CN109585905A - 一种弧形软包装锂电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弧形软包装锂电池及其制作方法，所述弧形软包装锂电池包括弧形卷芯，弧形卷芯包覆于弧形卷芯外表面的弧形铝塑膜，从卷芯一端引出的电极，所述弧形卷芯包括电极片，包覆于电极片外侧的隔膜袋，所述电极从电极片的水平方向引出，所述电极片朝平行电极片的方向卷绕。此结构电芯在长度方向具有高柔性特点，进而便于进行弧形塑造成形，可以实现电池0°～180°圆弧外形弯折，且该制备方式提高了电池体积能量密度。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，更具体地说，是涉及一种弧形软包装锂电池及其制作方法。
背景技术
随着移动电子产品的迅猛发展，为满足日新月异的产品用电量需要，电子产品对所装配的锂电池提出了各种外形需求。请参考图10，传统的极耳310焊接方式为垂直电极片30焊接，请参考图11，传统的电极片30沿着与极耳310伸出的方向相垂直的方向进行卷绕成卷芯20，请参考图12和图13，传统的隔膜片和铝塑膜采用的是两侧边封装和顶边封装，隔膜片上下对折后形成左侧的第一封边210、右侧的第二封边220以及顶部的第三封边230，铝塑膜上下对折后形成左侧的第一折边250、右侧的第二折边240以及顶部的第三折边260。传统的锂电池或受制于结构不可弯曲，或受制于材料、工艺可耐弯折程度小，多在5°～10°。且在长期循环充放电过程中，因电极材料的反复膨胀收缩，电极片承受应力变化导致断裂，从而引起电池失效。
发明内容
为克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种弧形软包装锂电池及其制作方法。
为实现上述目的，本发明一方面提供一种弧形软包装锂电池，包括弧形卷芯，包覆于弧形卷芯外表面的弧形铝塑膜，从卷芯一端引出的电极，所述弧形卷芯包括电极片，包覆于电极片外侧的隔膜袋，所述电极从电极片的水平方向引出，所述电极片朝平行电极片的方向卷绕，所述隔膜袋的边缘形成第一封边、与第一封边连接的第二封边和与第二封边连接的第三封边，所述弧形铝塑膜的边缘形成第一折边、与第一折边连接的第二折边和与第二折边连接的第三折边，所述电极片包括正极极片和负极极片，所述极耳包括与正极极片连接的正极极耳以及与负极极片连接的负极极耳，所述正极极片包括正极集流体，所述负极极片包括负极集流体。
作为优选的，所述正极集流体和负极集流体上开设有若干个细孔，所述隔膜袋对折后包覆于正极极片或负极极片的外表面上。
作为优选的，所述正极集流体和负极集流体的厚度为6μm～20μm，细孔的孔径为0.15～0.35mm，细孔的孔距为0.4～1.0mm。
作为优选的，所述极耳焊接朝向与弧形卷芯的弯曲方向一致。
本发明另一方面提供一种制作弧形软包装锂电池的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制作电极片；
(2)将极耳沿着电极片平行方向进行焊接；
(3)准备隔膜袋，将隔膜袋平行于电极片方向180°对称对折；
(4)隔膜袋重合边缘处的0.5～1.0mm内采用热封头对隔膜袋进行热熔缝合；
(5)将制袋后的电极片叠放，沿着极耳伸出的方向进行卷绕成电芯；
(6)准备铝塑膜，使用设计有弧度的成型冲头对铝塑膜进行阴阳槽冲压拉伸，形成相互对应的阴槽和阳槽；
(7)将卷芯置入铝塑膜的阴槽内，折叠铝塑膜使得阳槽压紧电芯；
(8)对置入卷芯的铝袋进行封装；
(9)制作弧形整形夹具，对电芯进行成形，使电池外观达到所需的弯曲弧度。
