CN110661035A - 一种单体电芯、柔性电池组及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单体电芯、柔性电池组及其制备方法，其包括正极片、正极耳、隔膜、负极片和负极耳，正极片、隔膜和负极耳由下向上依次叠放设置，正极耳与正极片连接，负极耳与负极片连接，正极耳和负极耳分别位于隔膜相对的两侧，正极耳与负极耳非对称设置；这样，本发明极耳与箔材连接处采用超声焊接，焊接紧密，且焊接处柔韧性好、便于弯折，并且，正极耳与负极耳非对称设置，即使电芯被包裹后，能够直观、迅速地分辨正负极；另外，电池组中设置多个单体电芯，某一个电池容量衰减，对整体电池组的容量影响较小，并且，在纵横方向上单体电芯的个数不受限制，能制备不同形状的柔性电池组，满足可穿戴设备对电池形状的独特要求。

Description

一种单体电芯、柔性电池组及其制备方法

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种单体电芯、柔性电池组及其制备方法。

背景技术

近年来锂电池领域高速发展，目前商业电池的主要类型为圆柱型电池、方形电池和软包电池；可穿戴设备对电池形状有独特要求，因此，圆柱型电池和方形电池不适用于可穿戴设备领域，柔性电池因具备柔软的特性而备受关注。

现有技术中，电芯两端引出的极耳与铜箔或者铝箔是采用弯折的方式连接的，这种连接方式的弯折连接部位容易松动，从而容易造成极耳和铜箔或者铝箔的连接中断；在电池的制作过程中，将电芯放置在铝塑膜的冲坑内，然后对铝塑膜依次进行翻折、侧封、注液、顶封，最后连接极耳，由于电芯为卷绕或叠片完成后的电芯，后续注液步骤需较长时间浸润电芯；另外，正极耳和负极耳通常对称设置，在制作电池组时，难以区分，不便于制作。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种单体电芯、柔性电池组及其制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种单体电芯，其包括正极片、正极耳、隔膜、负极片和负极耳，所述正极片、隔膜和负极耳由下向上依次叠放设置，所述正极耳与正极片连接，所述负极耳与负极片连接，所述正极耳和负极耳分别位于隔膜相对的两侧，所述正极耳与负极耳非对称设置。

上述方案中，所述负极耳设置在负极片一侧的中心，所述正极耳靠近正极片的顶角设置。

上述方案中，所述正极耳设置在正极片一侧的中心，所述负极耳靠近负极片的顶角设置。

本发明实施例还提供一种柔性电池组，其包括至少一个电芯组，所述至少一个电芯组平行排列，每个所述电芯组包括至少一个如上述方案所述的单体电芯、铝箔和铜箔，每个所述单体电芯依次排列，所述铝箔与每个单体电芯的正极耳超声焊接，所述铜箔与每个单体电芯的负极耳超声焊接。

上述方案中，其还包括铝塑膜、铝塑膜顶盖和绝缘层，所述至少一个电芯组设置在铝塑膜上，所述绝缘层粘贴在铝塑膜上，所述铝塑膜顶盖与铝塑膜扣合用于密封电芯组；所述铝塑膜设置有至少一个凹槽，所述电芯组的每个单体电芯分别设置在每个凹槽内，所述电芯组的每个正极耳均沿凹槽的一侧伸出后与铝箔连接，所述电芯组的每个的负极耳均沿凹槽的另一侧伸出后与铜箔连接，所述单体电芯与凹槽内侧之间形成注液间隙，所述单体电芯四周设置有用于密封注液间隙和正负极耳的密封带。

上述方案中，所述绝缘层为绝缘衬垫、绝缘胶带或硅胶。

本发明实施例还提供一种柔性电池组的制备方法，其特征在于，其应用于如上述方案所述的一种柔性电池组，其方法通过以下步骤实施：

步骤1，将正极活性物质、导电剂和粘结剂按80～90:5～10:5～10的比例混合，混合均匀后加入溶剂，获得正极浆料，将所述正极浆料涂覆在铝箔表面，干燥后获得带有正极耳的正极片；

步骤2，将石墨、导电剂和第一粘结剂和第二粘结剂按80～90:5～10:2.5～5:2.5～5的比例混合，混合均匀后加入溶剂，获得负极浆料，将所述负极浆料涂覆在铜箔表面，干燥后获得带有负极耳的负极片；

