CN107302104A - 提高软包装锂离子电池能量密度的方法及其产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高软包装锂离子电池能量密度的方法，包括：制备锂离子电池的裸电芯，并对裸电芯进行顶封封装，得到软包装锂离子电池半成品；将软包装锂离子电池半成品的外未封区全部切除；将切除外未封区的软包装锂离子电池半成品制成锂离子电池。与现有技术相比，本发明将电芯顶封封装中的外未封区及部分封印区切除，保留足够的封印区，有效利用电池的空间，从而可在相同的电芯总长度内设计封装更多的活性物质，具有更高的体积能量密度。

Description

提高软包装锂离子电池能量密度的方法及其产品

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种提高软包装锂离子电池能量密度的方法及其制得的软包装锂离子电池。

背景技术

软包装锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长等优点受到市场的极大青睐。随着消费市场对锂离子电池容量的要求不断提高，锂离子电池需要具有更高的能量密度。软包装锂离子电池的能量密度提升一直是各大电池制造商、研发团队的主要研究课题。

为了提高锂离子电池的能量密度，现有技术通常采用优化锂离子电池材料的方式，但是，正负极材料的研发越来越困难，使用高电压体系往往会导致电池安全性能下降。此外，为了提高锂离子电池的能量密度，现有技术还采用优化工艺以减少不必要的电池空间消耗，在相同尺寸的电池内放入更多的正负极活性材料。

对于软包装锂离子电池来说，电池的未利用的空间主要集中在电池头部和尾部，在电池头部顶封区主要包括外未封区、封印区和内未封区。其中，内未封区作为电池化成产气时的排气通道需要保留；封印区确保一定有效封印厚度和封装强度即可满足要求；外未封区仅在顶封封装时作为包装材料的PP(聚丙烯)层溢胶容纳区，在顶封之后就没有作用。

有鉴于此，有必要提供一种能够有效利用电池空间、提高软包装锂离子电池的能量密度的方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种提高软包装锂离子电池能量密度的方法，并提供制得的软包装锂离子电池。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种提高软包装锂离子电池能量密度的方法，包括：

1)制备锂离子电池的裸电芯，并对裸电芯进行顶封封装，得到软包装锂离子电池半成品；所述软包装锂离子电池半成品包括用于容纳裸电芯的主体区和位于主体区上方、用于封装裸电芯的顶封区，顶封区包括封印区、位于封印区下方的内未封区和覆盖于封印区上方、用于容纳包装材料溢胶的外未封区；

2)将软包装锂离子电池半成品的外未封区全部切除；

3)将切除外未封区的软包装锂离子电池半成品制成锂离子电池。

作为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的一种改进，所述步骤2)中切除外未封区时，还同时将与外未封区连接的一部分封印区切除。

作为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的一种改进，所述步骤2)切除完成后，封印区的轴向长度为0.1～2.0mm。

作为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的一种改进，所述步骤1)所制成的裸电芯还包括正负极耳，极耳的宽度p大于其要求宽度p’，封装后至少一极的极耳自顶封区向上凸出；步骤2)中切除外未封区时，还同时切除极耳的多余宽度，使其保留宽度等于要求宽度p’。

作为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的一种改进，所述极耳的要求宽度为1.0～8.0mm。

作为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的一种改进，所述步骤1)制成的软包装锂离子电池半成品在极耳与顶封区的连接处设有极耳保护胶，且极耳保护胶的宽度和/或轴向长度大于其要求尺寸；步骤2)中切除外未封区时，还同时切除极耳保护胶的多余宽度和/或轴向长度，使其保留宽度和轴向长度均等于要求尺寸。

作为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的一种改进，所述极耳保护胶的要求轴向长度为0.1～3.0mm，要求宽度为每侧宽度分别超出极耳0.1～3.0mm。

