CN106257710A - 一种多极耳变尺寸的高倍率锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多极耳变尺寸的高倍率动力锂离子电池。电池主要由正极片、负极片、隔膜、电解液和壳体组成，电池是由带有多个不同尺寸极耳的极片经过卷绕制作而成。多极耳锂离子电池极片的制作是由活性物质、导电剂和粘结剂按照一定比例充分搅拌混合成浆料，然后经过涂布机均匀的涂布在集流体上，集流体两边留有空白位置，后续加工成多个不同间隔且不同宽度的极耳，极耳的高度根据电芯的厚度和直径大小而定。本发明可采用卷绕方式代替制造叠片型软包电池或增加圆柱形电池的极耳个数，具有结构简单，生产效率高，直通率高等优点。

Description

一种多极耳变尺寸的高倍率锂离子电池

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池技术领域 ，具体涉及一种多极耳变尺寸的锂离子电池极片及其高倍率动力锂离子电池及其制造方法。

【背景技术】

锂离子电池电芯主要分为叠片式和卷绕式两种制作方式，而目前市场流行的方形电池基本使用叠片式结构，即电芯是由一片片的正负极片和隔膜对位堆叠而成，且每个极片必须有一个极耳，过多层的极耳焊接有困难，容易产生虚焊、焊接不牢固或过焊现象，且这种生产方式效率极低，只有卷绕电池的五分之一，另外极片在冲切过程中，边料多、毛刺大，所需隔膜厚，且掉粉严重，微短路和低电压现象普遍，生产成本高，制程合格率低，且对电池的安全性能有较大隐患；而市场上流行的圆柱形电池一般采用卷绕式结构，因为该结构简单，生产效率高，极片毛刺小而少，隔膜不用太厚而被普及，但由于极片长，单条极片上一般只有1-3个极耳，采用间歇式涂布，然后再焊接极耳，导致工序增加、耗时增长，且负极极耳焊接处易析锂，有安全隐患，且因极耳偏少内阻偏大，不利于大电流充放，比功率无法彻底发挥。

【发明内容】

本发明针对上述问题，提供了一种多极耳变尺寸的高倍率锂离子电池，结构简单电池内阻相对较小，生产效率高，合格率高，可用于实际批量生产。其采用的技术方案如下：

一种多极耳变尺寸的高倍率锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和壳体，其特征在于，电池的制作方式是由带有多个不同尺寸的极耳的正负极极片和隔膜经过卷绕制作而成；

(1)正负极片制作：所述的正极片分别是由活性物质、导电剂和粘结剂按照一定比例充分搅拌混合成浆料，然后经过涂布机均匀的涂布在集流体上，所述的负极片分别是由负极活性物质、导电剂和粘结剂按照一定比例充分搅拌混合成浆料，然后经过涂布机均匀的涂布在集流体上；

(2)极耳切割：在集流体两边留有的空白箔材，加工成多个不同间隔且不同宽度的极耳，极耳的高度根据电芯的厚度和直径大小而定；

(3)电芯制作：采用圆形或方形的卷针上，将隔膜、正负极极片卷绕成方形或圆形电芯，然后放入壳体或软包铝塑膜外壳中，进行封装焊接、真空干燥、注液、封口、化成、分容、检测，然后即制作成锂离子电池。

优选的，正极极耳数大于等于3个，负极极耳数大于等于3个。

优选的，极片上的极耳间距不同。

优选的，极耳的宽度不完全相同。

优选的，极片涂布采用连续涂布，极耳采用冲切、辊切、激光切割中的任何一种。

本发明的有益效果：

本发明结构简单，电池内阻相对较小，在保证电池外型不变的情况下，即可代替方形的叠片式加工，又可增加卷绕式极片的极耳个数，且极片连续涂布，生产效率高，合格率高，可用于实际批量生产的一种多极耳变尺寸的高倍率卷绕式电池的制作方法。

【附图说明】

附图1是本发明实例1正极极片极耳成型后的示意图

附图2是本发明实例1负极极片极耳成型后的示意图

附图3是本发明实例1电芯成型后的三维图

附图4是本发明实例2正极极片极耳成型后的示意图

附图5是本发明实例2正极极片极耳成型后的示意图

附图6是本发明实例2电芯卷绕成型后的示意图

附图7是本发明极片示意图

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式，分别对卷绕式和叠片式电芯生产对本发明及其有益技术效果进行详细说明：

