CN109509884A - 一种多层极片软包圆柱型锂离子电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层极片软包圆柱型锂离子电池及其制造方法，涉及锂离子高倍率电池的制造技术。组成部分有正极片、负极片、隔膜、电解液、极耳和铝塑包装膜，将两个或多个正极片、负极片和隔膜通过卷绕的方式组合成圆柱形的卷芯，在第一片正极片和负极片绕完成后再插入第二片正极片和负极片。如设计需要可以继续再卷绕完成后插入另外的正极片N和负极片N，最后将多个正极片N上的铝带和第一片正极片上的正极耳焊接在一起，负极片N上的镍带或铜带和第一片负极片上的负极耳焊接在一起。采用两个或多个正极片、负极片和隔膜通过卷绕的方式组合成圆柱形的卷芯，导电剂使用单壁碳纳米管，具有导电性好，添加量少等优点，解决了现有普通电池的缺陷。

Description

一种多层极片软包圆柱型锂离子电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及锂离子高倍率电池的制造技术，尤其是一种卷芯的制造方法、极耳焊接方式和卷芯包装方式，具体涉及一种多层极片软包圆柱型锂离子电池及其制造方法。
背景技术
锂离子电池作为一种新型的化学电源，具有优良的电化学性能和无污染等特性。随着人们生活水平的提升，各种高功率的电子设备涌现出来，例如电动工具、电子烟、启停电源和航模等等。电动工具、电子烟等大功率用电器需要使用高倍率的放电电流，目前使用的双极耳的普通电池（如钢壳圆柱18650电池）普遍存在放电压降太大，倍率放电效率低，使用体验不好的现象。
普通的电池一个正极片和一个负极片组成，其倍率性能难以满足上述用电的需求，而传统的高倍率电池大部分采用叠片的内部结构或多极耳卷绕方式，生产效率低下，成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层极片软包圆柱型锂离子电池及其制造方法，它是一种高效的倍率型锂离子电池，导电剂使用单壁碳纳米管，具有导电性好，添加量少等优点，解决了现有普通电池放电压降太大、倍率放电效率低、使用体验不好的缺陷。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：本发明首先提供了一种多层极片软包圆柱型锂离子电池，它包含至少两个正极片、至少两个负极片、隔膜、电解液、极耳和铝塑包装膜，按照负极片、隔膜、正极片的次序依次叠放并卷绕成为完整卷芯，其中，正极片与负极片数量相等，一片正极片与负极片卷绕完成后放入下一片，隔膜为一片，正极耳和铝带焊接在一起，负极耳和铜带焊接在一起，焊接位置用高温胶缠绕，卷芯置入冲压成型的铝塑包装膜中，密封极耳，卷芯中注入电解液，密封电池气袋。
本发明还提供了一种多层极片软包圆柱型锂离子电池的其制造方法，其步骤如下：
（1）正极片由正极浆料涂覆在铝箔上经过干燥制成，正极浆料的固体物质配比为活性物质：粘结剂：导电剂=97.5～98.8:1%～2%:0.2%～0.5%，液体物质为N-甲基吡咯唍酮，在浆料中比例为20%～30%，导电剂使用单壁碳纳米管；活性物质由钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂中的一种或多种组成；
（2）负极片由负极浆料涂覆在铜箔上经过干燥制成，负极浆料的固体物质配比为活性物质：粘结剂：增稠剂：导电剂=95.5～97.8:1%～2%:1%～2%：0.2%～0.5%，液体物质为去离子水，在浆料中比例为50%～60%，导电剂使用单壁碳纳米管，活性物质由石墨、中间相碳微球和硅中的一种或多种组成；
（3）将两个或多个正极片、负极片和隔膜通过卷绕的方式组合成圆柱形的卷芯，在第一片正极片和负极片卷绕完成后再插入第二片正极片和负极片，如设计需要可以继续再卷绕完成后插入另外的正极片N和负极片N，N为3、4、5；
（4）最后将多个正极片N（N为2、3、4、5）上的铝带和第一片正极片上的正极耳焊接在一起，负极片N（N为2、3、4、5）上的镍带或铜带和第一片负极片上的负极耳焊接在一起，金属带和极耳是通过设计调整处于平行的位置上；
