CN110783638A - 一种卷绕堆叠式电芯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷绕堆叠式电芯及其制备方法，其中卷绕堆叠式电芯包括至少一个复合单元极片带，所述复合单元极片带的两端相向卷绕后相互堆叠在一起形成电芯。本发明对不同类型的复合单元极片带进行卷绕作业，通过调整卷绕方向及方式，可得到不同形式的卷绕堆叠式电芯，在电芯卷绕层数一定的前提下，能够有效缓解圆角累积，使得电芯的截面在一定程度上接近于矩形，可以进一步提高锂离子电池的使用性能。

Description

一种卷绕堆叠式电芯及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言涉及一种卷绕堆叠式电芯及其制备方法。

背景技术

锂离子电池的电芯是由正极片、隔膜、负极片构成，目前的电芯结构主要采用卷绕式。卷绕式电芯的制备方法如下：先将电极活性材料均匀涂覆在作为集流体的金属箔上，经过辊压、分切工序分别得到具有期望宽度的带状的正极片和负极片，再将隔膜放置在正、负极片之间，然后将它们一起进行卷绕成型。

这种传统的卷绕方法只是采用单一方向卷绕，存在如下问题：由于该电芯的截面是椭圆形，在电池的充放电期间，电极的膨胀和收缩可能会导致电极之间的间隙不均匀，从而造成电池性能下降；虽然卷绕式电芯适用于圆柱形电池，但当其运用到方形铝壳电池时，就会出现极片易在圆角处断裂、电极活性材料脱落、空间利用率低等缺陷；随着卷绕层数的增加，圆角效应愈加明显。另外，由于电芯的正面与侧面的张力不一致，会导致内部反应不均匀；同时还存在极片较长、电池内阻大，不利于大倍率充放电等缺点。

针对上述缺陷，本发明提出了一种锂离子电池的电芯卷绕堆叠方法，通过调整卷绕方向及卷绕方式，在电芯卷绕层数一定的前提下，能够有效缓解圆角效应累积，使得电芯的截面在一定程度上接近于矩形，可以进一步提高锂离子电池的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卷绕堆叠式电芯及其制备方法，能够有效缓解圆角效应累积，使得电芯的截面在一定程度上接近于矩形，可以进一步提高锂离子电池的使用性能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种卷绕堆叠式电芯，包括至少一个复合单元极片带，所述复合单元极片带的两端相向卷绕后相互堆叠在一起形成电芯。

进一步方案，所述复合单元极片带的两端相向卷绕是指复合单元极片带的两端均向中间位置以同向卷绕或异向卷绕，然后将卷绕体堆叠在一起用胶带固定形成电芯。

本发明中的同向卷绕是指同时以顺时针或逆时针方向卷绕，异向卷绕是指一个以顺时针方向向中间卷绕、另一个则以逆时针方向向中间进行卷绕。

进一步方案，所述复合单元极片带是由正极片、第一隔膜、负极片、第二隔膜按序依次叠加复合而成。

本发明的第二种技术方案，所述复合单元极片带包括正极片、负极片和长隔膜，所述正极片和负极片的一端部分重合叠加，复合成卷芯体，所述长隔膜位于正极片和负极片之间并延伸至正极片、负极片的外端头。

进一步方案，所述复合单元极片带的两端分别绕着卷芯体进行同方向卷绕，分别形成留有正负极两端的第一电芯半成品和留有正负极复合端的第二电芯半成品；所述第一电芯半成品的正负极两端均向中间卷绕后相互堆叠在一起形成第一电芯；所述第二电芯半成品的正负极复合端向第二电芯半成品方向卷绕后与第二电芯半成品堆叠在一起形成第二电芯。

本发明的第三种技术方案，所述复合单元极片带为两个极片体构成，所述极片体是由正极片、第一隔膜、负极片按序依次叠加复合而成；两个所述极片体中的正极片或负极片相对设置，其一端部分相重合叠加，复合成卷芯体，位于两个所述极片体之间复合有长隔膜，所述长隔膜的两端延伸至两个所述极片体的外端头。

