CN108808074A - 一种半卷绕叠层锂离子电池电芯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半卷绕叠层锂离子电池电芯及其制备方法，该电芯由电芯罩壳、平板芯棒、隔膜袋、极电带和电解液组成；该制备方法为制备平板芯棒，并在其内部开设蜂窝状或格栅状中空结构，套上隔膜袋；分别用铝箔和铜箔制成带有极耳的正极片和负极片，并分别涂覆正负极材料；利用离子交换隔膜将正极片和负极片贴合成极电带，并卷绕在包裹有隔膜袋的平板芯棒上，此时所有正极耳和负极耳分别重叠在一起形成极电带的正极和负极；将电芯放入电芯罩壳中，注入电解液后封口。本发明采用半卷绕设计模型，生成一种内部为半绕制式，外部为方形结构的转型电芯，解决了现有锂电池电芯中存在的内外温度不均，使用寿命较短，结构稳固性差，能量一致性差等问题。

Description

一种半卷绕叠层锂离子电池电芯及其制备方法

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种半卷绕叠层锂离子电池电芯及其制备方法。

背景技术

锂电池是能源产业的核心产品，是调度能量不可或缺的因素。而构成锂电池的核心单元就是锂电池电芯，因此电芯生产制备的好坏决定了锂电池产业的成败。

目前，锂电池电芯的生产方式主要分为卷绕工艺和叠层工艺。这两种工艺各有优缺点，其中卷绕工艺电芯的产量高，自动化程度高，具有制备效率高的优势，也是迄今最成熟的电芯制备工艺，但其缺点是由于采用卷制工艺，因此在实际应用的过程中，锂电池电芯会出现内外热量不均的严重情况，特别在动力应用领域，导致锂电池的热管理成本很高，安全性较差，电芯尺寸小，严重制约了电动车的推行。

对于目前市场上的叠层工艺电芯，其优点在于内阻低，热均匀性好，适合大功率电动应用产业，但同样存在致命的缺陷，主要体现为：成本高，产品制造的投资大，工艺复杂，电芯的能量一致性差等问题，尤其是叠层结构不稳定，充放电过程容易产生曲压变异，从而导致电芯变形、鼓胀引发衰减容量，这也是迄今为止叠层工艺电芯难以规模推行的原因。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种介于卷绕式和叠层式的中间态锂电池电芯及其制备方法，从而同时解决了上述两种工艺路线所带来的应用缺陷。

为达到上述技术目的及效果，本发明通过以下技术方案实现：

本发明的一种半卷绕叠层锂离子电池电芯，包括一个电芯罩壳，所述电芯罩壳的外部设置有正极极柱和负极极柱，所述电芯罩壳的内部设置有平板芯棒、隔膜袋、极电带和电解液；所述平板芯棒为一个由导热材料制成的方型支架，所述方型支架的内部呈蜂窝状或格栅状中空结构，所述电解液注入在所述平板芯棒内部的蜂窝状或格栅状中空结构中，所述隔膜袋包裹在所述平板芯棒的外部；所述极电带卷绕在包裹有所述隔膜袋的所述平板芯棒上，并固定成方型结构，所述极电带上引出有正极和负极，所述极电带的正极与负极分别与所述电芯罩壳上而定正极极柱和负极极柱连接。

进一步的，所述平板芯棒所采用的导热材料为金属铝、导热PP或半陶瓷结构导热PP。

进一步的，所述极电带由依次贴合在一起的正极片、离子交换隔膜和负极片组成，所述正极片和所述负极片上分别设置有若干个正极耳和负极耳，且所述正极耳与所述负极耳位于同一侧，且错位排列；所述极电带在卷绕后，若干个所述正极耳重叠形成所述极电带的正极，若干个所述负极耳重叠形成所述极电带的负极。

进一步的，所述正极片的材质为铝，并涂覆有正极材料，所述负极片的材质为铜，并涂覆有负极材料。

本发明的一种半卷绕叠层锂离子电池电芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）采用金属铝、导热PP或半陶瓷结构导热PP等的导热材料制备一个方型支架，以充当平板芯棒；

步骤2）在所述平板芯棒的两侧端面及其内部开设蜂窝状或格栅状中空结构，以存储更多的电解液；

步骤3）在所述平板芯棒的外部套上一个隔膜袋，以用于绝缘和锁定电解液；

步骤4）采用金属铝箔制成一定长度的正极片，并在所述正极片上涂覆有正极材料，在所述正极片上每隔一定距离设置一个正极耳；

步骤5）采用金属铜箔制成一定长度的负极片，并在所述负极片上涂覆有负极材料；在所述负极片上每隔一定距离设置一个负极耳；

步骤6）利用离子交换隔膜将所述正极片和所述负极片贴合在一起制成极电带，此时，所述正极耳和所述负极耳均位于所述极电带的同一侧，且错位排列；

步骤7）将极电带卷绕在包裹有所述隔膜袋的所述平板芯棒外部，并将整体形状卷绕成方型结构，制成电芯核心组件，此时所有所述正极耳全部重叠在一起形成正极，所有所述负极耳全部重叠在一起形成负极；