作为优选的，步骤(1)中制作的电极片包括正极极片的制作和负极极片的制作，所述正极极片的制作步骤如下：
(1)将正极活性物质钴酸锂、作为导电剂的碳黑Super-P和碳黑KS-6、粘结剂按95:3:1:1的比例，使用NMP溶剂按65％的固含量进行匀浆分散，形成正极浆料；
(2)将分散均匀后的正极浆料双面涂覆在正极集流体上；
(3)对涂覆后的正电极进行干燥、辊压和分切至所需宽度；
所述负极极片的制作步骤如下：
(1)将负极活性物质天然石墨、作为电剂的碳黑Super-P、作为粘结剂的CMC和SBR乳液按95:1:1.5:2.5的比例，使用纯水溶剂按45％的固含量进行匀浆分散，形成负极浆料；
(2)将分散均匀后的负极浆料双面涂覆在正极集流体上；
(3)对涂覆后的负电极进行干燥、辊压和分切至所需宽度。
作为优选的，步骤(3)中所述的隔膜袋的宽度比负极极片的宽度大0.5mm-2.0mm。
作为优选的，步骤(4)中的热熔参数为：温度140～150℃、时间3～5s。
作为优选的，步骤(8)包括以下步骤：
(1)对铝塑膜(5)的三边进行封装，三边封装的顺序为：顶边封装、底部封装，预留一侧边为注液口；
(2)通过预留的注液口对电芯进行注液、化成和除气后，对预留的注液口进行封口，再对预留边进行折边。
作为优选的，所述弧形整形夹具为匹配弧度的凸轮、滚轮或夹辊。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明的正极集流体和负极集流体采用了带细孔的箔材，相对于传统的光面箔材，在体积能量密度上提高5％，同时箔材上的细孔可以释放电极的弯曲应力，改善电极涂层的柔韧性，降低电池的弧形成型工艺难度。
2.本发明采用极耳焊接方向与电极片平行，增加电池成形后的柔韧性，便于对电池进行弯曲成形塑造等，且卷绕方向与弧形成形方向平行，防止了电芯进行弧形塑造时内部受力均匀而产生的电芯内部结构损坏，防止极片短路或者断路等问题。
3.本发明采用对折隔膜封边来制袋包覆极片的方式，相对常规电芯的双边隔膜预留有效的利用的电池内部0.5～1mm空间，提升电池的体积能量密度、解决了电极片较窄的卷绕困难点。
4.本发明采用了侧封方向的单边封装方式进行外包装封装，可在电池宽度方向节省0.5mm的空间，提升电池的体积能量密度。
5.本发明采用的弧形成型方式，包括铝塑膜弧形成型冲头和弧形整形工装，这有利于解决软包装电池外包装材弧形内侧皱褶、外层破裂的问题。
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是本发明实施例提供的一种弧形软包装锂电池的立体结构图；
图2是本发明实施例提供的一种弧形软包装锂电池的正极极片和负极极片与极耳的焊接结构图；
图3是本发明实施例提供的一种弧形软包装锂电池的正极集流体和负极集流体的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种弧形软包装锂电池的隔膜袋包覆极片示意图；
图5是本发明实施例提供的一种弧形软包装锂电池的电芯卷绕示意图；
图6是本发明实施例提供的一种弧形软包装锂电池的弧形铝塑膜封装的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种弧形软包装锂电池铝塑膜折边的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种弧形软包装锂电池带阴槽和阳槽的铝塑膜示意图；
图9是本发明实施例提供的一种弧形软包装锂电池弧形整形工装的结构示意图；
图10是现有软包装锂电池的正极极片和负极极片与极耳的焊接结构图；
图11是现有软包装锂电池的锂电池的电芯卷绕示意图；