作为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的一种改进，还包括对软包装锂离子电池进行化成，并将封装化成产生气体的气袋切除的步骤，此步骤在步骤1)、2)之间进行，或是在步骤3)中进行。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种软包装锂离子电池，包括用于容纳阴阳极活性物质的主体区和位于主体区上方、用于封装阴阳极活性物质的顶封区，其中，顶封区包括封印区和位于封印区下方的内未封区；其中，所述封印区位于顶封区的最上方，封装时覆盖于封印区上方用于容纳包装材料溢胶的外未封区已全部切除。

作为本发明软包装锂离子电池的一种改进，所述封印区的轴向长度为0.1～2.0mm。

与现有技术相比，本发明通过将现有技术中锂离子电池顶封封装后不必要的部分切除，使制得的软包装锂离子电池具有以下有益效果：

第一，可以在相同的电池整体长度内设计更长的冲坑，从而在电池内封装更大的阴阳极极片，进而提高电池的能量密度；

第二，可以将顶封边外未封区内的溢胶区凸起部分去除，从而减小了电池的背部台阶高度，进而提高了电池的顶封位置尺寸一致性；

第三，可以将顶封封装区域上的一部分极耳、极耳保护胶切除，从而有效减小极耳的焊接、顶封的工艺难度，同时提高电池极耳胶外露部分的轴向长度、宽度等尺寸与位置的一致性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法、制得的软包装锂离子电池及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的实施例1的流程图。

图2为软包装锂离子电池顶封封装完成后的半成品的结构示意图。

图3为图2中A部分的局部放大图。

图4为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的实施例1的切边前电芯示意图。

图5为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的实施例1的切边后与非切边设计电芯的对比示意图。

图6为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的实施例2的流程图。

图7为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的实施例2的切边前后对比示意图。

图8为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的实施例3的流程图。

图9为本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的实施例3的切边前后对比示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

请参阅图2-3，本发明通过将顶封封装完成后的锂离子电池的顶封区102或是将其顶封区102、极耳14、16和极耳保护胶15、17部分切除，以得到体积能量密度更大的软包装锂离子电池。

实施例1

请参阅图1-3，本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的第一个实施例仅对顶封区102进行部分切除，以下对其步骤进行详细说明。

步骤101，制备锂离子电池的裸电芯，并对裸电芯进行顶封封装，得到图2-3所示的软包装锂离子电池半成品，其设有：用于容纳裸电芯的主体区101、位于主体区101上方用于封装裸电芯的顶封区102和自顶封区向上凸出的极耳14、16。其中，顶封区102包括封印区12、位于封印区12下方的内未封区13和覆盖于封印区12上方的外未封区11，内未封区13用于作为电池化成产气时排气通道，外未封区11用于容纳包装材料溢胶。极耳14、16与顶封区102的连接处设有极耳保护胶15、17。

步骤103，将软包装锂离子电池半成品的全部外未封区11以及与外未封区11连接的一部分封印区12切除，剩余封印区12的轴向长度为0.1～2.0mm。

步骤105，对软包装锂离子电池进行化成，最后将封装化成产生气体的气袋切除。

参照图2-4所示，电池要求轴向总长度，即顶部边缘到底部边缘的距离为m+n，设计长度为m+n+o，其中m为主体区101的轴向长度，o为需要切除的轴向长度，n为切除后剩余的封印区12轴向长度与内未封区13轴向长度之和。切除部分分为3个位置，A位置为左侧极耳14的左侧，做“反L”形切除；B位置为左侧极耳14与右侧极耳16的中间，做“U”形切除，C位置为右侧极耳16的右侧，做“L”形切除。切除过程中将极耳14、16与极耳胶15、17所在位置避空，将顶封区102的全部外未封区11和与外未封区11连接的部分封印区12切除，保留内未封区13和与内未封区13连接的剩余有效封印区12。切除方法可以使用特殊设计的切刀或其他方法，只需保证切除的精度满足要求即可。顶封区102部分切除后可以通过控制n的大小来确保顶封封装强度，以满足在后续生产和使用过程中的不漏液、不冲开的要求，在本实施例中，剩余封印区12的轴向长度为0.1～2.0mm。易于理解的是，在其他实施例中，也可以仅切除外未封区13而保留全部封印区12。