步骤3，在保护气氛下，在铝塑膜上冲压形成若干个等间距的凹槽，将所述步骤1获得的正极片、隔膜、所述步骤2获得的负极片依次放入每个凹槽内，并且放置隔膜前后分别在正极片的表面和隔膜的表面滴加30～100μL的电解液，在凹槽内获得单体电芯；

步骤4，采用密封带对所述步骤3获得的单体电芯的四周进行密封，将伸出凹槽的正极耳与铝箔超声焊接，将伸出凹槽的负极耳与铜箔超声焊接，最后在铝塑膜的空白区域粘贴绝缘层，盖合铝塑膜顶盖，获得柔性电池组。

上述方案中，所述步骤1中的正极活性物质为磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、锰酸锂或钴酸锂中的一种。

上述方案中，所述步骤1和步骤2中的导电剂为科琴黑、碳纳米管、乙炔黑或炭黑中的一种；所述步骤1和步骤2的溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水。

上述方案中，所述步骤1中的粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或羧甲基纤维素中的一种；所述步骤2中的第一粘结剂和第二粘结剂均为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或羧甲基纤维素中的一种。

与现有技术相比，本发明实施例提供一种单体电芯、柔性电池组及其制备方法，其包括正极片、正极耳、隔膜、负极片和负极耳，所述正极片、隔膜和负极耳由下向上依次叠放设置，所述正极耳与正极片连接，所述负极耳与负极片连接，所述正极耳和负极耳分别位于隔膜相对的两侧，所述正极耳与负极耳非对称设置；柔性电池组包括至少一个电芯组，所述至少一个电芯组平行排列，每个所述电芯组包括至少一个单体电芯、铝箔和铜箔，所述铝箔与每个单体电芯的正极耳超声焊接，所述铜箔与每个单体电芯的负极耳超声焊接，这样，本发明极耳与箔材连接处采用超声焊接，焊接紧密，且焊接处柔韧性好、便于弯折，并且，正极耳与负极耳非对称设置，即使电芯被包裹后，能够直观、迅速地分辨正负极；另外，在柔性电池组的制备过程中，能够在极片叠放的过程中添加电解液，能够立即浸润极片和隔膜，从而减少单体电芯的浸润时间，同时，电池组中设置多个单体电芯，某一个电池容量衰减，对整体电池组的容量影响较小，并且，在纵横方向上单体电芯的个数不受限制，能制备不同形状的柔性电池组，满足可穿戴设备对电池形状的独特要求。

附图说明

图1为本发明实施例1一种单体电芯的结构示意图；

图2为本发明实施例2一种柔性电池组的结构示意图。

附图标记如下：

1——单体电芯、11——正极片、12——正极耳、13——隔膜、14——负极片、15——负极耳、2——铝箔、3——铜箔、4——铝塑膜、5——绝缘层、6——密封带。

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，以下结合附图及实施例，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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明实施例1提供一种单体电芯，如图1所示，其包括正极片11、正极耳12、隔膜13、负极片14和负极耳15，所述正极片11、隔膜13和负极耳15由下向上依次叠放设置，所述正极耳12与正极片11连接，所述负极耳15与负极片14连接，所述正极耳12和负极耳15分别位于隔膜13相对的两侧，所述正极耳12与负极耳15非对称设置。

正极耳与负极耳非对称设置，即使电芯被包裹后，能够直观、迅速地分辨正负极。

其中，电芯大小可根据不同能量密度和形状要求调节，为了安全起见，相应地负极片14长宽均比正极片11大至少2mm，隔膜13长宽比负极片14大至少2mm；

其中，当负极耳15设置在负极片14一侧的中心，所述正极耳12靠近正极片11的顶角设置时，该单体电芯的尺寸为：

正极片11分为正极料区和正极耳12，正极料区的尺寸为：长5～50mm，宽5～50mm，厚度50～220μm，正极耳12位于料区边缘，长10～30mm，宽3～10mm；

隔膜13的尺寸为：长9～54mm，宽9～54mm，厚度20～60μm；

负极片14分为负极料区和负极耳15：负极料区的尺寸为：长7～52mm，宽7～52mm，厚度50～220μm，负极耳15位于料区中央，长10～30mm，宽3～10mm。