电池制造方法包括以下步骤：

a)多极耳锂离子电池的制作方法：电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液和壳体组成，首先制作正极片：将正极活性物质、粘结剂和导电剂按照一定比例加入溶剂中，制程浆料，然后经过辊涂或挤压喷涂式涂布机均匀的涂布在集流体上，且集流体两边留有一定宽度的空白，之后经辊切或激光极耳切割机切出设计的极耳尺寸，极耳的个数和宽度可根据需要通过的电流能力综合而定。负极片的制作可参考以上正极片的制作方法，在此不再重复。

b)制作电芯：采用市场普遍采用的卷绕电芯的加工的方式先将隔膜放在圆形或方形的卷针上预卷一到两圈，然后将负极片放在隔膜上，用隔膜将负极片包住，且负极片的极耳露在隔膜的一侧，卷半圈后，将正极片插入卷针和隔膜之间，且正极极耳和负极极耳在同侧或两侧，然后将正极片、隔膜和负极片卷绕成电芯，隔膜最后围绕电芯外圈，并用胶带固定，其中隔膜比负极宽2-5mm，负极比正极宽1.5-3mm；若采用正极片包负极片的结构，则在卷绕时先放入正极片，然后再卷负极片，且隔膜比正极宽2-5mm，正极比负极宽1.5-3mm。在电芯的同侧或两侧伸出一叠整齐的负极极耳和一叠整齐的正极极耳，然后将正极极耳和负极极耳分别焊接在一起，或直接焊接到需要引出的两个极耳或端子上，之后进行贴胶带，测短路，然后放入壳体或软包铝塑膜外壳中，进行封装焊接、真空干燥、注液、封口、化成、分容、检测，然后即制作成锂离子电池。

实施例1

正极集流体制作：将正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂按照一定比例混合，并按照一定量和次序加入搅拌罐中充分搅拌均匀，制备成流动性好，分散均匀的正极浆料，然后利用辊涂或挤压喷涂式涂布机将制备好的正极浆料均匀的涂布在铝箔上，集流体两边留有留白，以方便后续制作多个正极耳，正极浆料制备采用镍钴锰酸锂∶导电剂SP∶KS-6∶PVDF为93∶2.5∶1.5∶3配比加工浆料，固含量为60-65％，双面涂覆面密度为310-320g/m2。

本发明中提到的正极活性物质可以为锰酸锂、磷酸亚铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或几种的混合，导电剂为石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、碳纳米管、炭气凝胶、碳纤维、炭黑、乙炔黑中的一种或多种构成，粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、丙烯酸酯、聚氧化乙烯、海藻酸钠、海藻酸锂、SBR、水性胶中的一种或多种，溶剂为NMP或去离子水。

负极极片的制作：将负极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂按照一定比例混合，并按照一定量和次序加入搅拌罐中充分搅拌均匀，制备成流动性好，分散均匀的负极浆料，然后利用辊涂或挤压喷涂式涂布机将制备好的负极浆料均匀的涂布在集流体上，负极浆料制备采用石墨∶导电剂SP∶CMC∶SBR为94∶2∶1.6∶2.4配比加工浆料，固含量为48-52％，双面涂覆面密度为160-170g/m²。

本发明中提到的负极活性物质可以为人造石墨、天然石墨、硬碳材料、硅碳Si-C、锡碳Sn-C、钛酸锂、石墨烯一种或几种的混合，导电剂为石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、碳纳米管、炭气凝胶、碳纤维、炭黑、乙炔黑的一种或多种构成，粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、丙烯酸酯、聚氧化乙烯、海藻酸钠、海藻酸锂、SBR、水性胶中的一种或多种，溶剂为NMP或去离子水，集流体为微米级厚度的铝或铜箔中的一种，本例中正极采用18um的铝箔，负极采用9um的铜箔。