步骤8）将电芯核心组件放入电芯罩壳中，并将其正极和负极分别与所述电芯罩壳上的正极极柱和负极极柱相连接，最后注入电解液。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明采用半卷绕设计模型，生成一种内部为半绕制式，外部为方形结构的转型电芯，这种介于卷绕式和叠层式的中间态锂电池电芯可以同时解决上述两种工艺路线所带来的应用缺陷。

2、本发明采用导热平板芯棒卷绕三层基组合极电带的绕制方法，直接将整体结构绕制成半绕形，内热外传的结构。这样做的好处在于，制备工艺上的生产效率大大提高，生产成本大大较低，全面提升了产品的一致性；同时，平板芯棒的特殊结构，可以稳定产品架构，改善热循环，兼顾电芯的充放电性能，彻底解决了电芯内外温度不均匀的问题。

3、本发明正极片上的正极耳与负极片上的负极耳的位置经过精心设计，可以在极电带卷绕后，巧妙地将所有正极耳和所有负极耳分别重叠成电芯的正极和负极，这种多电极的叠层方式，可以有效改善集流过流能力。

4、本发明的平板芯棒的内部为蜂窝状或格栅状中空结构，这使得本发明的电芯可以比传统锂电池电芯储存更多当量的电解液，平板芯棒还预装在隔膜袋中，以锁定液态电解液并绝缘。众所周知，由于工艺及应用关系，电池衰减的根本原因是电解液因时效而干涸，而本发明的电芯结构可在大幅增加电芯寿命的同时，提高结构稳固性，进一步地在充放电过程中充分提升电解液的活性循环离子均匀度，提高电芯稳定性，并且由于不借助外力，其成本也相对低廉。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明平板芯棒的结构示意图；

图2为本发明极电带的结构示意图；

图3为本发明正极片和负极片的结构示意图；

图4为本发明电芯核心组件的仰视图；

图5为本发明电芯核心组件的正视图；

图6为本发明锂电池电芯的剖视图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1、4~6所示，一种半卷绕叠层锂离子电池电芯，包括一个电芯罩壳1，所述电芯罩壳1的外部设置有正极极柱11和负极极柱12，所述电芯罩壳1的内部设置有平板芯棒2、隔膜袋3、极电带4和电解液；所述平板芯棒2为一个由导热材料制成的方型支架，所述方型支架的内部呈蜂窝状或格栅状中空结构，所述电解液注入在所述平板芯棒2内部的蜂窝状或格栅状中空结构中，所述隔膜袋3包裹在所述平板芯棒2的外部；所述极电带4卷绕在包裹有所述隔膜袋3的所述平板芯棒2上，并固定成方型结构，所述极电带4上引出有正极5和负极6，所述极电带4的正极5与负极6分别与所述电芯罩壳1上而定正极极柱11和负极极柱12连接。

进一步的，所述平板芯棒2所采用的导热材料为金属铝、导热PP或半陶瓷结构导热PP。

进一步的，参见图2~3所示，所述极电带4由依次贴合在一起的正极片41、离子交换隔膜42和负极片43组成，所述正极片41和所述负极片43上分别设置有若干个正极耳51和负极耳61，且所述正极耳51与所述负极耳61位于同一侧，且错位排列；所述极电带4在卷绕后，若干个所述正极耳51重叠形成所述极电带4的正极5，若干个所述负极耳61重叠形成所述极电带4的负极6。

进一步的，所述正极片41的材质为铝，并涂覆有正极材料，所述负极片43的材质为铜，并涂覆有负极材料。

一种半卷绕叠层锂离子电池电芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤）1参见图1所示，采用导热材料为金属铝、导热PP或半陶瓷结构导热PP等导热材料制备一个方型支架，以充当平板芯棒2；

步骤2）在所述平板芯棒2的两侧端面及其内部开设蜂窝状或格栅状中空结构，以存储更多的电解液；

步骤3）在所述平板芯棒2的外部套上一个隔膜袋3，以用于绝缘和锁定电解液；

步骤4）参见图3所示，采用金属铝箔制成一定长度的正极片41，并在所述正极片41上涂覆有正极材料，在所述正极片41上每隔一定距离设置一个正极耳51；

步骤5）采用金属铜箔制成一定长度的负极片43，并在所述负极片43上涂覆有负极材料；在所述负极片43上每隔一定距离设置一个负极耳61；

步骤6）参见图2所示，利用离子交换隔膜42将所述正极片41和所述负极片43贴合在一起制成极电带4，此时，所述正极耳51和所述负极耳61均位于所述极电带4的同一侧，且错位排列；