图12是现有软包装锂电池的锂电池铝塑膜封装电芯的示意图；
图13是现有软包装锂电池的锂电池铝塑膜折边示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供一种弧形软包装锂电池及其制作方法。
请参考图1～图9，本发明的实施例一方面提供一种弧形软包装锂电池，包括弧形卷芯2，包覆于弧形卷芯2外表面的弧形铝塑膜5，从卷芯2一端引出的电极31，所述弧形卷芯2包括电极片3，包覆于电极片3外侧的隔膜袋4，所述电极31从电极片3的水平方向引出，所述电极片3朝平行电极片3的方向卷绕，所述隔膜袋4的边缘形成第一封边21、与第一封边21连接的第二封边22和与第二封边22连接的第三封边23，所述弧形铝塑膜5的边缘形成第一折边53、与第一折边53连接的第二折边54和与第二折边54连接的第三折边55，所述电极片3包括正极极片和负极极片，所述极耳31包括与正极极片连接的正极极耳以及与负极极片连接的负极极耳，所述正极极片包括正极集流体，所述负极极片包括负极集流体。
采用平行电极片3方向焊接极耳31和平行电极片3方向卷绕电极片3的方式，增加电池成形后的柔韧性，便于对电池进行弯曲成形塑造等，且卷绕方向与弧形成形方向平行，防止了电芯进行弧形塑造时内部受力均匀而产生的电芯内部结构损坏，防止电极片3短路或断路等问题。
所述正极集流体和负极集流体上开设有若干个细孔41。相对于传统的光面箔材，在体积能量密度上提高5％，同时正极集流体和负极集流体上的细孔41可以释放电极的弯曲应力，改善电极涂层的柔韧性，降低电池的弧形成型工艺难度。所述隔膜袋4对折后包覆于负极极片的外表面上，当然，隔膜袋4也可以用相同的方式包覆于正极极片的外表面上，本实施例中优选将隔膜袋4包覆于负极极片上，相对常规电芯2的双边隔膜预留有效的利用的电池内部0.5～1mm空间，提升电池的体积能量密度、解决了电极片3较窄的卷绕困难点。
所述正极集流体和负极集流体的厚度为6μm～20μm，细孔41的孔径为0.15～0.35mm，细孔41的孔距为0.4～1.0mm。
所述极耳焊接朝向与与弧形卷芯2的弯曲方向一致。
本发明另一方面提供一种制作弧形软包装锂电池的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制作电极片3；
所述电极片3的制作包括正极极片的制作和负极极片的制作，所述正极极片的制作步骤如下：
a.将正极活性物质钴酸锂、作为导电剂的碳黑Super-P和碳黑KS-6、粘结剂按95:3:1:1的比例，使用NMP溶剂按65％的固含量进行匀浆分散，形成正极浆料；
b.所述正极集流体的厚度在为8μm，对所述正极集流体进行冲孔，形成多个细孔41，所述细孔的孔径为0.30mm，所述细孔41的孔距为1.0mm，将分散均匀后的正极浆料双面涂覆在布满细孔41的正极集流体上；
c.对涂覆后的正电极进行干燥、辊压和分切至所需宽度；
所述负极极片的制作步骤如下：
a.将负极活性物质天然石墨、作为电剂的碳黑Super-P、作为粘结剂的CMC和SBR乳液按95:1:1.5:2.5的比例，使用纯水溶剂按45％的固含量进行匀浆分散，形成负极浆料；
b.所述负极集流体的厚度在为8μm，对所述铝箔材进行冲孔，形成多个细孔41，所述细孔的孔径为0.30mm，所述细孔41的孔距为1.0mm，将分散均匀后的负极浆料双面涂覆在布满细孔41的负极集流体上；
c.对涂覆后的负电极进行干燥、辊压和分切至所需宽度。
(2)将极耳(31)沿着电极片3平行方向进行焊接；