（5）卷芯和冲压成型的铝塑包装膜通过热封的方式组合，再经过烘烤、注液、化成、二封、分容步骤后，得出成品。
作为本发明的进一步改进；所述的焊接方式为超声波焊接或激光焊接。
作为本发明的进一步改进；所述的铝塑包装膜坑长61mm，坑宽22.5mm，坑深11mm。
采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
本发明是一种高效的倍率型锂离子电池，导电剂使用单壁碳纳米管，具有导电性好，添加量少等优点，解决了现有普通电池放电压降太大、倍率放电效率低、使用体验不好的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中第一片正/负极片的结构示意图；
图2为本发明中第N片正/负极片的结构示意图；
图3为本发明中插入正极片N和负极片N的示意图；
图4为本发明中极耳点焊前卷芯的结构示意图；
图5为本发明中成品电芯的结构示意图；
图6为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-图6，本具体实施方式采用以下技术方案：一种多层极片软包圆柱型锂离子电池及其制造方法，组成部分有正极片（正极活性物质和铝箔）、负极片（负极活性物质和铜箔）、隔膜、电解液、极耳和铝塑包装膜。
请参阅图1、图6，正极片由正极浆料涂覆在铝箔上经过干燥制成，正极浆料的固体物质配比为活性物质：粘结剂：导电剂=97.5～98.8:1%～2%:0.2%～0.5%，液体物质为N-甲基吡咯唍酮，在浆料中比例为20%～30%，导电剂使用单壁碳纳米管，具有导电性好，添加量少等优点。活性物质由钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂中的一种或多种组成。
请参阅图1、图6，负极片由负极浆料涂覆在铜箔上经过干燥制成，负极浆料的固体物质配比为活性物质：粘结剂：增稠剂：导电剂=95.5～97.8:1%～2%:1%～2%：0.2%～0.5%，液体物质为去离子水，在浆料中比例为50%～60%，导电剂也使用单壁碳纳米管，活性物质由石墨、中间相碳微球和硅中的一种或多种组成。
请参阅图3，将两个或多个正极片、负极片和隔膜通过卷绕的方式组合成圆柱形的卷芯，常规的圆柱卷芯只有一片正极片和一片负极片，本发明卷芯有多个正极片和负极片。在第一片正极片和负极片绕完成后再插入第二片正极片和负极片。如设计需要可以继续再卷绕完成后插入另外的正极片N（N为3、4、5）和负极片N（N为3、4、5）。
请参阅图4，最后将多个正极片N（N为2、3、4、5）上的铝带和第一片正极片上的正极耳焊接在一起，负极片N（N为2、3、4、5）上的镍带或铜带和第一片负极片上的负极耳焊接在一起，金属带和极耳是通过设计调整处于平行的位置上，焊接方式不限定于超声波焊接和激光焊接；
请参阅图6，卷芯和冲压成型的铝塑包装膜通过热封的方式组合，再经过烘烤、注液、化成、二封、分容等常规锂离子电池的生产工序生产出本发明的电池。
本发明采用两个或多个正极片、负极片和隔膜通过卷绕的方式组合成圆柱形的卷芯，导电剂使用单壁碳纳米管，具有导电性好，添加量少等优点，解决了现有普通电池放电压降太大、倍率放电效率低、使用体验不好的缺陷。
实施例一
1、锂离子正极片制备：
将质量比LiCoO2（电池级，湖南杉杉生产）：单壁碳管（三顺中科生产）：PVDF（聚偏氟乙烯，阿科玛生产）：NMP（N-甲基吡咯烷酮，）=98.5：0.5：1.0：38配置正极浆料，搅拌均匀后涂在15μm的铝箔上，涂覆的时候留一些空箔位置。然后120℃干燥10min，再经过设备辊压、切片后制得长×宽×厚度950mm×57mm×99μm的正极片。正极片的空箔区点焊带正极耳（带热融胶）的称之为正极片1，空箔区点焊铝带的称之为正极片2。
2、锂离子负极片制备：
将质量比石墨（电池级，湖南杉杉生产）：单壁碳管（三顺中科生产）：CMC（羧甲基纤维素钠）：SBR（丁苯橡胶）：NMP（N-甲基吡咯烷酮，）=96.5：0.5：1.2:1.8：100配置负极浆料，搅拌均匀后涂在12μm的铜箔上，涂覆的时候留一些空箔位置。然后90℃干燥10min，再经过设备辊压、切片后制得长×宽×厚度=980mm×58.5mm×102μm的正极片。负极片的空箔区点焊带负极耳（带热融胶镍带），空箔区点焊负极耳的称之为负极片1，空箔区点焊铜带的称之为负极片2。