进一步方案，所述复合单元极片带的两端分别绕着卷芯体进行同方向卷绕，分别形成留有两个卷绕端的第三电芯半成品和留有一个复合端的第四电芯半成品；所述第三电芯半成品的两个卷绕端均向中间卷绕后相互堆叠在一起形成第三电芯；所述第四电芯半成品的复合端向第四电芯半成品方向卷绕后与第四电芯半成品堆叠在一起形成第四电芯。

进一步方案，所述复合是指相互叠加后通过热压复合或涂胶固定成一整体。

进一步方案，所述正极片是指在铝箔两面分别涂覆正极活性物质并经过辊压后形成的连续极片带；所述负极片是指在铜箔两面分别涂覆负极活性物质并经过辊压后形成的连续极片带。

本发明的第四种技术方案是提供一种如上述一种卷绕堆叠式电芯的制备方法，其步骤如下：

（1）制备复合单元极片带；

（2）将复合单元极片带的两端相向卷绕，形成至少两个卷绕体；

（3）将卷绕体按序相互堆叠在一起制成电芯。

本发明中将卷绕体堆叠在一起，再在其侧边用胶带将两个或两个以上的卷绕体固定住，即形成一个电芯。

本发明利用不同设置的复合单元极片带，进行不同方向的卷绕作业，通过调整卷绕方向及方式，可得到不同形式的卷绕堆叠式电芯。

通过本发明的制备方法可得到不同结构的电芯，均可用于后续的电芯组装等锂电池生产工序。

本发明通过卷绕成多个卷绕体然后再堆叠形成电芯，在电芯卷绕层数一定的前提下，能够有效缓解圆角效应累积，使得电芯的截面在一定程度上接近于矩形，使电芯各处张力更加均匀、一致；可以进一步提高锂离子电池的使用性能。

本发明的卷绕方式灵活多变，可以衍生出多种组合方法，便于实际研发、生产中进行优化选择；

本发明制备的电芯可以更方便的进行整形作业，例如圆角整形，即将电芯截面由椭圆形整形至接近于矩形的状态。由于圆角累积更少，相当于将一个传统电芯分散为若干个小电芯的组合，因此在圆角整形时会进一步缓解极片断裂、掉粉等现象。

