CN106654139A - 一种极耳极片转接结构、电芯及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

为克服现有电池结构中难以解决的能量密度的提高和电芯安全性能问题，本发明提供了一种极耳极片转接结构，包括金属极耳、金属带和电极片，所述电极片具有电极集流体，所述金属带的一端贴合于所述电极集流体表面，另一端与所述金属极耳连接，所述金属带的厚度为10～59μm，所述金属极耳的厚度大于50μm，且所述金属极耳的厚度大于所述金属带。同时，本发明还公开了一种电芯及其制作方法。本发明提供的极耳极片转接结构和电芯能够有效降低电池厚度，以提高其能量密度，同时具有较好的安全性能。

Description

一种极耳极片转接结构、电芯及其制作方法
技术领域
本发明属于电池结构技术领域，具体涉及一种极耳极片转接结构、电芯及其制作方法。
背景技术
目前在锂离子电池的制造过程中，电芯的能量密度提升对电池的性能评价尤为重要，尤其是消费类手机电池，主要通过提高正负极电压配平台、材料压实，降低正负极集流体厚度、极耳厚度、包装铝塑膜厚度，以提高厚度空间，进而提升能量密度。
其中，通过提高正负极电压配平台与材料压实，降低正负极集流体厚度，降低铝塑膜厚度，都需要一个较长的开发验证周期，而降低极耳厚度，成为一种较快的短期开发选择。
目前业内规模化生产极耳，其厚度较薄的为0.10mm和0.08mm，不过极耳越薄，其快速量产与规模化越难，同时厚度较薄的极耳在焊接的时候与电线上的锡难以实现良好焊接。
另一方面，伴随能量密度的提升，电芯的安全性能，会进一步恶化，现有一种解决方式是在电芯上设置安全防护马甲结构，如专利“CN201620099936.9”所示，通过设置额外的极片空白区进行卷绕以形成马甲区，以提高穿刺的安全性，避免燃烧或爆炸等安全问题，然而安全防护马甲结构至少包括一层铝箔的厚度，从而对电池的能量密度具有一定的影响，在较高能量密度的高电压体系，如LCO 4.40V，能量密度要达到720Wh/L以上，则电芯设计者不能使用传统的安全防护马甲结构。
发明内容
针对现有电池结构中难以解决的能量密度的提高和电芯安全性能问题，本发明提供了一种极耳极片转接结构、电芯及其制作方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
提供一种极耳极片转接结构，包括金属极耳、金属带和电极片，所述电极片具有电极集流体，所述金属带的一端贴合于所述电极集流体表面，另一端与所述金属极耳连接，所述金属带的厚度为10～59μm，所述金属极耳的厚度大于50μm，且所述金属极耳的厚度大于所述金属带的厚度。
进一步的，所述金属带的厚度为20～40μm。
进一步的，所述金属带的材质包括铝、铜、铁、镍、银和金中的单质或合金。
进一步的，所述金属极耳的材质包括铝、铜、铁、镍、银和金中的单质或合金。
进一步的，所述金属带与所述电极集流体之间为超声波焊接。
进一步的，所述金属极耳与所述金属带之间为超声波焊接或点焊。
进一步的，所述金属极耳与所述金属带的焊接部位缠绕有绝缘胶布。
进一步的，所述金属带的宽度为5～30mm。
一种电芯，包括隔膜以及如上所述的极耳极片转接结构。
进一步的，所述极耳极片转接结构的数量为2个，所述电极片包括正极片和负极片，所述负极片包括负极集流体以及涂覆于所诉负极集流体上的负极活性物质，所述金属带包括正极金属带和负极金属带，所述金属极耳包括正极极耳和负极极耳，所述正极片、隔膜和负极片依次层叠后卷绕，所述正极金属带的一端贴合于所述正极集流体表面，另一端与所述正极极耳连接；所述负极金属带的一端贴合于所述负极集流体表面，另一端与所述负极极耳连接。
进一步的，所述正极片位于电芯外部的端部的正极集流体露出，所述正极金属带贴合于露出的正极集流体上，所述负极片位于电芯外部的端部的负极集流体露出，所述负极金属带贴合于露出的负极集流体上，且所述正极金属带和负极金属带位于所述电芯的同一侧面。
