CN108808059B - 一种基于交叉堆叠的叠片式二次电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于交叉堆叠的叠片式二次电池及其制备方法，其所公开的二次电池通过单极组和正负单极片交叉堆叠而成，且单极组整体成型，有效地减少了因正负单极片不良而导致电池性能不符合要求的情况。按照本发明所提供的制备方法制作叠片式二次电池,可有效解决现有的问题点。并采用单极组和极片交替堆叠的方式，单极组和极片的制作过程较简单，在此过程中能有效地提前筛选出不良品，能明显减少返工频次。而且,此发明采用单极组和单极片堆叠的方式，它能有效地减少单极组和单极片制作设备的初期投资费用。

Description

一种基于交叉堆叠的叠片式二次电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种二次电池及其制备方法，尤其是涉及一种基于交叉堆叠式二次电池及其制备方法。
背景技术
二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。利用化学反应的可逆性，可以组建成一个新电池，即当一个化学反应转化为电能之后，还可以用电能使化学体系修复，然后再利用化学反应转化为电能，所以叫二次电池(可充电电池)。市场上主要充电电池有"镍氢"、"镍镉""铅酸(铅蓄电池)"、"锂离子(包括锂电池和锂离子聚合物电池)"等。最常见的二次电池是铅蓄电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质是H2SO4溶液。
目前,可循环充放电的二次电池广泛用于无线移动手机型号的能量源。而且，又是装在电动汽车(EV)、混动动力汽车(HEV)、外接充电式混动动力汽车(Plug-In HEV)等，作为它们的动力源的二次电池，现受各界的高度关注。二次电池可有效解决因使用化石燃料的汽油,柴油型车辆造成的大气污染。
以上类似二次电池，根据外部及内部结构特征可分为圆形电池、方形电池及软包电池。其中，方形和软包电池很受关注，因为它们堆叠的极组集成度较高，而且和长度相比，它们宽度较小。
二次电池是以正极/隔膜/负极结构组合而成，此结构极组大致分为卷绕式和叠片式。卷绕式是在正，负极箔材上涂活性物质后，进行干燥、辊压，再根据规定的尺寸和大小进行冲压裁剪，并把正极片和负极片各粘贴在隔膜上进行螺旋式卷绕。上述形式的卷绕式极组最适合用于圆筒形电池，但如果制作方形或者软包电池时，局部可能会产生应力，导致电极活性物剥离或者在充放电过程中，因反复性的收缩及膨胀，有电池变形的风险。
此外,叠片式电池多数是按顺序把各个正，负极的单极组堆叠在一起,此方法最适合制作方形电池。但方形电池的制作过程较复杂，而且发生冲击时，极片位置可能会偏移，会导致短路发生。
为解决类似问题,在历来的先行技术研发出进一步改进的极组制作方法。它是卷绕式和叠片式相结合制作出的新型极组。根据规定的尺寸和大小，制作正极/隔膜/负极结构的单极组或正极(负极)/隔膜/负极(正极)/隔膜/正极(负极)结构的单极组。并在较长而连续的隔膜上进行卷绕，从而研发制作出叠片/卷绕式的极组。
此方法需在较长的纸张式隔膜上摆放每个单极组，且在两侧夹住单极组及隔膜进行卷绕，所以，为此制作工序，必须具备相关内部空间的内置系统。因此，具有制作过程非常复杂，设备投资费用高的缺点。更重要的是，单极组越多，摆成一排后，无法确保卷绕状态良好，故会导致电极组装体的不良率增加。
发明内容
本发明目的在于克服上述技术存在的问题点，本发明在此提供一种由单极组及在各单极组之间增加单极片，形成完整的电池电极组装体的基于交叉堆叠的叠片式二次电池，该电池能够减少因单极片不良而造成电池性能不符合要求的情况。
此外，本发明在此还提供了一种制备以上二次电池的方法，该方法制作单极片，并通过热固制作出一个单极组，在各单极组之间增加单极片，形成完整的电极组装体。从而优化制作工序，减少因单极片不良导致的返工，并且能实现初期投资费用最少化。
本发明在此提供的基于交叉堆叠的叠片式二次电池包括单极组、正极片和负极片，所述单极组包括隔膜、极片A和极片B，所述极片A、所述极片B和所述隔膜按照隔膜、极片A、隔膜、极片B和隔膜的结构方式交叉堆叠；所述极片A和所述极片B的极性相反；所述单极组、所述负极片、上下面倒过来的单极组和所述正极片依次堆叠形成叠片式极组，叠片式极组最底部和最顶部的极片的极性相同；堆叠完成的叠片式极组由绝缘膜包覆。
