CN108933222B - 一种多极耳的二次锂离子电池的制备方法 - Google Patents

一种多极耳的二次锂离子电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多极耳的二次锂离子电池的制备方法。所述方法包括：A.制备阴极片和阳极片，沿阴极片或阳极片的宽度方向，涂布区位于两侧，空白区位于中间；B.将阴极片和阳极片上的空白区分别沿长度方向间断模切，形成至少两个阴极极耳和至少两个阳极极耳；C.按照阴极片、隔膜、阳极片、隔膜、阴极片的顺序，卷绕或叠片，得到裸电芯；D.采用上述裸电芯制备多极耳的二次锂离子电池。本发明的电芯生产过程中，只需要1台卷绕机即可完成配对裸电芯卷绕，无需分条工序，省去了裸电芯的配对工序。而且，软连接焊接铜极耳、铝极耳层数减半，提升了焊接效果；连体裸电芯所需极耳长度可适当减少，提升能量密度，降低成本。

Description

一种多极耳的二次锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种多极耳的二次锂离子电池的制备方法。
背景技术
随着电动汽车的普及以及对电动汽车续航里程的提升，对电池包能量密度的要求也越来越高。
在现有化学体系不变的情况下，通过增加单个电芯的容量，减少铝壳等机械件重量占比可有效提升能量密度。
随着单个电芯容量的增加，铝壳内部裸电芯厚度和极片长度变大，厚度增大导致卷绕后裸电芯变形加剧，极片长度增长带来导致卷绕后阳极和阴极的包覆困难。行业内将单个裸电芯拆分成2个以上，辊压后分切成2张极片，通过不同的卷绕机卷绕，两个拆分的裸电芯配组捆扎在一起，通过超声波焊接到顶盖机械件上。现有的工艺方案生产效率低下，对应单个电芯需分切两次，需使用2台卷绕机完成生产，增加设备投入，影响生产效率。
两个裸电芯焊接到一起导致需要焊接的铜箔或铝箔层数增加，对于焊接提出更高的要求。而且，为了保证焊接效果，极耳长度需要适度延长，导致阴极、阳极片宽度对应减少，造成能量密度损失。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种新型多极耳的二次锂离子电池的制备方法。从而达到提升卷绕效率，提升能量密度，提升设备利用率，减少设备投入，减少焊接难度，减少铜铝箔材用量，降低成本的目的。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种多极耳的二次锂离子电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：
A.制备阴极片和阳极片：
沿阴极片的宽度方向，涂布区位于两侧，空白区位于中间；沿阳极片的宽度方向，涂布区位于两侧，空白区位于中间；
B.将阴极片上的空白区沿长度方向间断模切，形成至少两个阴极极耳，每个阴极极耳连接位于其两侧的阴极片；
将阳极片上的空白区沿长度方向间断模切，形成至少两个阳极极耳，每个阳极极耳连接位于其两侧的阳极片；；
C.卷绕或叠片：
按照模切后的阴极片、隔膜、模切后的阳极片、隔膜、模切后的阴极片的顺序放置，沿阴极片和阳极片的长度方向卷绕或叠片，得到裸电芯；
D.采用上述裸电芯制备多极耳的二次锂离子电池。
本发明的方法中，步骤A所述空白区为集流体本身；而涂布有活性浆料的集流体构成阴极片/阳极片。
本发明的方法中，步骤A所述空白区为模切极耳用空箔。
本发明的方法中，步骤C所述卷绕在一台卷绕机上即可完成。
本发明对裸电芯的尺寸不作限定，本领域技术人员可以根据实际使用状况而定，可以较小如50*30(长*宽)也可以很大，如500*300(长*宽)。
作为本发明所述方法的优选技术方案，所述阴极片的空白区为铝箔，所述空白区的宽度优选为5mm-50mm，例如5mm、8mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、38mm、40mm、45mm或50mm等。
优选地，所述阳极片的空白区为铝箔，所述空白区的宽度优选为5mm-50mm，例如5mm、10mm、15mm、17mm、20mm、25mm、30mm、35mm、36mm、40mm、42mm、45mm或50mm等。
优选地，所述步骤A可以按照如下两种方式进行，
方式一为：直接按照宽度方向两侧为涂布区中间为空白区的方式涂布阴极活性浆料，并辊压得到阴极片；直接按照宽度方向两侧为涂布区中间为空白区的方式涂布阳极活性浆料，并辊压得到阳极片。
方式二为：按照涂布区和空白区依次排列的方式涂布阴极活性浆料，并辊压，然后分切出至少两个沿宽度方向两侧为涂布区中间为空白区的阴极片；按照涂布区和空白区依次排列的方式涂布阳极活性浆料，并辊压，然后分切出至少两个沿宽度方向两侧为涂布区中间为空白区的阳极片。
