CN108376759A - 一种提高能量密度的软包锂电池制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高能量密度的软包锂电池制备方法，包括如下步骤：1)制备边缘部位具有极耳焊接区和极片空缺区的正、负极片；2)在隔膜边缘部位冲切出两个隔膜缺口；3)将负极片、隔膜、正极片依次叠加，正极片的极耳焊接区和极片空缺区分别与负极片的极片空缺区和极耳焊接区对应，隔膜的两个隔膜缺口与极耳焊接区和极片空缺区对应；4)在极耳焊接区内焊接极耳形成内部电芯；5)在内部电芯内注入电解液，封装，即得软包锂电池。该发明将电池极片的极片活性层外部的集流体焊接区域转移到其内部，极耳焊接只需占用极片活性层本体很小的一部分区域，且极耳无需弯折处理，使电池内的空间得到充分的利用，提高了锂电池的体积能量密度。

Description

一种提高能量密度的软包锂电池制备方法

技术领域

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种提高能量密度的软包锂电池制备方法。

背景技术

锂离子电池分布在我们生活的每一个角落，其应用领域包括手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表、移动电源（充电宝）、应急电源、剃须刀、电动自行车、电动汽车、电动公交车、旅游观光车、无人机，以及其他各类电动工具。作为电能的载体和众多设备的动力来源，可以说，锂离子电池的使用已经渗透了我们生活的方方面面。

软包装锂离子电池是锂离子电池常见的形态，其基本组成单元为内部电芯、外部包装膜以及负责锂离子传输的电解液。其中，内部电芯为锂离子电池的能量承载体，其组成一般包括正极片、负极片、隔膜三大组分，而正负极极片又各自包含活性成分层以及电子传输层（集流体）。

正极片的集流体一般选用铝箔，主要在于其耐高电压下的氧化反应；负极片的集流体一般选用铜箔，主要在于其耐低电压下的还原反应；电池电流的引出一般使用金属极耳与极片集流体焊接的方式。由于软包装电池的制备工艺的可操作性较强，所以，市面上可见的软包装锂离子电池也是形态各异，但基本结构不会发生变化。

尽管软包装锂离子电池可以被制备成各种形状规格，但是考核锂电池能量大小的标准是不变的，一般以单位体积或者单位重量的锂电池所能发挥出的能量大小作为衡量标准，即电池的能量密度。作为当前电池行业的中坚力量的锂离子电池的研发重点也是在于提高其能量密度，包括提升电池的质量能量密度和体积能量密度两个方面。

当今消费类电子设备的发展趋势是轻、薄，甚至一些电子产品还需要电池具备特殊的属性，如柔性耐弯曲，对应的锂离子电池也会向轻、薄化发展。随着电池的变薄，包装膜、极耳等非活性成分在质量和体积中所占的比重将逐步增大，导致电池的能量密度降低，甚至随着电池厚度的变薄，一些原有的电池结构都会受到影响，如图1所示，在薄款的软包装电池中，极耳焊接部位将不能再通过折弯的形式来减小无效区域的体积，只能通过平铺的方式进行极耳的引出，否则极耳焊接部位将会对铝塑包装膜形成尖端凸顶效果，除了电池厚度不均一、不美观外，还可能引起包装膜破裂等致命问题，因而将金属集流体上预留的用于焊接极耳的极耳焊接区设置在极片活性层边缘外部，但是极耳一旦平铺放置，将对极耳焊接方向的电池空间利用率造成极大的浪费，约3～5mm的长度将因为极耳平铺而不能有效利用，从而使得电池的体积能量密度受到极大的影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有薄款软包锂电池中极耳平铺放置而增加无效区域体积，导致其体积能量密度降低的问题。

为此，本发明实施例提供了一种提高能量密度的软包锂电池制备方法，包括如下步骤：

1)制备边缘部位具有方形槽结构的极耳焊接区和极片空缺区的正、负极片；

2)隔膜的制备：在隔膜边缘部位冲切出与正、负极片上极耳焊接区和极片空缺区相对应的两个隔膜缺口；

3)叠片：将步骤1)中的正极片与负极片叠加放置，并将正极片的极耳焊接区与负极片的极片空缺区相对应，正极片的极片空缺区与负极片的极耳焊接区相对应，将步骤2)制备的隔膜放置在正极片和负极片之间，两个隔膜缺口与正、负极片的极耳焊接区和极片空缺区相对应；