该二次电池通过单极组和正负单极片交叉堆叠而成，且单极组整体成型，有效地减少了因正负单极片不良而导致电池性能不符合要求的情况，且每个单极组均有隔膜隔开相邻的正极片、负极片，保证了电池的性能。
具体的，所述正极片包括正极箔材和涂覆于所述正极箔材两面的正极活性物质。
具体的，所述负极片包括负极箔材和涂覆于所述负极箔材两面的负极活性物质。
本发明在此所提供的用于制备本发明所提供的二次电池的方法具体包括以下步骤：
步骤1：单极组制备，由隔膜、极片A、隔膜、极片B和隔膜交替堆叠而成，其中所述极片A和极片B的极性相反；
步骤2：将步骤1制备成的单极组20、负极片200、将步骤1制备成的单极组20上下面倒过来形成的单极组20'和正极片100进行依次堆叠，形成叠片式极组；
步骤3：当经步骤2已堆叠完成的电池极组最顶部与位于电池极组最底部极片极性不同时，再在电池极组的最顶部叠一层与电池极组最底部极片极性相同的极片和隔膜，形成最底部极性和最顶部极性相同的叠片式极组；
步骤4：用绝缘膜包住经步骤3形成的叠片式极组的最外层，绝缘膜尾端使用胶带固定及通过热收缩维持固定状态，形成叠片式二次电池。
本发明所提供的制备方法制作单极片，并通过热固制作出一个单极组，在各单极组之间增加单极片，形成完整的叠片式极组装体。从而优化制作工序，减少因单极片不良导致的返工，并且能实现初期投资费用最少化。
本发明的有益效果是：该二次电池通过单极组和正负单极片交叉堆叠而成，且单极组整体成型，有效地减少了因正负单极片不良而导致电池性能不符合要求的情况。
按照本发明所提供的制备方法制作叠片式二次电池,可有效解决现有的问题点。并采用单极组和极片交替堆叠的方式，单极组和极片的制作过程较简单，在此过程中能有效地提前筛选出不良品，能明显减少返工频次。
而且,此发明采用单极组和单极片堆叠的方式，它能有效地减少单极组和单极片制作设备的初期投资费用。
附图说明
图1是本发明中所提供的负极片结构示意图；
图2是本发明中所提供的正极片结构示意图；
图3是本发明中所提供的单极组结构示意图；
图4是本发明所提供的单极组上下面倒过来的结构示意图；
图5是本发明将单极组、负极片、上下面倒过来的单极组和正极片依次堆叠形成的叠片式极组的结构示意图；
图6是本发明所提供的最顶部再堆叠一层极片和隔膜的叠片式极组的结构示意图；
图7是本发明所提供单极组位于最顶部和最底部的叠片式极组的结构示意图；
图8是本发明所提供的二次电池的整体结构图；
图中：10-隔膜，11-绝缘膜，12-胶带，20-单极组，20'-上下面倒过来的单极组；30-叠片式极组，30'-最顶部为极片和隔膜的叠片式极组，30″-最顶部和最底部为单极组的叠片式极组，100-正极片，110-正极活性物质，111-正极箔材，200-负极片，201-极片A，202-极片B，210-负极活性物质，211-负极箔材。
具体实施方式
本发明的优点，特征及其实现方法可见详细附图说明中具体实施例。但不代表本发明不仅限于以下提到的实施例，将会用多样化的形态去呈现。本文中所提到的实施例是为让本发明更加完整，也使在本技术领域中的其他技术人员更明确地了解本发明的技术范围。本发明是以权利要求项所涉及的内容范围为准。
本说明书里所使用的术语，目的只是为说明实施例，并不代表本发明仅局限于本文所涉及的内容。即使没有单独说明，本发明中指的原极组有可能是单个或多个。本说明书里所用到的"包括"是不排除本文中所提及到的构成要素以外的一个以上的其他要素存在或增加。相同的图和符号是指相同的构成要素,"及(且)/或者"是指已提及到的各个构成要素及以外的一个以上的所有其他组合形式。虽然使用"A","B"等术语来说明多种构成要素,但此构成要素不仅限于它们的指定术语。这些术语只是用来区分不同构成要素。所以,在以下内容中提及的第一构成要素，也可成为本发明技术思想内的第二个构成要素。
空间说明术语，如"从上到下"、“从下到上”等术语，是为说明图示中的不同构成要素之间的关系。空间术语如果和图中所指示的方向相结合使用，或者动作时，应理解为此部分包含不同构成要素的不同方向。比如，将把图中所示的构成要素倒过来放时，原先标示的是"从上到下"或者"从下到上"的它，会变成"从下到上"或者“从上到下”。构成要素也会以不同方向摆置，根据不同方向，空间术语的解析也将产生变化。