切除后，软包装锂离子电池的顶封区102轴向长度变窄，使得主体区101的长度所占比例增加。请参阅图5，对于总设计长度为m+n的电池来说，使用本发明方法制得的电池的主体区101轴向长度可达m，但使用现有技术制成的电池主体区101轴向长度仅为(m+n)-(n+o)＝m-o。因此，本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法使得电池主体区101轴向长度增加o，其能量密度提升了约o/(m-o)。

实施例2

请参阅图6和图7，本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的第二个实施例对顶封区102、极耳14、16和极耳保护胶15、17均进行部分切除，以下对其步骤进行详细说明。

步骤201，制备锂离子电池的裸电芯，所制成的裸电芯的极耳14、16的宽度p大于其要求宽度p’、极耳保护胶15、17的宽度q大于其要求宽度q’、极耳保护胶15、17的轴向长度r大于其要求轴向长度r’；对裸电芯进行顶封封装，得到图2-3所示的软包装锂离子电池半成品。步骤201与步骤101大致相同，只是极耳14、16的宽度p、极耳保护胶15、17的宽度q和极耳保护胶15、17的轴向长度r均大于其要求尺寸，此处不再赘述。

步骤203，将软包装锂离子电池半成品的全部外未封区11、与外未封区11连接的一部分封印区12、极耳14、16的多余宽度、极耳保护胶15、17的多余宽度、极耳保护胶15、17的多余轴向长度均进行切除，切除后，极耳14、16的保留宽度等于其要求宽度p’，极耳保护胶15、17的保留宽度等于其要求宽度q’、极耳保护胶15、17的保留轴向长度等于其要求轴向长度r’。

步骤205，对软包装锂离子电池进行化成，最后将封装化成产生气体的气袋切除。

请参照图2、3、7所示，同实施例1的切除方法类似，也分为3个位置，但三个位置的切除方式均为“台阶形切除”，如图7中虚线所示。本实施例中极耳14、16的设计宽度p、极耳保护胶15、17的设计宽度q、极耳保护胶15、17的设计轴向长度r均比要求尺寸p’、q’、r’更宽。在切除顶边时，沿虚线方向将极耳14、16和极耳保护胶15、17的多余部分同时切除，这样切除后的剩余极耳14、16的宽度、剩余极耳保护胶15、17的宽度和轴向长度就可以满足设计尺寸要求。这样设计的好处是：通过先行设计尺寸更大的极耳14、16和极耳保护胶15、17，能够有效减小极耳14、16的焊接、顶封的工艺难度、然后再通过切顶边一道工序，在提高电池的能量密度的同时，控制极耳宽度、极耳保护胶宽度和外露轴向长度等尺寸。在本实施例中，切除后极耳14、16的宽度为1.0～8.0mm，极耳保护胶15、17的轴向长度为0.1～3.0mm，极耳保护胶15、17的每侧宽度分别超出极耳0.1～3.0mm。

实施例3

请参阅图8和图9，本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法的第三个实施例仅对顶封区102进行部分切除，以下对其步骤进行详细说明。

步骤301，制备锂离子电池的裸电芯，并对裸电芯进行顶封封装，得到图2-3所示的软包装锂离子电池半成品。由于步骤301与步骤101相同，此处不再赘述。

步骤303，将软包装锂离子电池进行化成，将封装化成产生气体的气袋切除。

在切除封装化成产生气体的气袋后再对顶封边进行切除，可以减少顶封边切线长度，降低切顶封边工序的难度。

步骤305，将软包装锂离子电池半成品的全部外未封区11以及与外未封区11连接的一部分封印区12切除。

除切线长度外，步骤305与步骤103相同，此处不再赘述。本实施例与实施例1的区别在于，在步骤303切除气袋的工序之后再进行步骤305切除顶封边的工序。如图4-5所示，本实施例所实现的效果与实施例1中的效果一致，只是切顶封边步骤的难度更低。