(3)准备隔膜袋4，将隔膜袋4平行于电极片3方向180°对称对折，使得极耳的中心距离不受以下步骤(5)中的卷绕渐变效应的影响，可以始终保持初始距离，本实施例使用的隔膜袋4的宽度＝负极极片的宽度x2+1.0mm。当然，在其他实施例中，隔膜袋4的宽度也可以选择其他，只要所述的隔膜袋4的宽度比负极极片的宽度大0.5mm-2.0mm即可；
(4)隔膜袋4重合边缘处的0.5～1.0mm内采用热封头对隔膜袋
(4)进行热熔缝合，热熔参数为：温度145℃、时间4s，当然，在其他实施例中，热熔参数也可以为：温度140～150℃、时间3～5s；
(5)将制袋后的电极片3叠放，沿着极耳伸出的方向进行卷绕，卷至成电芯；
(6)准备铝塑膜5，使用设计有弧度的成型冲头对铝塑膜5进行阴阳槽冲压拉伸，形成相互对应的阴槽51和阳槽52，使用铝塑膜弧形成型冲头对铝塑膜进行弧形成型，有利于解决软包装电池外包装材弧形内侧皱褶、外层破裂的问题；
(7)设计与所需弧度相同的夹辊，卷芯通过夹辊作用，弯曲成所需的弧度，将成弧形的卷芯置入铝塑膜的阴槽51内，折叠铝塑膜5使得阳槽52压紧卷芯；
(8)对置入卷芯的铝袋进行封装，具体步骤如下：
a.对铝塑膜5的三边进行封装，三边封装的顺序为：顶边封装、底部封装，预留一侧边为注液口；
b.通过预留的注液口对电芯进行注液、化成和除气后，对预留的注液口进行封口，再对预留边进行折边，最后使得所述弧形铝塑膜5的边缘形成第一折边、与第一折边连接的第二折边和与第二折边连接的第三折边，采用侧封方向的单边封装方式进行外包装封装，可在电池宽度方向节省0.5mm的空间，提升电池的体积能量密度。
(9)制作弧形整形工装6，对电芯进行成形，使电池外观达到所需的弯曲弧度。
所述整形夹具6包括上夹具61，与上夹具61相对应的下夹具62，所述下夹具62的顶部和上夹具61的底部具有弧形支撑板67，所述弧形支撑板67通过弹簧63分别与上夹具61和下夹具62连接，所述上夹具61上设置有与上夹具61传动连接的气缸69，所述上夹具61和下夹具62的弧形支撑板67之间形成电芯整形区68。将电芯2置入整形区68，气缸69驱动上夹具61下行，对电芯进行压合整形，此结构的电芯在长度方向具有高柔性特点，进而便于进行弧形塑造成形，可以实现电池0°～180°圆弧外形弯折。这有利于解决软包装电池外包装材弧形内侧皱褶、外层破裂的问题。
本实施例中的整形夹具6采用了上述结构，当然，在其他实施例中，所述弧形整形夹具也可以为匹配弧度的凸轮、滚轮或夹辊。
在厚度小于3mm，弧度小于40°时，电芯可省去预先弯曲动作，铝塑膜采用平面冲头成型，结合传统的直线热封封头即可。只需在步骤9中进行最终的整形动作，能满足电池的外观所需弧度，同时避免包装外观出现内跑道皱褶。
本实施例中，所述隔膜袋4的材质为PP材质，当然，所述隔膜袋4也可以选择为PE，PI或不织布等材质；所述正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种弧形软包装锂电池，其特征在于：包括弧形卷芯(2)，包覆于弧形卷芯(2)外表面的弧形铝塑膜(5)，从卷芯(2)一端引出的电极(31)，所述弧形卷芯(2)包括电极片(3)，包覆于电极片(3)外侧的隔膜袋(4)，所述电极(31)从电极片(3)的水平方向引出，所述电极片(3)朝平行电极片(3)的方向卷绕，所述隔膜袋(4)的边缘形成第一封边(21)、与第一封边(21)连接的第二封边(22)和与第二封边(22)连接的第三封边(23)，所述弧形铝塑膜(5)的边缘形成第一折边(53)、与第一折边(53)连接的第二折边(54)和与第二折边(54)连接的第三折边(55)，所述电极片(3)包括正极极片和负极极片，所述极耳(31)包括与正极极片连接的正极极耳以及与负极极片连接的负极极耳，所述正极极片包括正极集流体，所述负极极片包括负极集流体。