本发明制备的电芯的截面为近矩形，在电池的充放电期间，电极的膨胀和收缩不会导致电极之间的间隙不均匀，不影响电池性能。

本发明制备的电芯不仅适用于圆柱形电池，还适用于方形铝壳电池，且不会出现极片易在圆角处断裂、电极活性材料脱落、空间利用率低等缺陷。

附图说明

图1是本发明优选实施例一所使用的复合单元极片带的结构示意图；

图2是图1中复合单元极片带的左右两端分别以顺时针、逆时针方向卷绕后得到电芯半成品A1的示意图；

图3是按照图2方式卷绕后形成的电芯A的示意图；

图4是图1中复合单元极片带的左右两端均以顺时针方向卷绕后得到电芯半成品B1的示意图；

图5是按照图4方式卷绕后形成的电芯B的示意图；

图6是本发明优选实施例二所使用的复合单元极片带的结构示意图；

图7是按照图6方式卷绕后形成的电芯半成品C1的示意图；

图8是按照图6方式卷绕后形成的电芯半成品C2的示意图；

图9是图8中电芯半成品C2的左端顺时针卷绕后形成电芯半成品C3的示意图；

图10是按照图9方式卷绕后形成的电芯C的示意图；

图11是图8中电芯半成品C2的左端逆时针卷绕后形成电芯半成品D1的示意图；

图12是按照图11方式卷绕后形成的电芯D的示意图；

图13是本发明优选实施例三所使用的复合单元极片带的结构示意图；

图14是图13中复合单元极片带按照图示方向卷绕后形成的电芯半成品S1；

图15是图14中电芯半成品S1的左右两端均以顺时针方向卷绕后形成电芯半成品E1的示意图；

图16是按照图15方式卷绕后形成的电芯E的示意图；

图17是图14中电芯半成品S1的左右两端均以逆时针方向卷绕后形成电芯半成品F1的示意图；

图18是按照图17方式卷绕后形成的电芯F的示意图；

图19是图14中电芯半成品S1的左右两端分别以逆时针、顺时针方向卷绕形成的电芯半成品G1的示意图；

图20是按照图19方式卷绕后形成的电芯G的示意图；

图21是图14中电芯半成品S1的左右两端分别逆时针、顺时针卷绕而得到电芯半成品H1的示意图；

图22是按照图21方式卷绕后形成电芯H的示意图；

图23是图13中复合单元极片带按照图示方向卷绕后形成的电芯半成品S2的示意图；

图24是图23中电芯半成品S2的左端以顺时针方向卷绕得到的电芯半成品M1的示意图；

图25是按照图24方式卷绕后形成的电芯M的示意图；

图26是图23中电芯半成品S2的左端以逆时针方向卷绕得到电芯半成品N1的示意图；

图27是按照图26方式卷绕后形成电芯N的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

下面各实施例中正极片是指在铝箔两面分别涂覆正极活性物质并经过辊压后形成的连续极片带；负极片是指在铜箔两面分别涂覆负极活性物质并经过辊压后形成的连续极片带。

实施例一：

如图1所示，本实施例一所使用的复合单元极片带，其是由正极片1、第一隔膜31、负极片2、第二隔膜32按序依次叠加后，通过热压复合或涂胶固定而成。

如图2所示是图1中复合单元极片带的左右两端分别以顺时针、逆时针方向卷绕后得到电芯半成品A1的示意图；复合单元极片带的左端顺时针方向卷绕、右端逆时针方向卷绕，分别卷绕一定圈数后得到具有左卷绕体71、右卷绕体72的电芯半成品A1。具体卷绕的圈数可根据复合单元极片带的长度及第一圈卷绕的长度来实际计算，本实施例不不限定具体卷绕的圈数

如图3所示，按照图2方式卷绕后形成的电芯A的示意图；即电芯半成品A1中右卷绕体72再逆时针卷绕180度后，使其顶端面堆叠到左卷绕体71的顶端面，再用胶带固定得到堆叠状的电芯A。

同理，使电芯半成品A1的左卷绕体71再顺时针卷绕180度后，使其顶端面堆叠到右卷绕体72的顶端面得到堆叠状的电芯A。

如图4所示，是图1中复合单元极片带的左右两端均以顺时针方向卷绕后得到电芯半成品B1的示意图；即复合单元极片带的左端顺时针方向卷绕、右端也是顺时针方向卷绕，分别卷绕一定圈数后形成左、右两个卷绕体，得到电芯半成品B1。

如图5所示，是按照图4方式卷绕后形成的电芯B的示意图；电芯半成品B1的左卷绕体顺时针卷绕180度后堆叠到右卷绕体的顶端，得到堆叠状的电芯B。

同理，电芯半成品B1的右卷绕体顺时针卷绕180度堆叠到左卷绕体的底端，也可得到堆叠状的电芯B。

本实施例一中的卷绕堆叠式电芯的制备方法，其步骤如下：

（1）将正极片1、第一隔膜31、负极片2、第二隔膜32按序依次叠加后，通过热压复合或涂胶固定而成复合单元极片带；

（2）将复合单元极片带的两端相向卷绕，形成两个卷绕体；

（3）将这两个卷绕体按序相互堆叠在一起，再用胶带固定，即制成电芯。

实施例二：

如图6所示是本实施例二所使用的复合单元极片带的结构示意图，该复合单元极片带包括正极片1、负极片2和长隔膜33，所述正极片1和负极片2的一端部分重合叠加，通过热压复合或涂胶固定而成卷芯体4，所述长隔膜33位于正极片1和负极片2之间并延伸至正极片、负极片的外端头。长隔膜33与正极片1、负极片2之间均为热压复合或涂胶固定成一体。

该复合单元极片带的两端分别绕着卷芯体4进行同方向卷绕，分别形成留有正负极两端的芯半成品C1（如图7所示）和留有一个正负极复合端的电芯半成品C2（如图8所示）；第二电芯半成品C2是在电芯半成品C1的基础上，再将其一端顺时针卷绕180度后位于另一端的底端面，形成一个正负极复合端。