优选地，阴极极耳数量保持每圈1个～2个，随着卷绕层数增加阴极极耳数量增加，阴极极耳的个数为10个～300个，随卷绕圈数增加，阴极极耳数少会影响电芯内阻，进而降低倍率放电性能、放电功率。所述阴极极耳的厚度优选为0.003mm-0.020mm，例如0.003mm、0.005mm、0.008mm、0.010mm、0.012mm、0.015mm、0.017mm或0.020mm等。
优选地，阳极极耳数量保持每圈1个～2个，随着卷绕层数增加阳极极耳数量增加，阳极极耳的个数为10个～300个，所述阳极极耳的厚度优选为0.003mm-0.020mm，例如0.003mm、0.005mm、0.006mm、0.009mm、0.011mm、0.013mm、0.015mm、0.017mm或0.020mm等。
本发明对模切得到的阴极极耳和阳极极耳的具体形状不作限定，例如可以是长方形、正方形、梯形、半圆形或三角形等。
更优选地，至少两个阴极片在阴极片的长度方向均匀排列，优选至少两个阴极片形状和尺寸相同。
优选地，至少两个阳极片在阴极片的长度方向均匀排列，优选至少两个阳极片尺寸相同。
优选地，至少两个阴极极耳和至少两个阳极极耳的个数和尺寸相同，且卷绕时位置一一对应。
本发明所述卷绕的方法中，可以以阴极片收尾，也可以以阳极片收尾。
本发明所述叠片的方法中，裸电芯最底层极片与最顶层极片可以是阴极片，也可以是阳极片。
作为本发明所述方法的优选技术方案，所述步骤A可以按照如下两种方式进行，
方式一为：卷绕成型的裸电芯阴极极耳和阳极极耳分别与阴极连接片和阳极连接片的一端进行焊接，而阴极连接片和阳极连接片的另一端分别与顶盖板焊接(从而使中间连接的铜、铝极耳经与顶盖连接片焊接，与顶盖连接到一起)，焊接完成后对折，然后进一步组装成多极耳的二次锂离子电池，所述多极耳的二次锂离子电池中包含双电芯结构。所述组装涉及的工序是现有技术，本领域技术人员可参照现有技术进行组装，此处不再赘述。
优选地，方式一所述焊接的方式包括超声波焊接或激光灯焊接中的任意一种或两种的组合。
方式二为：对卷绕成型的裸电芯的阴极极耳和阳极极耳的叠片中心部位进行预焊接并预压，分别从阴极极耳和阳极极耳的中间部位裁切开，从而将裸电芯分成两部分，再将这两部分按照镜像对称的方式配对叠加捆扎，阴极极耳和阳极极耳分别与阴极连接片和阳极连接片的一端进行焊接，而阴极连接片和阳极连接片的另一端与顶盖板焊接(从而使中间连接的铜、铝极耳经与顶盖连接片焊接，与顶盖连接到一起)，然后进一步组装成多极耳的二次锂离子电池，所述多极耳的二次锂离子电池中包含双电芯结构。所述组装涉及的工序是现有技术，本领域技术人员可参照现有技术进行组装，此处不再赘述。
优选地，方式二所述预焊接的方式包括超声波焊接或激光灯焊接中的任意一种或两种的组合。
优选地，方式二所述预压的方式为热压。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的电芯生产过程中，只需要1台卷绕机即可完成配对裸电芯卷绕，提升了电芯加工效率，提升设备利用率；
(2)本发明的电芯生产过程中，无需分条工序，省去了裸电芯的配对工序；
(3)采用本发明的方法制备多极耳的二次锂离子电池，同样层数的裸电芯，软连接焊接铜极耳、铝极耳层数减半，降低了焊接难度，提升了焊接效果；
(4)采用本发明的方法制备多极耳的二次锂离子电池，连体裸电芯所需极耳长度可适当减少，节省铝壳内高度空间，提升能量密度，同时减少铝箔、铜箔的用量，降低成本。
附图说明
图1是电芯阴极片的涂布示意图，其中，1是涂布区，2是空白区；
图2是电芯阴极片的涂布示意图，其中，3是涂布区，4是空白区；
图3是实施例1模切后所得阴极片的示意图，其中，5是阴极极耳，6是阴极片；
图4是实施例1模切后所得阳极片的示意图，其中，7是阳极极耳，8是阳极片；
图5a是实施例1卷绕所得裸电芯的平面示意图，其中，5是正极耳(即阴极极耳)，7是负极耳(即阳极极耳)，9为裸电芯；
图5b是实施例1卷绕所得裸电芯对折后所得结构侧面示意图，其中，5是正极耳(即阴极极耳)，9为裸电芯；
图6a是实施例1连接有顶盖板的电芯的结构示意图，其中，10为裸电芯极耳，9为裸电芯，11为顶盖连接片，12为顶盖板；
图6b是实施例1连接有阴极连接片和阳极连接片的结构展开图，其中，13是阴极连接片，14是阳极连接片，9为裸电芯；
图7是实施例2电芯阴极片的涂布示意图，其中，15是涂布区，16是空白区；
图8是实施例2电芯阳极片的涂布示意图，其中，17是涂布区，18是空白区；
图9是实施例2的捆扎示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
A.电芯阴极片按照图1方式涂布阴极活性浆料，其涂布区(1)位于两侧，空白区(2)位于中间；电芯阳极片按照图2方式涂布阳极活性浆料，其涂布区(3)位于两侧，空白区(4)位于中间；
阴极片和阳极片的中间未涂覆区(即空白区)的宽度均独立地在5mm-50mm之间。