具体地，正极片11分为正极料区和正极耳12，正极料区的尺寸为：长15mm，宽15mm，厚度84μm，正极耳12位于料区边缘，长15mm，宽5mm；

隔膜13的尺寸为：长19mm，宽19mm，厚度30μm；

负极片14分为负极料区和负极耳15：负极料区的尺寸为：长17mm，宽17mm，厚度67μm，负极耳15位于料区中央，长15mm，宽5mm。

其中，当正极耳12设置在正极片11一侧的中心，所述负极耳15靠近负极片14的顶角设置，该单体电芯的尺寸为：

正极片11分为正极料区和正极耳12，正极料区的尺寸为：长5～50mm，宽5～50mm，厚度50～220μm，正极耳12位于料区中央，长10～30mm，宽3～10mm；

隔膜13的尺寸为：长9～54mm，宽9～54mm，厚度20～60μm；

负极片14分为负极料区和负极耳15：负极料区的尺寸为：长7～52mm，宽7～52mm，厚度50～220μm，负极耳15位于料区边缘，长10～30mm，宽3～10mm。

具体地，正极片11分为正极料区和正极耳12，正极料区的尺寸为：长15mm，宽15mm，厚度84μm，正极耳12位于料区中央，长15mm，宽5mm；

隔膜13的尺寸为：长19mm，宽19mm，厚度30μm；

负极片14分为负极料区和负极耳15：负极料区的尺寸为：长17mm，宽17mm，厚度67μm，负极耳15位于料区边缘，长15mm，宽5mm。

实施例2

本发明实施例2提供一种柔性电池组，其包括至少一个电芯组，所述至少一个电芯组平行排列，每个所述电芯组包括至少一个如权利要求1-3任意一项所述的单体电芯1、铝箔2和铜箔3，每个所述单体电芯1依次排列，所述铝箔2与每个单体电芯1的正极耳12超声焊接，所述铜箔3与每个单体电芯1的负极耳15超声焊接。

极耳与箔材连接处采用超声焊接，焊接紧密，且焊接处柔韧性好、便于弯折，并且，电芯由多个单体电芯1组成，某一个电池容量衰减，对整体电池组的容量影响较小，另外，电芯组的个数不限，每个电芯组的单体电芯1的个数也可以不同，即柔性电池组的横向或纵向排列的单体电芯1个数不限，因此，能够根据具体的应用范畴进行调整，从而能够制备不同形状的柔性电池组，满足不同的可穿戴设备对电池形状的独特要求。

其中，其还包括铝塑膜4、铝塑膜顶盖和绝缘层5，所述至少一个电芯组设置在铝塑膜4上，所述绝缘层5粘贴在铝塑膜4上，所述铝塑膜顶盖与铝塑膜4扣合用于密封电芯组；所述铝塑膜4设置有至少一个凹槽，所述电芯组的每个单体电芯1分别设置在每个凹槽内，所述电芯组的每个正极耳12均沿凹槽的一侧伸出后与铝箔2连接，所述电芯组的每个的负极耳15均沿凹槽的另一侧伸出后与铜箔3连接，所述单体电芯1与凹槽内侧之间形成注液间隙，所述单体电芯1四周设置有用于密封注液间隙和正负极耳的密封带7。

如图2所示，具体地，其包括三个电芯组，每个电芯组包括由三个单体电芯1组合形成；铝塑膜4对应开设九个凹槽，单体电芯1放置于凹槽内，。在放置的过程中向凹槽注入电解液，注液后，将单体电芯1四周密封形成密封带7，伸出凹槽部分的正极耳12与铝箔2超声焊接形成连接点，伸出凹槽部分的负极耳15与铜箔3超声焊接形成连接点，空白的铝塑膜4区域贴有绝缘层5，铝塑膜4上还设置铝塑膜顶盖，铝塑膜顶盖设置有与铝塑膜4对应的凹槽；

其中，绝缘层5为绝缘衬垫、绝缘胶带或硅胶。

其中，铝塑膜4和铝塑膜顶盖的凹槽的凹槽长宽均比隔膜大至少1mm，铝塑膜4上凹槽的尺寸为长10～56mm，宽10～56mm，槽深120～800μm，一般具体取：长21mm，宽21mm，槽深200μm；铝塑膜顶盖上凹槽的尺寸为长10～56mm，宽10～56mm，槽深80～200μm，一般具体取：长21mm，宽21mm，槽深100μm。

