂覆区一周留有未涂覆区；
将上述负极箔材按照要求尺寸裁剪成两短边和一长边含有未涂覆区其余为涂覆区的负极片，按尺寸要求裁剪正极片；
按照外层为未涂覆有活性物质的负极集流体，内层为隔膜、负极片、隔膜和正极片间隔设置卷绕在卷绕机卷针上成完整电芯，卷针直径采用4~10mm，外层的负极集流体在卷绕末端包裹住负极片卷绕末端的未涂覆区；
按照要求尺寸制备钢壳和钢壳中心的管体；
电芯安装步骤，将电芯的中心插入钢壳内部的管体。
2.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池的制备方法，其特征是，所述负极片(8)的长边侧负极未涂覆区(6)抵住钢壳(1)底部，负极集流体(9)卷绕后端与各负极片卷绕末端的负极未涂覆区(6)接触最后包住电芯(3)周面并紧贴钢壳(1)内壁。
3.根据权利要求2所述的圆柱锂离子电池的制备方法，其特征是，所述隔膜(10)在卷绕起始端比负极涂覆区(5)长10±2mm，隔膜(10)宽度比负极涂覆区(5)宽1±0.2mm。
4.根据权利要求3所述的圆柱锂离子电池的制备方法，其特征是，所述正极片(7)涂覆活性物质的单面面密度150±2g/m2，辊压后的厚度150±2μm，正极片长1400±1mm，正极片宽56±0.2mm，极耳位于正极片(7)中间部位。
5.根据权利要求4所述的圆柱锂离子电池的制备方法，其特征是，所述负极集流体(9)铜箔厚度10±1μm，负极涂布单面面密度140±4 g/m2，负极片厚度100±2μm，负极片长1550±1mm，负极片宽60±1mm，负极涂覆区5长1450±1mm，负极涂覆区(5)宽58±0.2mm，负极片头部负极未涂覆区(6)长20±0.5mm，负极片尾部负极未涂覆区(6)长80±0.5mm，负极片长边负极未涂覆区(6)宽度2mm。
6.根据权利要求5所述的圆柱锂离子电池的制备方法，其特征是，管体(4)长度为钢壳(1)长度的1/2~2/3，管体(4)外径3~9mm，钢壳(1)厚度0.1~0.3mm。
7.根据权利要求6所述的圆柱锂离子电池的制备方法，其特征是，钢壳（1）外径26.0±0.05mm，钢壳（1）高度67.8±0.1mm，钢壳（1)壁厚0.2±0.02mm，管体（4）高度为40.0±0.1mm，管体(4)外径4.0±0.1mm。
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