B.辊压后得到的阴极片和阳极片模切好后不进行分条处理，所述模切为：将阴极片和阳极片上的空白区分别沿长度方向间断模切，形成至少两个阴极极耳和至少两个阳极极耳；
模切后所得阴极片如图3，其包含至少两个阴极极耳(5)，且每个阴极极耳(5)连接位于其两侧的阴极片(6)。
模切后所得阳极片如图4，其包含至少两个阳极极耳(7)，且每个阳极极耳(7)连接位于其两侧的阳极片(8)；
阴极极耳与阳极极耳厚度独立地在0.003-0.020mm之间；
本实施例阴极极耳和阳极极耳的形状均为长方形；
C.将模切好的阴极片、阳极片与隔膜按照……-阳极-隔膜-阴极-隔膜-阳极-隔膜-……的形式卷绕成裸电芯，卷绕采用一台卷绕机即可，卷绕所得裸电芯的平面示意图参见图5a，正极耳(即阴极极耳)和负极耳(即阳极极耳)设置在两个裸电芯之间并分别连接两个裸电芯，对折后所得裸电芯的侧面示意图参见图5b；
裸电芯可以是阳极收尾，也可以是阴极收尾；
D.先将裸电芯阴极极耳和阳极极耳分别与阴极连接片(13)和阳极连接片(14)的一端进行焊接，而阴极连接片和阳极连接片的另一端分别与顶盖板(12)上的顶盖连接片(11)焊接(可以是超声波或激光焊等)，所得连接有顶盖板的电芯的结构参见图6b(其中，10为裸电芯极耳，9为裸电芯，11为顶盖连接片，12为顶盖板)，所得连接有阴极连接片和阳极连接片的结构展开图参见图6a(其中，13为阴极连接片，14为阳极连接片，9为裸电芯)，焊接完成后进行对折，然后进一步组装成多极耳的二次锂离子电池，所述多极耳的二次锂离子电池中包含双电芯结构；
电芯顶盖板(12)与外壳可以使用激光焊接进行连接。
实施例2：
A.电芯阴极片按照图7方式涂布阴极活性浆料，其涂布区(15)和空白区(16)依次排列；电芯阳极片按照图8方式涂布阳极活性浆料，其涂布区(17)和空白区(18)依次排列；
阴极片和阳极片的中间未涂覆区(即空白区)的宽度独立地在5mm-50mm之间。
B.辊压后的阴极片沿图7所示AA位置分切出设定宽度，得到两个沿宽度方向两侧为涂布区中间为空白区的阴极片(参见图1)，辊压后的阳极片沿图8所示BB位置分切出设定宽度，得到两个沿宽度方向两侧为涂布区中间为空白区的阳极片(参见图2)，然后分别对这两个阴极片和两个阳极片进行模切处理，所述模切为：将阴极片和阳极片上的空白区分别沿长度方向间断模切，形成至少两个阴极极耳和至少两个阳极极耳；
阴极极耳与阳极极耳厚度独立地在0.003-0.020mm之间；
本实施例阴极极耳和阳极极耳的形状均为梯形；
C.将模切好的阴极片、阳极片与隔膜按照……-阳极-隔膜-阴极-隔膜-阳极-隔膜-……的形式叠片成裸电芯，得到两组裸电芯，每一组裸电芯均包括阴极极耳和阳极极耳，且阴极极耳和阳极极耳设置在两个裸电芯之间并分别连接两个裸电芯。
裸电芯最底层极片与最顶层极片可以是阴极片，也可以是阳极片；
D.对卷绕成型的裸电芯的阴极极耳和阳极极耳的叠片中心部位进行预焊接并热压，分别从阴极极耳和阳极极耳的中间部位裁切开，从而将裸电芯分成两部分，再将这两部分按照镜像对称的方式配对叠加捆扎(捆扎示意图参见图9)，阴极极耳和阳极极耳分别与阴极连接片和阳极连接片的一端进行焊接，而阴极连接片和阳极连接片的另一端与顶盖板焊接，然后进一步组装成多极耳的二次锂离子电池，所述多极耳的二次锂离子电池中包含双电芯结构；
电芯盖板与外壳可以使用激光焊接进行连接。
此实施例2针对同时涂布2个电芯宽度的生产方式，节省了一次分切次数。
实施例3：
除了模切步骤使阴极极耳和阳极极耳的形状为三角形外，其他方法和条件与实施例1相同。
实施例4：
除了模切步骤使阴极极耳和阳极极耳的形状为正方形外，其他方法和条件与实施例1相同。
实施例5：
除了使阴极极耳和阳极极耳的形状、大小和个数相同，均匀排列，且卷绕时阴极极耳和阳极极耳位置一一对应外，其他方法和条件与实施例1相同。
由上述实施例可知，本发明的电芯生产过程中，只需要1台卷绕机即可完成配对裸电芯卷绕，且生产过程中，无需分条工序，省去了裸电芯的配对工序。而且，针对同样层数的裸电芯，软连接焊接铜极耳、铝极耳层数减半，降低了焊接难度，提升了焊接效果；连体裸电芯所需极耳长度可适当减少，节省铝壳内高度空间，提升能量密度，同时减少铝箔、铜箔的用量，降低成本。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (21)

1.一种多极耳的二次锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A.制备阴极片和阳极片：
沿阴极片或阳极片的宽度方向，涂布区位于两侧，空白区位于中间；
B.模切：
将阴极片和阳极片上的空白区分别沿长度方向间断模切，形成至少两个阴极极耳和至少两个阳极极耳，每个阴极极耳连接位于其两侧的阴极片，每个阳极极耳连接位于其两侧的阳极片；
C.卷绕或叠片：