其中，密封带6的带宽2～8mm，一般取5mm。

其中，连接点的尺寸为：长3～10mm，宽3～10mm，焊点间距1～3mm，焊点个数4～81个，一般连接点的尺寸为长5mm，宽5mm，焊点间距1mm，焊点个数16个。

其中，铝箔2和铜箔3的宽为3～10mm，一般取5mm，长度随电芯个数变化。

实施例3

本发明实施例3提供一种柔性电池组的制备方法，其方法通过以下步骤实施：

步骤1，将正极活性物质、导电剂和粘结剂按80～90:5～10:5～10的比例混合，研磨均匀后，滴加溶剂调制成正极浆料，将正极浆料涂覆在铝箔表面，干燥后获得带有正极耳的正极片；

其中，正极活性物质为磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、锰酸锂或钴酸锂中的一种，优选为能量密度高的镍钴锰三元材料；

导电剂为科琴黑、碳纳米管、乙炔黑或炭黑中的一种，优选为乙炔黑；

粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或羧甲基纤维素中的一种；

溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水；

步骤2，将石墨、导电剂和第一粘结剂和第二粘结剂按80～90:5～10:2.5～5:2.5～5的比例混合，混合均匀后加入溶剂调制成负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔表面，干燥后获得带有负极耳的负极片；

其中，导电剂为科琴黑、碳纳米管、乙炔黑或炭黑中的一种，优选为乙炔黑；

第一粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或羧甲基纤维素中的一种，优选为丁苯橡胶；

第二粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或羧甲基纤维素中的一种，优选为羧甲基纤维素；

溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水，优选为去离子水；

步骤3，在充满保护气(氮气或氩气)的手套箱中，将铝塑膜作为底壳，在铝塑膜上冲压形成若干个等间距的凹槽，并在凹槽内放置步骤1获得的正极片，放置后滴加30～100μL电解液在正极片表面，放上隔膜，放置后滴加30～100μL电解液在隔膜表面，再放置一层步骤2获得的负极片，即在凹槽内获得单体电芯；

步骤4，对步骤3获得的单体电芯的四周进行密封形成密封带，将伸出凹槽的正极耳与铝箔超声焊接，将伸出凹槽的负极耳与铜箔超声焊接，再在铝塑膜的空白区域粘贴绝缘层，最后盖合铝塑膜顶盖，获得柔性电池组。

在柔性电池组的制备过程中，能够在极片叠放的过程中添加电解液，能够立即浸润极片和隔膜，从而减少单体电芯的浸润时间，同时，电池组中设置多个单体电芯，某一个电池容量衰减，对整体电池组的容量影响较小，并且，在纵横方向上单体电芯的个数不受限制，能制备不同形状的柔性电池组，满足可穿戴设备对电池形状的独特要求。

实施例4

本发明实施例4提供一种柔性电池组的制备方法，其方法通过以下步骤实施：

步骤1，将镍钴锰三元材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯按8:1:1的比例混合，研磨均匀后，滴加N-甲基吡咯烷酮调制成正极浆料，将正极浆料涂覆在铝箔表面，干燥后获得带有正极耳的正极片；

步骤2，将石墨、乙炔黑和丁苯橡胶和羧甲基纤维素按8:1:0.5:0.5的比例混合，混合均匀后加入去离子水调制成负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔表面，干燥后获得带有负极耳的负极片；

步骤3，在充满保护气(氮气或氩气)的手套箱中，将铝塑膜作为底壳，在铝塑膜上冲压形成九个等间距的凹槽，并在凹槽内放置步骤1获得的正极片，放置后滴加60μL电解液在正极片表面，放上隔膜，放置后滴加60μL电解液在隔膜表面，再放置一层步骤2获得的负极片，即在凹槽内获得单体电芯；