4)极耳焊接：经步骤3)叠片后的正、负极片的极耳焊接区内分别焊接极耳，形成内部电芯；

5)电池封装：步骤4)得到的内部电芯内注入电解液，并通过外包装膜进行封装，即得软包锂电池。

进一步的，所述步骤1)中正、负极片的制备过程为按设计的极片规格，在正、负极集流体上分别进行涂布极片活性层形成正、负极片，且在涂布过程中正、负极集流体上均沿涂布中心线等间距设有若干个空白区，待涂布的极片活性层烘干后分切正、负极片，分切后正、负极片边缘均具有一个空白区，并在该空白区冲切出极耳焊接区，最后按照设计的极耳中心距距离在分切后正、负极片上与极耳焊接区同边相邻一定距离处冲切出极片空缺区。

进一步的，所述正、负极集流体进入涂布区前一定间隔区域内等间距粘贴若干个隔离层，然后再对正、负极集流体进行涂布极片活性层；涂布的极片活性层烘干后取下隔离层，即在正、负极片上形成空白区。

进一步的，所述隔离层为长方形胶带，该胶带的长度方向与正、负极集流体涂布的宽度方向一致，且胶带的厚度为50～200um。

进一步的，所述极耳焊接区的三边中一边与极片活性层连接，另外两边与极片活性层具有一定间距。

进一步的，所述隔膜的边缘超出极片活性层边缘1～1.5mm。

进一步的，所述步骤3)中正、负极片有多对，且正极片和负极片依次交错进行叠片。

进一步的，所述步骤3)中将正、负极片及隔膜叠片后，极耳焊接前将隔膜缺口边缘通过胶带粘贴固定。

进一步的，所述步骤4)中极耳焊接后，极耳的焊接部位通过胶带粘贴包裹。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的这种提高能量密度的软包锂电池制备方法将一般电池极片在极片活性层区域外部的集流体焊接区域转移到极片活性层区域内部，在靠近极片边缘的区域预留裸露的集流体部分用于焊接极耳，焊接后的极耳不需要进行弯折处理，不仅能使锂电池的外包装膜内的空间得到充分的利用，而且还能将极耳焊接后折弯部分的厚度节省下来用作极片活性层，从而更大程度的填充活性材料，大大提高了锂电池的体积能量密度。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是现有软包锂电池中极片的结构示意图；

图2是本发明中极片的结构示意图；

图3是本发明中内部电芯结构爆炸图。

附图标记说明：1、极片活性层；2、极耳焊接区；3、极片空缺区；4、正极片；5、隔膜、6、负极片；7、隔膜缺口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本实施例提供了一种提高能量密度的软包锂电池制备方法，包括如下步骤：

(1)制备边缘部位具有方形槽结构的极耳焊接区2和极片空缺区3的正、负极片，其具体结构如图2所示，极耳焊接区2用于极耳的焊接，极片空缺区3用于正、负极片对位时以方便对极片的焊接。

上述正、负极片的具体制备过程如下：首先，按设计的极片规格，在正、负极集流体上分别进行涂布极片活性层1形成正、负极片，其中，制备正极片4的正极集流体选用铝箔，制备负极片6的负极集流体选用铜箔，同时在该涂布过程中，正、负极集流体上均沿涂布中心线等间距预留有用于制备极耳焊接区的若干个空白区，而在涂布过程中此空白区形成的一种具体实施方式可以是在所述正、负极集流体进入涂布区前一定间隔区域内等间距粘贴若干个隔离层，然后再对正、负极集流体进行正常涂布极片活性层1，具体的，该隔离层可采用长方形胶带，该胶带的长度方向与正、负极集流体涂布的宽度方向一致，且胶带的厚度依据涂布的厚度不同可在50～200um范围内进行调节；待涂布的极片活性层1烘干后，在收卷之前取下粘贴的隔离层；然后，对该正、负极片按设计规格进行分切，分切后正、负极片边缘均具有一个空白区，并在该空白区冲切出极耳焊接区2，进一步优化的，所述极耳焊接区2的三边中一边与极片活性层1连接，另外两边与极片活性层1具有一定间距，具体为极耳焊接区2的底边与极片活性层1连接，两侧边各自与极片活性层1具有2.5mm间距，该间距可保证多对极片叠加时正负极之间不会出现接触短路；最后，按照设计的极耳中心距距离在分切后正、负极片上与极耳焊接区2同边相邻一定距离处冲切出极片空缺区3。