按照模切后的阴极片、隔膜、模切后的阳极片、隔膜、模切后的阴极片的顺序放置，沿阴极片和阳极片的长度方向卷绕或叠片，得到裸电芯；
D.采用上述裸电芯制备多极耳的二次锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴极片的空白区为铝箔，所述空白区的宽度为5mm-50mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极片的空白区为铝箔，所述空白区的宽度为5mm-50mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A为：直接按照宽度方向两侧为涂布区中间为空白区的方式涂布活性浆料，并辊压得到阴极片或阳极片。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A为：按照涂布区和空白区依次排列的方式涂布活性浆料，并辊压，然后分切出至少两个沿宽度方向两侧为涂布区中间为空白区的阴极片或阳极片。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，阴极极耳数量保持每圈1个～2个，随着卷绕层数增加阴极极耳数量增加，阴极极耳的个数为10个～300个。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阴极极耳的厚度为0.003mm-0.020mm。
8.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，阳极极耳数量保持每圈1个～2个，随着卷绕层数增加阳极极耳数量增加，阳极极耳的个数为10个～300个。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述阳极极耳的厚度为0.003mm-0.020mm。
10.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述阴极极耳与阳极极耳形状包括长方形、正方形、梯形、半圆形或三角形中的任意一种或至少两种的组合。
11.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，至少两个阴极极耳在阴极片的长度方向均匀排列。
12.根据权利要求11所述的方法，至少两个阴极片形状和尺寸相同。
13.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，至少两个阳极极耳在阴极片的长度方向均匀排列。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，至少两个阳极片尺寸相同。
15.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，至少两个阴极极耳和至少两个阳极极耳的个数和尺寸相同，且卷绕时位置一一对应。
16.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述卷绕以阴极片收尾，或以阳极片收尾。
17.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤D为：卷绕成型的裸电芯阴极极耳和阳极极耳分别与阴极连接片和阳极连接片的一端进行焊接，而阴极连接片和阳极连接片的另一端分别与顶盖板焊接，焊接完成后对折，然后进一步组装成多极耳的二次锂离子电池，所述多极耳的二次锂离子电池中包含双电芯结构。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述焊接的方式包括超声波焊接或激光灯焊接中的任意一种或两种的组合。
19.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤D为：对卷绕成型的裸电芯的阴极极耳和阳极极耳的叠片中心部位进行预焊接并预压，分别从阴极极耳和阳极极耳的中间部位裁切开，从而将裸电芯分成两部分，再将这两部分按照镜像对称的方式配对叠加捆扎，阴极极耳和阳极极耳分别与阴极连接片和阳极连接片的一端进行焊接，而阴极连接片和阳极连接片的另一端与顶盖板焊接，然后进一步组装成多极耳的二次锂离子电池，所述多极耳的二次锂离子电池中包含双电芯结构。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述预焊接的方式包括超声波焊接或激光灯焊接中的任意一种或两种的组合。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述预压的方式为热压。
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