之后将涂布完成的极片进行分切，后续进行极耳加工，如附图1和附图2所示，本发明旨在正负极片预留空白位置上设置多条有不同间隔且不同宽度的极耳A、极耳B和极耳C，极耳的间隔和大小可通过辊切、冲切或激光切割方式制作而成。因卷绕式结构越靠近内部，半径越小，曲率越大，故A极耳的宽度比B极耳的宽度小0.5-1.5mm，极耳B的宽度比极耳C的宽度小0.5-1.5mm，本发明举例为5Ah电芯，故综合叠片电芯的结构较宽和电芯的过电流能力选择A极耳宽度为6mm，B极耳宽度为7mm，C极耳宽度为8mm，且卷绕时从左到右，先从A极耳开始卷绕，设置不同宽度的极耳，是为了卷绕时极耳能彻底重叠在最宽的极耳范围内，即在本例中的8mm范围内，以保证极耳焊接方便，提高加工效率和成品率。

如附图1和附图2所示，本发明举例采用直径为6mm的圆形卷针，正极极片辊压后厚度为108-112um，负极极片辊压后厚度为118-122um，正极涂覆区宽度在100mm，负极涂覆区宽度在103-105mm宽度，普通的5Ah卷绕电芯一般只有1-3个极耳，而本例中我们采用了7个极耳，降低了电芯内阻的同时也提高了电芯的倍率性能。且极耳从内向外采用不同宽度，此方法可进一步避免因极片辊压厚度不均和卷绕张力不稳定的影响，导致极耳错位，从而使极耳都能重叠在最宽的极耳范围内，避免造成成品率低下的情况，因此该方法适用于批量生产电芯。

如附图1和附图2所示，此例子中的正极片极耳的间距分别为42.5mm，130.5mm，135mm，162mm，190mm，158.5mm，174mm，且A极耳的宽度为6mm，B极耳的宽度为7mm，C极耳的宽度为8mm；负极片极耳的间距分别为66.5mm，139.5mm，142mm，169mm，197mm，163.5mm，179.5mm且A极耳的宽度为6mm，B极耳的宽度为7mm，C极耳的宽度为8mm。

本例中选用25um的隔膜，先将隔膜在卷针上卷一到两圈，然后将负极片的左边位置放在隔膜上，卷两圈后，再将正极片的左边插入卷针和隔膜之间，且正极极耳和负极极耳在两侧，然后将正极片、隔膜和负极片卷绕成电芯，隔膜最后围绕电芯外圈，并用高温胶带固定，其中隔膜比负极宽2-5mm，负极比正极宽1.5-3mm；在电芯的两侧伸出一叠整齐的负极极耳和一叠整齐的正极极耳，组成电芯，如图3所示。然后将正极极耳和负极极耳分别焊接在一起，并引出到两个固定镍极耳或铜镀镍极耳，然后放入壳体中，进行封装焊接、真空干燥、注液、封口、化成、分容、检测，然后即制作成锂离子电池。

其中隔膜选用PP、PE单层、双层或二者复合的多层薄膜。

如图3所示，31为卷绕后由7个正极极耳组成的折叠极耳，32为卷绕后由7个负极极耳组成的折叠极耳。

实施例2

因本例中所用到的极片涂布和分切的制作方法同例1中相同，就不再重复叙述。

如附图4和附图5所示，本实例在正负极片预留空白位置上设置多条有不同间隔且不同宽度的极耳A、极耳B和极耳C，极耳，极耳的大小和间隔通过辊切、冲切或激光切割方式制作而成。本例中采用方形卷针卷绕式生产方形电芯结构，且极耳在同一侧，卷绕从极片的左边开始，并设置3种不同宽度的极耳A、极耳B和极耳C，设置A极耳的宽度比B极耳的宽度大0.5-1.5mm，极耳B的宽度比极耳C的宽度大0.5-1.5mm，本发明举例为5Ah电芯，故综合电芯的过电流能力选择A极耳宽度为13mm，B极耳宽度为12mm，C极耳宽度为11mm，且卷绕时从左到右，先从A极耳开始卷绕，设置不同宽度的极耳，是为了卷绕时极耳能彻底重叠在最宽的极耳范围内，即在本例中的13mm范围内，以保证极耳焊接方便，提高加工效率和成品率。