其中：电芯半成品C1的正负极两端均向中间卷绕后相互堆叠在一起形成电芯（图中末画）。

电芯半成品C2按卷绕方向不同能形成不同形式的电芯，具体如下：

（1）电芯半成品C2的正负极复合端（左端）顺时针向电芯半成品C2方向卷绕后，形成电芯半成品C3（如图9所示）；正负极复合端继续卷绕，使其底端面堆叠到电芯半成品C2的顶端面形成电芯C（如图10所示）。

同理，第二电芯半成品C2也可向正负极复合端方向卷绕180度，而架设在上方，也能形成第二电芯C。

（2）如图11所示，将电芯半成品C2的正负极复合端（左端）逆时针向第二电芯半成品C2方向卷绕，形成具有左、右卷绕体的电芯半成品D1；在电芯半成品D1的基础上，将其左卷绕体继续逆时针卷绕180度后，左、右卷绕体中间的距离正好使左卷绕体的底端面堆叠到右卷绕体的底端面，得到堆叠状的电芯D（如图12所示）。

同理，电芯半成品D1的右卷绕体也可逆时针卷绕180度后，使其顶端面位于左卷绕体的顶端，得到堆叠状的电芯D。

实施例三：

如图13所示是本实施例三所使用的复合单元极片带，该复合单元极片带为两个极片体5构成，所述极片体5是由正极片1、第一隔膜31、负极片2按序依次叠加热压复合或涂胶固定成一体；两个所述极片体5中的正极片相对设置，其一端部分相重合叠加，复合成卷芯体6，位于两个所述极片体5之间复合有长隔膜33，所述长隔膜33的两端延伸至两个所述极片体5的外端头。

本实施例中复合单元极片带也可将极片体5中的负极片相对设置，一端部分相重合叠加，复合而成。

长隔膜33与两个极片体5之间均为热压复合或涂胶固定成一体。

复合单元极片带的两端分别绕着卷芯体6进行同方向卷绕，分别形成留有两个卷绕端的电芯半成品S1（如图14所示）和留有一个复合端的电芯半成品S2（如图23所示）。

其中电芯半成品S1按卷绕方向不同能形成不同形式的电芯，具体如下：

（1）电芯半成品S1的两个卷绕端均顺时针方向向中间卷绕，形成具有左、中、右三个卷绕体的电芯半成品E1（如图15所示），左、右卷绕体再继续卷绕，分别堆叠到中卷绕体的上、下端形成电芯E（如图16所示）；

（2）电芯半成品S1的两个卷绕端均逆时针方向向中间卷绕，形成具有左、中、右三个卷绕体的电芯半成品F1（如图17所示），左、右卷绕体再继续卷绕，分别堆叠到中卷绕体的上、下端形成电芯F（如图18所示）。

（3）电芯半成品S1的两个卷绕端一个顺时针、一个逆时针向中间卷绕，形成具有左、中、右三个卷绕体的电芯半成品G1（如图19所示），左、右卷绕体再继续卷绕，其中左卷绕体逆时针卷绕堆叠到中卷绕体的底端面，右卷绕体顺时针卷绕过中卷绕体后再继续卷绕到左卷绕体的底端面形成电芯G（如图20所示）。同理，也可先卷绕右卷绕体堆叠到中卷绕体的底端面，再卷绕左卷绕体堆叠到右卷绕体的底端面（图中末画）。

（4）电芯半成品S1的两个卷绕端一个顺时针、一个逆时针向中间卷绕，形成具有左、中、右三个卷绕体的电芯半成品H1（如图21所示），左、右卷绕体再继续卷绕，其中右卷绕体顺时针卷绕堆叠到中卷绕体的底端面，左卷绕体再继续逆时针卷绕到右卷绕体的底端面形成电芯H（如图22所示）。同理，也可先卷绕左卷绕体堆叠到中卷绕体的底端面，再卷绕右卷绕体堆叠到左卷绕体的底端面（图中末画）。

电芯半成品S2按卷绕方向不同能形成不同形式的电芯，具体如下：

（1）电芯半成品S2的复合端沿顺时针方向向电芯半成品方向卷绕后形成电芯半成品M1（如图24所示），复合端继续卷绕后堆叠到电芯半成品S2的顶端面形成电芯M（如图25所示）。同理，也可将电芯半成品S2逆时针方向向复合端卷绕后堆叠到复合端形成的卷绕体的顶端（图中末画）。