步骤7）参见图4~5所示，将极电带4卷绕在包裹有所述隔膜袋3的所述平板芯棒2外部，并将整体形状卷绕成方型结构，制成电芯核心组件，此时所有所述正极耳51全部重叠在一起形成正极5，所有所述负极耳61全部重叠在一起形成负极6；

步骤8）参见图6所示，将电芯核心组件放入电芯罩壳1中，并将其正极5和负极6分别与所述电芯罩壳1上的正极极柱11和负极极柱12相连接，最后注入电解液并封口。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种半卷绕叠层锂离子电池电芯，其特征在于：包括一个电芯罩壳（1），所述电芯罩壳（1）的外部设置有正极极柱（11）和负极极柱（12），所述电芯罩壳（1）的内部设置有平板芯棒（2）、隔膜袋（3）、极电带（4）和电解液；所述平板芯棒（2）为一个由导热材料制成的方型支架，所述方型支架的内部呈蜂窝状或格栅状中空结构，所述电解液注入在所述平板芯棒（2）内部的蜂窝状或格栅状中空结构中，所述隔膜袋（3）包裹在所述平板芯棒（2）的外部；所述极电带（4）卷绕在包裹有所述隔膜袋（3）的所述平板芯棒（2）上，并固定成方型结构，所述极电带（4）上引出有正极（5）和负极（6），所述极电带（4）的正极（5）与负极（6）分别与所述电芯罩壳（1）上而定正极极柱（11）和负极极柱（12）连接。

2.根据权利要求1所述的半卷绕叠层锂离子电池电芯，其特征在于：所述平板芯棒（2）所采用的导热材料为金属铝、导热PP或半陶瓷结构导热PP。

3.根据权利要求1所述的半卷绕叠层锂离子电池电芯，其特征在于：所述极电带（4）由依次贴合在一起的正极片（41）、离子交换隔膜（42）和负极片（43）组成，所述正极片（41）和所述负极片（43）上分别设置有若干个正极耳（51）和负极耳（61），且所述正极耳（51）与所述负极耳（61）位于同一侧，且错位排列；所述极电带（4）在卷绕后，若干个所述正极耳（51）重叠形成所述极电带（4）的正极（5），若干个所述负极耳（61）重叠形成所述极电带（4）的负极（6）。

4.根据权利要求3所述的半卷绕叠层锂离子电池电芯，其特征在于：所述正极片（41）的材质为铝，并涂覆有正极材料，所述负极片（43）的材质为铜，并涂覆有负极材料。

5.一种半卷绕叠层锂离子电池电芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）采用导热材料制备一个方型支架，以充当平板芯棒（2）；

步骤2）在所述平板芯棒（2）的两侧端面及其内部开设蜂窝状或格栅状中空结构，以存储更多的电解液；

步骤3）在所述平板芯棒（2）的外部套上一个隔膜袋（3），以用于绝缘和锁定电解液；

步骤4）采用金属铝箔制成一定长度的正极片（41），并在所述正极片（41）上涂覆有正极材料，在所述正极片（41）上每隔一定距离设置一个正极耳（51）；

步骤5）采用金属铜箔制成一定长度的负极片（43），并在所述负极片（43）上涂覆有负极材料；在所述负极片（43）上每隔一定距离设置一个负极耳（61）；

步骤6）利用离子交换隔膜（42）将所述正极片（41）和所述负极片（43）贴合在一起制成极电带（4），此时，所述正极耳（51）和所述负极耳（61）均位于所述极电带（4）的同一侧，且错位排列；

步骤7）将极电带（4）卷绕在包裹有所述隔膜袋（3）的所述平板芯棒（2）外部，并将整体形状卷绕成方型结构，制成电芯核心组件，此时所有所述正极耳（51）全部重叠在一起形成正极（5），所有所述负极耳（61）全部重叠在一起形成负极（6）；

步骤8）将电芯核心组件放入电芯罩壳（1）中，并将其正极（5）和负极（6）分别与所述电芯罩壳（1）上的正极极柱（11）和负极极柱（12）相连接，最后注入电解液并封口。

6.根据权利要求1所述的半卷绕叠层锂离子电池电芯的制备方法，其特征在于：所述导热材料为金属铝、导热PP或半陶瓷结构导热PP。