3、锂离子卷芯和电池的制备：
将上述步骤制得的锂离子电池正极片1、负极片1和聚丙烯隔膜按照负极片1、隔膜、正极片1的次序依次叠放，然后卷绕，待正极片1和负极片1都卷完后，再放入负极片2、正极片2，隔膜还是原来的隔膜，示意图见附图。负极片2和正极片2卷绕完成后就成为完整卷芯。将正极耳和铝带焊接在一起，负极耳和铜带焊接在一起。焊接位置用高温胶缠绕保护好后将卷芯放入坑长61mm，坑宽22.5mm，坑深11mm冲压成型的铝塑包装膜中，密封极耳。卷芯85℃烘烤24h后注入9.0g电解液，密封电池气袋，经过化成，切气袋并密封最后制成25650型圆柱型锂离子电池。电解液的成分是1.3mol/L的LiPF6（电解质盐）溶于按照体积比碳酸乙烯酯（EC）：碳酸二甲酯（DMC）=1:1混合而成的混合溶剂中。
得到锂离子电池的设计容量为C=3450mAh。电池常温下以0.5C放电进行放电容量测试得到的放电容量为常温实际放电容量。测得电池常温实际放电容量为3466mAh。
实施例二：
1、锂离子正极片制备：
将质量比LiCoO2（电池级，湖南杉杉生产）：单壁碳管（三顺中科生产）：PVDF（聚偏氟乙烯，阿科玛生产）：NMP（N-甲基吡咯烷酮，）=98.5：0.5：1.0：38配置正极浆料，搅拌均匀后涂在15μm的铝箔上，涂覆的时候留一些空箔位置。然后120℃干燥10min，再经过设备辊压、切片后制得长×宽×厚度=1850mm×57mm×99μm的正极片。正极片的空箔区点焊带正极耳（带热融胶）的称之为正极片1。
2、锂离子负极片制备：
将质量比石墨（电池级，湖南杉杉生产）：单壁碳管（三顺中科生产）：CMC（羧甲基纤维素钠）：SBR（丁苯橡胶）：NMP（N-甲基吡咯烷酮，）=96.5：0.5：1.2:1.8：100配置负极浆料，搅拌均匀后涂在12μm的铜箔上，涂覆的时候留一些空箔位置。然后90℃干燥10min，再经过设备辊压、切片后制得长×宽×厚度=1910mm×58.5mm×102μm的正极片。负极片的空箔区点焊带负极耳（带热融胶镍带）。
3、锂离子卷芯和电池的制备：
将上述步骤制得的锂离子电池正极片1、负极片1和聚丙烯隔膜按照负极片1、隔膜、正极片1的次序依次叠放，然后卷绕，待正极片1和负极片1都卷完后即为完整卷芯。将卷芯放入坑长61mm，坑宽22.5mm，坑深11mm冲压成型的铝塑包装膜中，密封极耳。卷芯85℃烘烤24h后注入9.0g电解液，密封电池气袋，经过化成，切气袋并密封最后制成25650型圆柱型锂离子电池。电解液的成分是1.3mol/L的LiPF6（电解质盐）溶于按照体积比碳酸乙烯酯（EC）：碳酸二甲酯（DMC）=1:1混合而成的混合溶剂中。
得到锂离子电池的设计容量为C=3450mAh。电池常温下以0.5C放电进行放电容量测试得到的放电容量为常温实际放电容量。测得电池常温实际放电容量为3478mAh。
实施例三：
1、锂离子正极片制备：
将质量比LiCoO2（电池级，湖南杉杉生产）：多壁碳管（纳米港生产）：PVDF（聚偏氟乙烯，阿科玛生产）：NMP（N-甲基吡咯烷酮，）=98.5：0.5：1.0：38配置正极浆料，搅拌均匀后涂在15μm的铝箔上，涂覆的时候留一些空箔位置。然后120℃干燥10min，再经过设备辊压、切片后制得长×宽×厚度=950mm×57mm×99μm的正极片。正极片的空箔区点焊带正极耳（带热融胶）的称之为正极片1，空箔区点焊铝带的称之为正极片2。
2、锂离子负极片制备：
将质量比石墨（电池级，湖南杉杉生产）：多壁碳管（纳米港生产）：CMC（羧甲基纤维素钠）：SBR（丁苯橡胶）：NMP（N-甲基吡咯烷酮，）=96.5：0.5：1.2:1.8：100配置负极浆料，搅拌均匀后涂在12μm的铜箔上，涂覆的时候留一些空箔位置。然后90℃干燥10min，再经过设备辊压、切片后制得长×宽×厚度=980mm×58.5mm×102μm的正极片。负极片的空箔区点焊带负极耳（带热融胶镍带），空箔区点焊负极耳的称之为负极片1，空箔区点焊铜带的称之为负极片2。