进一步的，所述正极金属带和负极金属带错位设置。
进一步的，所述正极金属带和负极金属带部分重合设置。
一种如上所述的电芯的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将正极金属带与正极极耳进行超声波焊接，将负极金属带与负极极耳进行超声波焊接，焊接点处分别用绝缘胶布包绕；
得到正极片和负极片，所述正极金属带远离所述正极极耳的一端超声波焊接于所述正极片端部的正极集流体上，且所述正极金属带沿与所述正极片长度方向垂直的方向引出；所述负极金属带远离所述负极极耳的一端超声波焊接于所述正极片端部的负极集流体上，且所述负极金属带沿与所述负极片长度方向垂直的方向引出；
将正极片、负极片和隔膜卷绕形成电芯。
根据本发明提供的极耳极片转接结构，通过设置厚度仅有10～59μm的金属带与电极片的电极集流体直接贴合接触，然后通过普通厚度的金属极耳对金属带进行转接，能够尽量避免极耳厚度对于电池整体厚度的影响，使得采用本极耳极片转接结构的电芯截面厚度相对传统结构得到了降低，进而提高了电芯的能量密度，同时不影响极耳的焊锡；另一方面，采用该转接结构形成的电芯具有较好的安全防护性能，卷绕后所述金属带位于电芯的外层，可充当安全防护马甲的作用，在电芯发生外部穿刺的情况下，形成外部短路，降低因内部短路发生爆炸和燃烧的发生率，提高了电池安全性。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的电芯纵向剖面示意图；
图2是本发明一实施例提供的电芯横向剖面示意图；
图3是本发明另一实施例提供的电芯横向剖面示意图。
说明书附图中的附图标记如下：
1、金属极耳；2、金属带；2a、正极金属带；2b、负极金属带；3、绝缘胶布。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参见图1所示，本实施例公开了一种极耳极片转接结构，包括金属极耳1、金属带2和电极片，所述电极片具有电极集流体，所述金属带2的一端贴合于所述电极集流体表面，另一端与所述金属极耳1连接，所述金属带2的厚度为10～59μm，所述金属极耳1的厚度大于50μm，且所述金属极耳1的厚度大于所述金属带2的厚度。
在本转接结构中，通过设置厚度仅有10～59μm的金属带2与电极片的电极集流体直接贴合接触，然后通过普通厚度的金属极耳1对金属带2进行转接，能够尽量避免极耳厚度对于电池整体厚度的影响，使得采用本极耳极片转接结构的电芯截面厚度相对传统结构得到了降低，进而提高了电芯的能量密度，同时所述金属极耳1可用于外部电性连接焊锡的需要，避免了因为金属带2厚度太薄，从而影响与外部电线或其他金属件电连接的问题。
本极耳极片转接结构的结构简单，易实现规模化量产。
作为本实施例的进一步优选，所述金属带2的厚度为20～40μm，发明人通过大量实验发现，若金属带2的厚度太小，会影响金属带2与所述电极片或金属极耳1之间的连接效果，难以找到合适的连接方式，同时金属带2太薄生产难度较高，难以批量生产；若金属带2的厚度太大，则不能较好的达到降低电池整体厚度的效果，影响电池的能量密度。
在本实施例中，所述金属带2的材质包括铝、铜、铁、镍、银和金中的单质或合金，需要说明的是，本发明并不对金属带2的材质进行特别的限制，本领域技术人员可根据实际需要对金属带2的材质进行选择，比如在锂离子电池中，与正极片连接的金属带2优选为铝带，与负极片连接的金属带2优选为铜带，因为正极的电位较高，铝带表面形成致密的氧化层可防止集流体进一步氧化，而铜带的氧化层较疏松，为防止其氧化，则适合连接低电位的负极片，同时锂离子在低电位下难以跟铜带形成锂合金。
由于在本技术方案中金属极耳1与集流体不直接接触，故金属极耳1的厚度不影响电芯的整体厚度，所述金属极耳1可采用现有极耳，以保证电池与外部金属件的电连接。