本实施例制备的这种结构的正、负极片将一般电池极片在极片活性层1区域外部的集流体焊接区域转移到极片活性层区域内部，在靠近极片边缘的区域预留裸露的集流体部分用于焊接极耳，极耳焊接只需要占用极片活性层本体很小的一部分区域，且由于没有折弯极耳的设计，在长度方向上，还能将极耳焊接后折弯部分的厚度节省下来用作极片活性层，从而更大程度的填充活性材料，使薄款的软包锂离子电池随着厚度的变薄而体积能量密度损失最大程度的减小。

(2)隔膜的制备：在隔膜5边缘部位冲切出与正、负极片上极耳焊接区2和极片空缺区3相对应的两个隔膜缺口7。

优化的，为了保证隔膜能够完全覆盖正、负极片，所述隔膜5的边缘超出极片活性层1边缘1～1.5mm，进一步避免极耳焊接区2和极片活性层1的接触短路。

(3)叠片：如图3所示，将步骤(1)中的正极片4与负极片6叠加放置，并将正极片4的极耳焊接区2与负极片6的极片空缺区3相对应，正极片4的极片空缺区3与负极片6的极耳焊接区2相对应，将步骤(2)制备的隔膜5放置在正极片4和负极片6之间，两个隔膜缺口7与正、负极片的极耳焊接区2和极片空缺区3相对应。

根据所需要制备的软包锂电池的实际需求，还可采用多对正、负极片进行依据上述叠片方式，且正极片和负极片依次交错进行叠片。进一步优化的，对于正、负极片及隔膜叠片后隔膜边缘区域，尤其是与极耳焊接区2对应的边缘区域可以通过胶带粘贴固定，进一步避免极耳焊接区2和极片活性层1的接触短路。

(4)极耳焊接：经步骤(3)叠片后的正、负极片的极耳焊接区内分别焊接极耳，形成内部电芯。而优选的，在极耳焊接后，极耳的焊接部位通过胶带粘贴包裹，防止对外包装膜的刺破和起到进一步的短路保护作用。

(5)电池封装：步骤(4)得到的内部电芯内注入电解液，并通过外包装膜进行封装，即得软包锂电池。

通过上述制备方法制得的软包锂电池能实现电池厚度降低后其外包装膜内空间最大化的利用，提高电池的体积能量密度。

下面通过两个实施例具体说明高体积能量密度的软包锂电池的制备方法。

实施例1：

使用铝箔集流体进行正极涂布极片活性层1，涂布区宽度为200mm，在涂布区前100mm处按60mm等间距的沿中心线粘贴厚度为100um，长宽分别为24mm和12mm的胶带，胶带长度方向与涂布宽度方向一致；待涂布的料层烘干后，在收卷前将之前的胶带取下，沿涂布中心线区域两边各自冲切极片，极片尺寸为宽度50mm，长度100mm，铝箔集流体上预留未涂布区(即极耳焊接区2)的整个面积为12mm×12mm，距极片宽度边的距离为8mm，并且极耳焊接区2和涂布区(即极片活性层1区域)长度方向接触的宽2.5mm、长11mm区域同时进行冲切去除；同时在极片上冲切出12mm×12mm的极片空缺区3，极片空缺区3距极片另外一边的距离为8mm。

负极片6使用同样的方式，经过一些调整后最终的极片宽度50mm，长度为101mm，极耳焊接区2为10mm×10mm，极片空缺区3为10mm×10mm，极耳焊接区2和极片空缺区3与极片宽度边的距离分别为9mm，负极片6的极耳焊接区2距离极片活性层1区域长度方向边缘的冲切去除区为宽2mm，长10mm。

使用102mm宽度的隔膜5，边缘按照8mm×8mm区域大小，以相邻10mm和16mm为一个周期的等距单元进行冲切。

使用以上正极片4、负极片6及隔膜5材料进行叠片，对极耳焊接区2和极片空缺区3边缘的隔膜5进行贴胶固定，之后经焊接、封装、注液后可制备成最大高体积能量密度的薄款锂离子电池。

实施例2：

使用铝箔集流体进行正极涂布，涂布区宽度为200mm，在涂布区前100mm处按50mm等间距的沿中心线粘贴厚度为100um，长宽分别为24mm和12mm的胶带，胶带的长度方向与涂布宽度方向一致；涂布的料层烘干后，在收卷前将之前的胶带取下，沿涂布中心线分切成100mm宽度250mm长度的极片，其中，极耳焊接区2和极片空缺区3的面积均为12mm×12mm，经模切机冲切后按照极片空缺区3、极耳焊接区2依次冲切，最终的极片效果是相邻两个极片空缺区3或者相邻两个极耳焊接区2的距离为16mm，极耳焊接区2和极片空缺区3的距离为10mm，最外侧的极耳焊接区2和极片空缺区3距离极片边缘的距离为8mm，此外极耳焊接区2对称的两个边各自冲切去除2.5mm×11mm的区域。