2.根据权利要求1所述的一种弧形软包装锂电池，其特征在于：所述正极集流体和负极集流体上开设有若干个细孔(41)，所述隔膜袋(4)对折后包覆于正极极片或负极极片的外表面上。
3.根据权利要求1所述的一种弧形软包装锂电池，其特征在于：所述正极集流体和负极集流体的厚度为6μm～20μm，细孔(41)的孔径为0.15～0.35mm，细孔(41)的孔距为0.4～1.0mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种弧形软包装锂电池，其特征在于：所述电极片(3)的弯曲方向与弧形卷芯(2)的弯曲方向一致。
5.一种制作权利要求1-4任一项所述的弧形软包装锂电池的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制作电极片(3)；
(2)将极耳(31)沿着电极片(3)平行方向进行焊接；
(3)准备隔膜袋(4)，将隔膜袋(4)平行于电极片(3)方向180°对称对折；
(4)隔膜袋(4)重合边缘处的0.5～1.0mm内采用热封头对隔膜袋(4)进行热熔缝合；
(5)将制袋后的电极片叠放，沿着极耳伸出的方向进行卷绕，卷至成卷芯；
(6)准备铝塑膜(5)，使用设计有弧度的成型冲头对铝塑膜(5)进行阴阳槽冲压拉伸，形成相互对应的阴槽(51)和阳槽(52)；
(7)设计与所需弧度相同的夹辊，卷芯通过夹辊作用，弯曲成所需的弧度，将成弧形的卷芯置入铝塑膜的阴槽(51)内，折叠铝塑膜(5)使得阳槽(52)压紧卷芯；
(8)对置入卷芯的铝袋进行封装；
(9)制作弧形整形夹具，对电芯进行成形，使电池外观达到所需的弯曲弧度。
6.根据权利要求5所述的一种制作弧形软包装锂电池的方法，其特征在于：步骤(1)中制作的电极片(3)包括正极极片的制作和负极极片的制作，所述正极极片的制作步骤如下：
(1)将正极活性物质钴酸锂、作为导电剂的碳黑Super-P和碳黑KS-6、粘结剂按95:3:1:1的比例，使用NMP溶剂按65％的固含量进行匀浆分散，形成正极浆料；
(2)将分散均匀后的正极浆料双面涂覆在正极集流体上；
(3)对涂覆后的正电极进行干燥、辊压和分切至所需宽度；
所述负极极片的制作步骤如下：
(1)将负极活性物质天然石墨、作为电剂的碳黑Super-P、作为粘结剂的CMC和SBR乳液按95:1:1.5:2.5的比例，使用纯水溶剂按45％的固含量进行匀浆分散，形成负极浆料；
(2)将分散均匀后的负极浆料双面涂覆在负极集流体上；
(3)对涂覆后的负电极进行干燥、辊压和分切至所需宽度。
7.根据权利要求5所述的一种制作弧形软包装锂电池的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的隔膜袋(4)的宽度比负极极片的宽度大0.5mm-2.0mm。
8.根据权利要求5所述的一种制作弧形软包装锂电池的方法，其特征在于：步骤(4)中的热熔参数为：温度140～150℃、时间3～5s。
9.根据权利要求5所述的一种制作弧形软包装锂电池的方法，其特征在于：步骤(8)包括以下步骤：
(1)对铝塑膜(5)的三边进行封装，三边封装的顺序为：顶边封装、底部封装，预留一侧边为注液口；
(2)通过预留的注液口对电芯进行注液、化成和除气后，对预留的注液口进行封口，再对预留边进行折边。
10.根据权利要求5所述的一种制作弧形软包装锂电池的方法，其特征在于：所述弧形整形夹具为匹配弧度的凸轮、滚轮或夹辊。
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