在本实施例中，所述金属极耳1的材质包括铝、铜、铁、镍、银和金中的单质或合金，需要说明的是，本发明并不对金属极耳1的材质进行特别的限制，本领域技术人员可根据实际需要对金属极耳1的材质进行选择。
在本实施例中，所述金属带2与所述电极集流体之间为超声波焊接。
超声波焊接是利用高频振动波传递到相互贴合的金属带2和电极集流体表面，在加压的情况下，使金属带2和电极集流体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。
由于金属带2的厚度较小，且现有的电极片的电极集流体的厚度也较小，不适合采用现有的点焊，采用超声波焊接提高成品率。
在本实施例中，所述金属极耳1与所述金属带2之间为超声波焊接或点焊，优选采用超声波焊接。
所述金属极耳1与所述金属带2的焊接部位缠绕有绝缘胶布3，所述绝缘胶布3采用耐高温耐电解液腐蚀的胶布，需通过高温85℃，30天电解液浸泡测试不脱落的测试。
采用该转接结构形成的电芯具有较好的安全防护性能，卷绕后所述金属带2位于电芯的外层，可充当安全防护马甲的作用，在电芯发生外部穿刺的情况下，形成外部短路，降低因内部短路发生爆炸和燃烧的发生率，提高了电池安全性。
为了达到较好的安全防护效果，所述金属带2的宽度大于所述金属极耳1的宽度，优选所述金属带2的宽度为5～30mm，以更多的覆盖电芯的外表面，从而形成安全防护马甲。
实施例2
在本发明的另一实施例中，公开了一种电芯，包括隔膜以及如实施例1所述的极耳极片转接结构，所述极耳极片转接结构的数量为2个，分别为正极的极耳极片转接结构和负极的极耳极片转接结构，所述电极片包括正极片和负极片，所述正极片包括正极集流体以及涂覆于所述正极集流体上的正极活性物质，所述负极片包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体上的负极活性物质，所述金属带2包括正极金属带2a和负极金属带2b，所述金属极耳1包括正极极耳和负极极耳，所述正极片、隔膜和负极片依次层叠后卷绕，所述正极金属带2a的一端贴合于所述正极集流体表面，另一端与所述正极极耳连接；所述负极金属带2b的一端贴合于所述负极集流体表面，另一端与所述负极极耳连接。
所述正极活性物质和负极活性物质可根据实际电池种类进行选择，为本领域技术人员公知，不再进行赘述。
所述正极片位于电芯外部的端部的正极集流体露出，即正极片位于电芯外部的端部不涂覆正极活性物质，所述正极金属带2a贴合于露出的正极集流体上；所述负极片位于电芯外部的端部的负极集流体露出，即负极片位于电芯外部的端部不涂覆负极活性物质，所述负极金属带2b贴合于露出的负极集流体上，且所述正极金属带2a和负极金属带2b位于所述电芯的同一侧面，即露出的正极集流体和负极集流体位于所述电芯的同一侧面，所述正极金属带2a和负极金属带2b通过正极片和负极片之间的隔膜相互绝缘，避免发生电接触。
所述正极金属带2a和负极金属带2b从垂直于正极片、负极片长度方向引出，所述正极金属带2a和负极金属带2b朝向相同或相反。
在本发明的其他实施例中，所述正极金属带2a和负极金属带2b也可以设置于电芯的两个相对的侧面，该设置虽然稍微提高了电芯厚度，可实现特殊情况下的极耳设置位置要求，所述正极金属带2a和负极金属带2b从垂直于正极片、负极片长度方向引出，所述正极金属带2a和负极金属带2b朝向相同或相反。
如图2所示，所述正极金属带2a和负极金属带2b在水平方向上错位设置，即正极金属带2a和负极金属带2b在竖直方向上无重叠部分，该设置有利于减少正极金属带2a和负极金属带2b对电芯厚度的影响，理论上所述正极金属带2a和负极金属带2b覆盖的面积越大，对电芯的防护效果越好，其起到安全防护马甲的作用越明显。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位。
如图3所示，在其他实施例中，所述正极金属带2a和负极金属带2b可部分重合设置。从而提高其安全防护的效果。
实施例3