负极片6采用相同的方式制备，最终的效果为整体极片大小尺寸为宽度101mm，长度为250mm。其中极片空缺区3和极耳焊接区2的面积为10mm×10mm，，极片相邻两个极耳焊接区2或相邻两个极片空缺区3的距离为18mm，相邻极耳焊接区2和极片空缺区3的距离为12mm，最外侧的极耳焊接区2和极片空缺区3距离极片边缘的距离为9mm，此外极耳焊接区2对称的两个边各自去除2mm×10mm的区域。

使用102mm宽度的隔膜5，边缘按照8mm×8mm的区域大小将隔膜5冲切出两个隔膜缺口7，相邻冲切区域的距离依次按照20mm和14mm，20mm对应相邻的两个极耳焊接区2或相邻的两个极片空缺区3的距离，14mm对应相邻的极耳焊接区2和极片空缺区3的距离。

使用以上正极片4、负极片6及隔膜5材料进行卷绕型叠片，并对极耳焊接区2和极片空缺区3边缘的隔膜贴胶固定，之后进行焊接、封装、注液后制备成高体积能量密度的薄款锂离子电池。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高能量密度的软包锂电池制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)制备边缘部位具有方形槽结构的极耳焊接区和极片空缺区的正、负极片；

2)隔膜的制备：在隔膜边缘部位冲切出与正、负极片上极耳焊接区和极片空缺区相对应的两个隔膜缺口；

3)叠片：将步骤1)中的正极片与负极片叠加放置，并将正极片的极耳焊接区与负极片的极片空缺区相对应，正极片的极片空缺区与负极片的极耳焊接区相对应，将步骤2)制备的隔膜放置在正极片和负极片之间，两个隔膜缺口与正、负极片的极耳焊接区和极片空缺区相对应；

4)极耳焊接：经步骤3)叠片后的正、负极片的极耳焊接区内分别焊接极耳，形成内部电芯；

5)电池封装：步骤4)得到的内部电芯内注入电解液，并通过外包装膜进行封装，即得软包锂电池。

2.如权利要求1所述的提高能量密度的软包锂电池制备方法，其特征在于：所述步骤1)中正、负极片的制备过程为按设计的极片规格，在正、负极集流体上分别进行涂布极片活性层形成正、负极片，且在涂布过程中正、负极集流体上均沿涂布中心线等间距设有若干个空白区，待涂布的极片活性层烘干后分切正、负极片，分切后正、负极片边缘均具有一个空白区，并在该空白区冲切出极耳焊接区，最后按照设计的极耳中心距距离在分切后正、负极片上与极耳焊接区同边相邻一定距离处冲切出极片空缺区。

3.如权利要求2所述的提高能量密度的软包锂电池制备方法，其特征在于：所述正、负极集流体进入涂布区前一定间隔区域内等间距粘贴若干个隔离层，然后再对正、负极集流体进行涂布极片活性层；涂布的极片活性层烘干后取下隔离层，即在正、负极片上形成空白区。

4.如权利要求3所述的提高能量密度的软包锂电池制备方法，其特征在于：所述隔离层为长方形胶带，该胶带的长度方向与正、负极集流体涂布的宽度方向一致，且胶带的厚度为50～200um。

5.如权利要求2所述的提高能量密度的软包锂电池制备方法，其特征在于：所述极耳焊接区的三边中一边与极片活性层连接，另外两边与极片活性层具有一定间距。

6.如权利要求2所述的提高能量密度的软包锂电池制备方法，其特征在于：所述隔膜的边缘超出极片活性层边缘1～1.5mm。

7.如权利要求1所述的提高能量密度的软包锂电池制备方法，其特征在于：所述步骤3)中正、负极片有多对，且正极片和负极片依次交错进行叠片。

8.如权利要求1或7所述的提高能量密度的软包锂电池制备方法，其特征在于：所述步骤3)中将正、负极片及隔膜叠片后，极耳焊接前将隔膜缺口边缘通过胶带粘贴固定。

9.如权利要求1所述的提高能量密度的软包锂电池制备方法，其特征在于：所述步骤4)中极耳焊接后，极耳的焊接部位通过胶带粘贴包裹。