结合图1-8所示，本发明提供的叠片式二次电池包括单极组20、正极片100和负极片200，单极组20包括隔膜10、极片A201和极片B202，极片A201、极片B202和隔膜10从上到下或从下到上按照隔膜10、极片A201、隔膜10、极片B202和隔膜10的结构方式依次进行交叉堆叠；极片A201和极片B202的极性相反；单极组20、负极片200、上下面倒过来的单极组20'和正极片100依次堆叠形成叠片式极组30，叠片式极组30'及30″最底部和最顶部的极片的极性相同；堆叠完成的电池由绝缘膜11包覆。
其中，单极组20中的极片A、极片B以及用于堆叠成电池极组的正极片100、负极片200包括箔材(正极箔材111、负极箔材211)的两面分别涂覆有活性物质(正极活性物质110、负极活性物质210)。
以上二次电池的制备方法包括以下步骤：
步骤1：单极组20制备，由隔膜10、极片A201、隔膜10、极片B202和隔膜10依次交替堆叠而成，其中极片A201和极片B202的极性相反，单极组20的结构如图3所示；
步骤2：将步骤1制备成的单极组20、负极片200、将步骤1制备成的单极组20上下面倒过来形成的单极组20'和正极片100进行依次堆叠，形成叠片式极组30；其中单极组20'的结构如图4所示；
步骤3：根据堆叠的极片数量，最顶部可与叠片式极组30最底部极性相同或不同，如果经步骤2已堆叠完成的叠片式极组30最顶部与位于叠片式极组30最底部极片极性不同时，再在叠片式极组30的最顶部叠一层与叠片式极组30最底部极片极性相同的极片，并在极片上堆叠一层隔膜，形成最底部极性和最顶部极性相同叠片式极组30'，具体结构如图6所示，图6中所示叠片式极组30'最顶部和最底部的极性均为负极极性。
在堆叠顺序中，如果单极组20或单极组20'位于最顶部和最底部时，不需要单独的隔膜，此时叠片式极组30″的结构如图7所示。如果(正或负)极片位于最顶部或最底部时,如图5所示；此时需另外叠一层隔膜10，因此需要单独的隔膜切割机构。
但，一般情况下堆叠单极组后，会用隔膜再包一层。所以，即使无单独的隔膜切割设备，本发明也能充分发挥其功能。
步骤4：用绝缘膜11包住叠片式极组30'及叠片式极组30″，绝缘膜11形成的电池极组的最外层，绝缘膜11尾端使用胶带固定及通过热收缩维持固定状态，再利用绝缘的材质维持叠片式极组30'及叠片式极组30″和外部的绝缘性，形成叠片式二次电池。
以上步骤中正极片由正极箔材和涂覆于正极箔材两面的正极活性物质形成；负极片由负极箔材和涂覆于负极箔材两面的负极活性物质形成。
利用本发明，设计叠片(切割)设备时，需要1种堆叠完整极组的机构和2种极片切割机构。
本发明堆叠完成的单极组以及叠片式极组，分别通过热固成为一体。
本说明书中所记述的实施例和图表所示的内容都是可取的实施例，但并不代表此发明包含此领域的所有技术思想，故后期可能将会产生，能替代此发明的多种相等技术和变更案例。并且，本发明不仅限于本文所涉及的实施例，在不超出权利要求项范围内的前提下，本技术领域中的有相关知识的技术人员也能设计多种方案，但明确说明，那些设计方案都属于本发明权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种制备基于交替堆叠的叠片式二次电池的方法，该方法的特征在于：
步骤1：单极组制备，由隔膜、极片A、隔膜、极片B和隔膜交替堆叠而成，其中所述极片A和极片B的极性相反；
步骤2：将步骤1制备成的单极组20、负极片200、将步骤1制备成的单极组20上下面倒过来形成的单极组20'和正极片100进行依次堆叠，形成叠片式极组；
步骤3：当经步骤2已堆叠完成的电池极组最顶部与位于电池极组最底部极片极性不同时，再在电池极组的最顶部叠一层与电池极组最底部极片极性相同的极片和隔膜，形成最底部极性和最顶部极性相同的叠片式极组；
步骤4：用绝缘膜包住经步骤3形成的叠片式极组的最外层，绝缘膜尾端使用胶带固定及通过热收缩维持固定状态，形成叠片式二次电池。
2.根据权利要求1所述的一种制备方法，其特征在于：所述正极片由正极箔材和涂覆于所述正极箔材两面的正极活性物质形成。
3.根据权利要求1或2所述的一种制备方法，其特征在于：所述负极片由负极箔材和涂覆于所述负极箔材两面的负极活性物质形成。
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