与现有技术相比，本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法，通过将锂离子电池顶封封装完成后的顶封区102中多余的外未封区13及一部分轴向长度的封印区12切除，保留足够的封印区，减小了顶封区102所占的空间，从而可在相同的电池轴向总长度内设计更大的电池主体区101长度，在电池内封装更大的裸电芯，达到提高体积能量密度的目的。

通过以上描述可知，本发明提高软包装锂离子电池能量密度的方法主要是比现有技术增加了切顶封边步骤，易于理解的是，由于此新增步骤与其他步骤联系不大，因此可以根据实际需要，在顶封封装后、电池完成前的任意合适时机进行，也就是说，此步骤可以插入现有技术电池生产步骤的任意两步之间(如，可以在注液、化成之前或之后进行，也可以在注液之后、化成之前进行)，也可以与某一步骤(如切极耳工序、顶封边TCO焊接工序、顶封边贴胶工序)集成，这并不会影响本发明的最终效果，只是会对电池制备过程中的操作难度和复杂程度有所影响。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种提高软包装锂离子电池能量密度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)制备锂离子电池的裸电芯，并对裸电芯进行顶封封装，得到软包装锂离子电池半成品；所述软包装锂离子电池半成品包括用于容纳裸电芯的主体区和位于主体区上方、用于封装裸电芯的顶封区，顶封区包括封印区、位于封印区下方的内未封区和覆盖于封印区上方、用于容纳包装材料溢胶的外未封区；

2)将软包装锂离子电池半成品的外未封区全部切除；

3)将切除外未封区的软包装锂离子电池半成品制成锂离子电池。

2.根据权利要求1所述的提高软包装锂离子电池能量密度的方法，其特征在于，所述步骤2)中切除外未封区时，还同时将与外未封区连接的一部分封印区切除。

3.根据权利要求1或2所述的提高软包装锂离子电池能量密度的方法，其特征在于，所述步骤2)切除完成后，封印区的轴向长度为0.1～2.0mm。

4.根据权利要求1或2所述的提高软包装锂离子电池能量密度的方法，其特征在于，所述步骤1)所制成的裸电芯还包括正负极耳，极耳的宽度p大于其要求宽度p’，封装后至少一极的极耳自顶封区向上凸出；步骤2)中切除外未封区时，还同时切除极耳的多余宽度，使其保留宽度等于要求宽度p’。

5.根据权利要求4所述的提高软包装锂离子电池能量密度的方法，其特征在于，所述极耳的要求宽度为1.0～8.0mm。

6.根据权利要求4所述的提高软包装锂离子电池能量密度的方法，其特征在于，所述步骤1)制成的软包装锂离子电池半成品在极耳与顶封区的连接处设有极耳保护胶，且极耳保护胶的宽度和/或轴向长度大于其要求尺寸；步骤2)中切除外未封区时，还同时切除极耳保护胶的多余宽度和/或轴向长度，使其保留宽度和轴向长度均等于要求尺寸。

7.根据权利要求6所述的提高软包装锂离子电池能量密度的方法，其特征在于，所述极耳保护胶的要求轴向长度为0.1～3.0mm，要求宽度为每侧宽度分别超出极耳0.1～3.0mm。

8.根据权利要求1或2所述的提高软包装锂离子电池能量密度的方法，其特征在于，还包括对软包装锂离子电池进行化成，并将封装化成产生气体的气袋切除的步骤，此步骤在步骤1)、2)之间进行，或是在步骤3)中进行。

9.一种软包装锂离子电池，包括用于容纳阴阳极活性物质的主体区和位于主体区上方、用于封装阴阳极活性物质的顶封区，其中，顶封区包括封印区和位于封印区下方的内未封区；其特征在于：所述封印区位于顶封区的最上方，封装时覆盖于封印区上方用于容纳包装材料溢胶的外未封区已全部切除。

10.根据权利要求9所述的软包装锂离子电池，其特征在于：所述封印区的轴向长度为0.1～2.0mm。