本实施例公开了一种如实施例2所述的电芯制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将正极金属带2a与正极极耳进行超声波焊接，将负极金属带2b与负极极耳进行超声波焊接，焊接点处分别用绝缘胶布3包绕；
得到正极片和负极片，所述正极金属带2a远离所述正极极耳的一端超声波焊接于所述正极片端部的正极集流体上，且所述正极金属带2a沿与所述正极片长度方向垂直的方向引出；所述负极金属带2b远离所述负极极耳的一端超声波焊接于所述正极片端部的负极集流体上，且所述负极金属带2b沿与所述负极片长度方向垂直的方向引出；
将正极片、负极片和隔膜卷绕形成电芯。
使用本发明方法，电芯能量密度在原来的厚度平台上，提升(T2-T1)/T*100％，其中T1为改进后的金属带2厚度，范围为0.01mm-0.08mm，T2为改进前的金属极耳1厚度，T为电芯设计厚度。
以下通过具体实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例4
本实施例用于说明本发明公开的一种电芯及其制作方法，包括以下操作步骤：
将正极金属带2a与正极极耳进行超声波焊接，将负极金属带2b与负极极耳进行超声波焊接，焊接点处分别用CPP绝缘胶布3包绕，所述正极金属带2a的厚度为30μm，所述负极金属带2b的厚度为30μm；
制备正极片和负极片，所述正极片包括正极集流体以及涂覆于所述正极集流体上的正极活性物质，正极片位于电芯外部的端部不涂覆正极活性物质，所述正极金属带2a远离所述正极极耳的一端超声波焊接于所述正极片端部露出的正极集流体上，且所述正极金属带2a沿与所述正极片长度方向垂直的方向引出；所述负极片包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体上的负极活性物质，正极片位于电芯外部的端部不涂覆负极活性物质，所述负极金属带2b远离所述负极极耳的一端超声波焊接于所述正极片端部露出的负极集流体上，且所述负极金属带2b沿与所述负极片长度方向垂直的方向引出，所述正极金属带2a和负极金属带2b位于所述电芯的同一侧面，所述正极金属带2a和负极金属带2b在水平方向上错位设置；
将正极片、负极片和隔膜卷绕形成电芯，所述电芯的设计厚度为4.90mm，手机型号为494088。
以常规极耳厚度为80μm计算，采用本发明技术方案制备得到的电芯的能量密度提升1.02％，即(T2-T1)/T*100％＝(0.08mm-0.03mm)/4.90mm*100％＝1.02％。
实施例5
本实施例用于说明本发明公开的一种电芯及其制作方法，包括如实施例4所述的大部分操作步骤，其不同之处在于：
所述正极金属带2a的厚度为10μm，所述负极金属带2b的厚度为10μm；
所述电芯的设计厚度为2.90mm，手机型号为294361；
以常规极耳厚度为80μm计算，采用本发明技术方案制备得到的电芯的能量密度提升2.41％，即(T2-T1)/T*100％＝(0.08mm-0.01mm)/2.90mm*100％＝2.41％。
实施例6
本实施例用于说明本发明公开的一种电芯及其制作方法，包括如实施例4所述的大部分操作步骤，其不同之处在于：
所述正极金属带2a的厚度为50μm，所述负极金属带2b的厚度为50μm；
所述电芯的设计厚度为5.10mm，手机型号为5139980；
以常规极耳厚度为80μm计算，采用本发明技术方案制备得到的电芯的能量密度提升0.59％，即(T2-T1)/T*100％＝(0.08mm-0.05mm)/5.10mm*100％＝0.59％。
所述正极金属带2a和负极金属带2b的宽度为10mm。
将得到电芯制备得到的锂电池与手机型号为5139980的现有电池一起进行针刺试验，电池试验后应不起火、不爆炸，电池的外表面温度不高于150℃，则为合格，得到采用本发明技术方案的锂电池的针刺通过率为90％，现有电池的针刺通过率为30％。