步骤4，对步骤3获得的单体电芯的四周进行密封形成密封带，将伸出凹槽的正极耳与铝箔超声焊接，将伸出凹槽的负极耳与铜箔超声焊接，再在铝塑膜的空白区域粘贴绝缘层，最后盖合铝塑膜顶盖，获得柔性电池组。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单体电芯，其特征在于，其包括正极片(11)、正极耳(12)、隔膜(13)、负极片(14)和负极耳(15)，所述正极片(11)、隔膜(13)和负极耳(15)由下向上依次叠放设置，所述正极耳(12)与正极片(11)连接，所述负极耳(15)与负极片(14)连接，所述正极耳(12)和负极耳(15)分别位于隔膜(13)相对的两侧，所述正极耳(12)与负极耳(15)非对称设置。

2.根据权利要求1所述的一种单体电芯，其特征在于，所述负极耳(15)设置在负极片(14)一侧的中心，所述正极耳(12)靠近正极片(11)的顶角设置。

3.根据权利要求1所述的一种单体电芯，其特征在于，所述正极耳(12)设置在正极片(11)一侧的中心，所述负极耳(15)靠近负极片(14)的顶角设置。

4.一种柔性电池组，其特征在于，其包括至少一个电芯组，所述至少一个电芯组平行排列，每个所述电芯组包括至少一个如权利要求1-3任意一项所述的单体电芯(1)、铝箔(2)和铜箔(3)，每个所述单体电芯(1)依次排列，所述铝箔(2)与每个单体电芯(1)的正极耳(12)超声焊接，所述铜箔(3)与每个单体电芯(1)的负极耳(15)超声焊接。

5.根据权利要求4所述的一种柔性电池组，其特征在于，其还包括铝塑膜(4)、铝塑膜顶盖和绝缘层(5)，所述至少一个电芯组设置在铝塑膜(4)上，所述绝缘层(5)粘贴在铝塑膜(4)上，所述铝塑膜顶盖与铝塑膜(4)扣合用于密封电芯组；所述铝塑膜(4)设置有至少一个凹槽，所述电芯组的每个单体电芯(1)分别设置在每个凹槽内，所述电芯组的每个正极耳(12)均沿凹槽的一侧伸出后与铝箔(2)连接，所述电芯组的每个的负极耳(15)均沿凹槽的另一侧伸出后与铜箔(3)连接，所述单体电芯(1)与凹槽内侧之间形成注液间隙，所述单体电芯(1)四周设置有用于密封注液间隙和正负极耳的密封带(6)。

6.根据权利要求4或5所述的一种柔性电池组，其特征在于，所述绝缘层(5)为绝缘衬垫、绝缘胶带或硅胶。

7.一种柔性电池组的制备方法，其特征在于，其应用于如权利要求1-5任意一项所述的一种柔性电池组，其方法通过以下步骤实施：

步骤1，将正极活性物质、导电剂和粘结剂按80～90:5～10:5～10的比例混合，混合均匀后加入溶剂，获得正极浆料，将所述正极浆料涂覆在铝箔表面，干燥后获得带有正极耳的正极片；

步骤2，将石墨、导电剂和第一粘结剂和第二粘结剂按80～90:5～10:2.5～5:2.5～5的比例混合，混合均匀后加入溶剂，获得负极浆料，将所述负极浆料涂覆在铜箔表面，干燥后获得带有负极耳的负极片；

步骤3，在保护气氛下，在铝塑膜上冲压形成若干个等间距的凹槽，将所述步骤1获得的正极片、隔膜、所述步骤2获得的负极片依次放入每个凹槽内，并且放置隔膜前后分别在正极片的表面和隔膜的表面滴加30～100μL的电解液，在凹槽内获得单体电芯；

步骤4，采用密封带对所述步骤3获得的单体电芯的四周进行密封，将伸出凹槽的正极耳与铝箔超声焊接，将伸出凹槽的负极耳与铜箔超声焊接，最后在铝塑膜的空白区域粘贴绝缘层，盖合铝塑膜顶盖，获得柔性电池组。

8.根据权利要求7所述的一种柔性电池组的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的正极活性物质为磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、锰酸锂或钴酸锂中的一种。

9.根据权利要求7或8所述的一种柔性电池组的制备方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2中的导电剂为科琴黑、碳纳米管、乙炔黑或炭黑中的一种；所述步骤1和步骤2的溶剂为N-甲基吡咯烷酮或去离子水。

10.根据权利要求9所述的一种柔性电池组的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或羧甲基纤维素中的一种；所述步骤2中的第一粘结剂和第二粘结剂均为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶或羧甲基纤维素中的一种。

Images