（2）电芯半成品S2的复合端沿逆时针方向向电芯半成品方向卷绕后形成电芯半成品N1（如图26所示），复合端继续卷绕后堆叠到电芯半成品S2的底端形成电芯N（如图27所示）。同理，也可将电芯半成品S2逆时针方向向复合端卷绕后堆叠到复合端形成的卷绕体的顶端（图中末画）。

本实施例中各电芯半成品中预留的卷绕带的长度都是提前设计好的，只要卷绕体继续卷绕180度即可成为一个电芯。

本发明上述实施例制得了电芯A、电芯B、电芯C、电芯D、电芯E、电芯F、电芯G、电芯H、电芯M、电芯N，共十种结构的电芯。以上电芯可用于后续的电芯组装等锂电池生产工序。但本发明并不局限于上述十种结构的电芯，按本发明的制备方法所制得的其他电芯仍是本发明保护的内容。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种卷绕堆叠式电芯，包括至少一个复合单元极片带，其特征在于：所述复合单元极片带的两端相向卷绕后相互堆叠在一起形成电芯。

2.根据权利要求1所述的一种卷绕堆叠式电芯，其特征在于：所述复合单元极片带的两端相向卷绕是指复合单元极片带的两端均向中间位置以同向卷绕或异向卷绕，然后将卷绕体堆叠在一起用胶带固定形成电芯。

3.根据权利要求2所述的一种卷绕堆叠式电芯，其特征在于：所述复合单元极片带是由正极片、第一隔膜、负极片、第二隔膜按序依次叠加复合而成。

4.根据权利要求1所述的一种卷绕堆叠式电芯，其特征在于：所述复合单元极片带包括正极片、负极片和长隔膜，所述正极片和负极片的一端部分重合叠加，复合成卷芯体，所述长隔膜位于正极片和负极片之间并延伸至正极片、负极片的外端头。

5.根据权利要求4所述的一种卷绕堆叠式电芯，其特征在于：所述复合单元极片带的两端分别绕着卷芯体进行同方向卷绕，分别形成留有正负极两端的第一电芯半成品和留有正负极复合端的第二电芯半成品；所述第一电芯半成品的正负极两端均向中间卷绕后相互堆叠在一起形成第一电芯；所述第二电芯半成品的正负极复合端向第二电芯半成品方向卷绕后与第二电芯半成品堆叠在一起形成第二电芯。

6.根据权利要求1所述的一种卷绕堆叠式电芯，其特征在于：所述复合单元极片带为两个极片体构成，所述极片体是由正极片、第一隔膜、负极片按序依次叠加复合而成；两个所述极片体中的正极片或负极片相对设置，其一端部分相重合叠加，复合成卷芯体，位于两个所述极片体之间复合有长隔膜，所述长隔膜的两端延伸至两个所述极片体的外端头。

7.根据权利要求6所述的一种卷绕堆叠式电芯，其特征在于：所述复合单元极片带的两端分别绕着卷芯体进行同方向卷绕，分别形成留有两个卷绕端的第三电芯半成品和留有一个复合端的第四电芯半成品；所述第三电芯半成品的两个卷绕端均向中间卷绕后相互堆叠在一起形成第三电芯；所述第四电芯半成品的复合端向第四电芯半成品方向卷绕后与第四电芯半成品堆叠在一起形成第四电芯。

8.根据权利要求3、4或6所述的一种卷绕堆叠式电芯，其特征在于：所述复合是指相互叠加后通过热压复合或涂胶固定成一整体。

9.根据权利要求3、4或6所述的一种卷绕堆叠式电芯，其特征在于：所述正极片是指在铝箔两面分别涂覆正极活性物质并经过辊压后形成的连续极片带；所述负极片是指在铜箔两面分别涂覆负极活性物质并经过辊压后形成的连续极片带。

10.一种如权利要求1-7任一项所述的一种卷绕堆叠式电芯的制备方法，其特征在于：步骤如下：

（1）制备复合单元极片带；

（2）将复合单元极片带的两端相向卷绕，形成至少两个卷绕体；

（3）将卷绕体按序相互堆叠在一起制成电芯。

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