将得到电芯制备得到的锂电池与手机型号为5139980的现有电池一起进行重物冲击试验，电池试验后应不起火、不爆炸，则为合格，得到采用本发明技术方案的锂电池的通过率为100％，现有电池的通过率为99％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种极耳极片转接结构，其特征在于，包括金属极耳(1)、金属带(2)和电极片，所述电极片具有电极集流体，所述金属带(2)的一端贴合于所述电极集流体表面，另一端与所述金属极耳(1)连接，所述金属带(2)的厚度为10～59μm，所述金属极耳(1)的厚度大于50μm，且所述金属极耳(1)的厚度大于所述金属带(2)的厚度。
2.根据权利要求1所述的极耳极片转接结构，其特征在于，所述金属带(2)的厚度为20～40μm。
3.根据权利要求1所述的极耳极片转接结构，其特征在于，所述金属带(2)的材质包括铝、铜、铁、镍、银和金中的单质或合金。
4.根据权利要求3所述的极耳极片转接结构，其特征在于，所述金属极耳(1)的材质包括铝、铜、铁、镍、银和金中的单质或合金。
5.根据权利要求1所述的极耳极片转接结构，其特征在于，所述金属带(2)与所述电极集流体之间为超声波焊接。
6.根据权利要求1所述的极耳极片转接结构，其特征在于，所述金属极耳(1)与所述金属带(2)之间为超声波焊接或点焊。
7.根据权利要求6所述的极耳极片转接结构，其特征在于，所述金属极耳(1)与所述金属带(2)的焊接部位缠绕有绝缘胶布(3)。
8.根据权利要求1所述的极耳极片转接结构，其特征在于，所述金属带(2)的宽度为5～30mm。
9.一种电芯，其特征在于，包括隔膜以及如权利要求1～8中任意一项所述的极耳极片转接结构。
10.根据权利要求9所述的电芯，其特征在于，所述极耳极片转接结构的数量为2个，所述电极片包括正极片和负极片，所述正极片包括正极集流体以及涂覆于所述负极集流体上的正极活性物质，所述负极片包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体上的负极活性物质，所述金属带(2)包括正极金属带(2a)和负极金属带(2b)，所述金属极耳(1)包括正极极耳和负极极耳，所述正极片、隔膜和负极片依次层叠后卷绕，所述正极金属带(2a)的一端贴合于所述正极集流体表面，另一端与所述正极极耳连接；所述负极金属带(2b)的一端贴合于所述负极集流体表面，另一端与所述负极极耳连接。
11.根据权利要求10所述的电芯，其特征在于，所述正极片位于电芯外部的端部的正极集流体露出，所述正极金属带(2a)贴合于露出的正极集流体上，所述负极片位于电芯外部的端部的负极集流体露出，所述负极金属带(2b)贴合于露出的负极集流体上，且所述正极金属带(2a)和负极金属带(2b)位于所述电芯的同一侧面。
12.根据权利要求11所述的电芯，其特征在于，所述正极金属带(2a)和负极金属带(2b)错位设置。
13.根据权利要求11所述的电芯，其特征在于，所述正极金属带(2a)和负极金属带(2b)部分重合设置。
14.一种如权利要求9～13中任意一项所述的电芯的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将正极金属带(2a)与正极极耳进行超声波焊接，将负极金属带(2b)与负极极耳进行超声波焊接，焊接点处分别用绝缘胶布(3)包绕；
得到正极片和负极片，所述正极金属带(2a)远离所述正极极耳的一端超声波焊接于所述正极片端部的正极集流体上，且所述正极金属带(2a)沿与所述正极片长度方向垂直的方向引出；所述负极金属带(2b)远离所述负极极耳的一端超声波焊接于所述正极片端部的负极集流体上，且所述负极金属带(2b)沿与所述负极片长度方向垂直的方向引出；
将正极片、负极片和隔膜卷绕形成电芯。
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