如附图4和附图5所示，本发明举例采用长×宽为55mm×2mm的方形卷针，正极极片辊压后厚度为108-112um，负极极片辊压后厚度为118-122um，，若按照叠片的加工方式，正极涂覆区宽度在100mm左右，负极涂覆区宽度在102-105mm宽度时，5Ah电芯需要正极片21片，负极片22片，在此例子中，我们在满足过电流的基础上设置负极极耳个数为11个，正极极耳个数为10个，且此方法可进一步避免因极片辊压厚度不均和卷绕张力不稳定的影响，导致极耳错位，从而造成成品率低下的情况，因此该方法适用于批量生产电芯。

如附图4和附图5所示，此例子中的正极片极耳的间距分别为11.5mm，72.5mm，130mm，74.5mm，137.5mm，78mm，143mm，80.5mm，150.5mm，且A极耳的宽度为15mm，B极耳的宽度为14mm，C极耳的宽度为13mm；负极片极耳的间距分别为71.5mm，126.5mm，73.5mm，132.5mm，76.5mm，139.5mm，78.5mm，146mm，81mm，153mm，且A极耳的宽度为13mm，B极耳的宽度为12mm，C极耳的宽度为11mm。

本例中选用25um的隔膜，先将隔膜在卷针上卷一到两圈，然后将负极片的左边位置放在隔膜上，且负极片的极耳露在隔膜的一侧，卷半圈后，再将正极片的左边插入卷针和隔膜之间，且正极极耳和负极极耳在同侧，然后将正极片、隔膜和负极片卷绕成电芯，隔膜最后围绕电芯外圈，并用高温胶带固定，其中隔膜比负极宽2-5mm，负极比正极宽1.5-3mm；在电芯的同一侧伸出一叠整齐的负极极耳和一叠整齐的正极极耳，组成电芯，如图6所示。然后将正极极耳和负极极耳分别焊接在一起，并引出两个固定镍极耳或铜镀镍极耳，然后放入壳体或软包铝塑膜外壳中，进行封装焊接、真空干燥、注液、封口、化成、分容、检测，然后即制作成锂离子电池。

其中隔膜选用PP、PE单层、双层或二者复合的多层薄膜。

如图6所示，61为卷绕后由10个正极极耳组成的折叠极耳，62为卷绕后由11个负极极耳组成的折叠极耳，63为两个极耳间的距离，64为电芯内部的正极极片边缘，65为负极极片边缘，66为隔膜边缘。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多极耳变尺寸的高倍率锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和壳体，其特征在于，电池的制作方式是由带有多个不同尺寸的极耳的正负极极片和隔膜经过卷绕制作而成；

(1)正负极片制作：所述的正极片分别是由活性物质、导电剂和粘结剂按照一定比例充分搅拌混合成浆料，然后经过涂布机均匀的涂布在集流体上，所述的负极片分别是由负极活性物质、导电剂和粘结剂按照一定比例充分搅拌混合成浆料，然后经过涂布机均匀的涂布在集流体上；

(2)极耳切割：在集流体两边留有的空白箔材，加工成多个不同间隔且不同宽度的极耳，极耳的高度根据电芯的厚度和直径大小而定；

(3)电芯制作：采用圆形或方形的卷针上，将隔膜、正负极极片卷绕成方形或圆形电芯，然后放入壳体或软包铝塑膜外壳中，进行封装焊接、真空干燥、注液、封口、化成、分容、检测，制作成锂离子电池。

2.根据权利要求1所述的一种多极耳变尺寸的高倍率锂离子电池，其特征在于：正极极耳数大于等于3个，负极极耳数大于等于3个。

3.根据权利要求1所述的一种多极耳变尺寸的高倍率锂离子电池，其特征在于：极片上的极耳间距不同。

4.根据权利要求1所述的一种多极耳变尺寸的高倍率锂离子电池，其特征在于：极耳的宽度不完全相同。

5.根据权利要求1所述的一种多极耳变尺寸的高倍率锂离子电池，其特征在于：极片涂布采用连续涂布，极耳采用冲切、辊切、激光切割中的任何一种。