3、锂离子卷芯和电池的制备：
将上述步骤制得的锂离子电池正极片1、负极片1和聚丙烯隔膜按照负极片1、隔膜、正极片1的次序依次叠放，然后卷绕，待正极片1和负极片1都卷完后，再放入负极片2、正极片2，隔膜还是原来的隔膜，示意图见附图。负极片2和正极片2卷绕完成后就成为完整卷芯。将正极耳和铝带焊接在一起，负极耳和铜带焊接在一起。焊接位置用高温胶缠绕保护好后将卷芯放入坑长61mm，坑宽22.5mm，坑深11mm冲压成型的铝塑包装膜中，密封极耳。卷芯85℃烘烤24h后注入9.0g电解液，密封电池气袋，经过化成，切气袋并密封最后制成25650型圆柱型锂离子电池。电解液的成分是1.3mol/L的LiPF6（电解质盐）溶于按照体积比碳酸乙烯酯（EC）：碳酸二甲酯（DMC）=1:1混合而成的混合溶剂中。
得到锂离子电池的设计容量为C=3450mAh。电池常温下以0.5C放电进行放电容量测试得到的放电容量为常温实际放电容量。测得电池常温实际放电容量为3460mAh。
将上述实施例一—实施例三进行对比，如下表所示：
常温倍率测试 1C放电容量（mAh） 30A放电容量（mAh） 30A/1C效率
实施例一 3466 3268 94.28%
实施例二 3478 1520 43.70%
实施例三 3460 2924 84.51%
对比得知，同时采用两个或多个正极片、负极片和单壁碳管制成的电池，相比于常规的只有一片正极片和一片负极片和单壁碳管制成的圆柱卷芯，以及使用两个或多个正极片、负极片和多壁碳管制成的圆柱卷芯，性能更优异，前者的30A放电容量、30A/1C效率均远高于后两者。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种多层极片软包圆柱型锂离子电池，其特征在于，它包含至少两个正极片、至少两个负极片、隔膜、电解液、极耳和铝塑包装膜，按照负极片、隔膜、正极片的次序依次叠放并卷绕成为完整卷芯，其中，正极片与负极片数量相等，一片正极片与负极片卷绕完成后放入下一片，隔膜为一片，正极耳和铝带焊接在一起，负极耳和铜带焊接在一起，焊接位置用高温胶缠绕，卷芯置入冲压成型的铝塑包装膜中，密封极耳，卷芯中注入电解液，密封电池气袋。
2.一种多层极片软包圆柱型锂离子电池的其制造方法，其特征在于，其步骤如下：
（1）正极片由正极浆料涂覆在铝箔上经过干燥制成，正极浆料的固体物质配比为活性物质：粘结剂：导电剂=97.5～98.8:1%～2%:0.2%～0.5%，液体物质为N-甲基吡咯唍酮，在浆料中比例为20%～30%，导电剂使用单壁碳纳米管；活性物质由钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂中的一种或多种组成；
（2）负极片由负极浆料涂覆在铜箔上经过干燥制成，负极浆料的固体物质配比为活性物质：粘结剂：增稠剂：导电剂=95.5～97.8:1%～2%:1%～2%：0.2%～0.5%，液体物质为去离子水，在浆料中比例为50%～60%，导电剂使用单壁碳纳米管，活性物质由石墨、中间相碳微球和硅中的一种或多种组成；
（3）将两个或多个正极片、负极片和隔膜通过卷绕的方式组合成圆柱形的卷芯，在第一片正极片和负极片卷绕完成后再插入第二片正极片和负极片，如设计需要可以继续再卷绕完成后插入另外的正极片N和负极片N，N为3、4、5；
（4）最后将多个正极片N上的铝带和第一片正极片上的正极耳焊接在一起，负极片N上的镍带或铜带和第一片负极片上的负极耳焊接在一起，金属带和极耳是通过设计调整处于平行的位置上，N为2、3、4、5；
（5）卷芯和冲压成型的铝塑包装膜通过热封的方式组合，再经过烘烤、注液、化成、二封、分容步骤后，得出成品。
3.根据权利要求2所述的一种多层极片软包圆柱型锂离子电池的其制造方法，其特征在于，所述的焊接方式为超声波焊接或激光焊接。
4.根据权利要求2所述的一种多层极片软包圆柱型锂离子电池的其制造方法，其特征在于，所述的铝塑包装膜坑长61mm，坑宽22.5mm，坑深11mm。
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