CN111244383A - 一种新型叠片电池及其叠片方法和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型叠片电池，包括：隔膜；第一极片，包括第一绝缘区和第一活性物质区，第一绝缘区设置在第一极片的至少一端部；第二极片，包括第二绝缘区和第二活性物质区；第二绝缘区与第一绝缘区相对设置，第二活性物质区与第一活性物质区极性相反；其中，第一极片和第二极片分别设置在隔膜的两侧，隔膜的一面覆盖第一活性物质区及第一绝缘区的一部分，隔膜的另一面覆盖第二活性物质区及第二绝缘区的一部分。相比于现有技术，本发明设置的绝缘区延伸至隔膜的覆盖区域，避免了因某种原因而导致短路的风险，同时消除了OVERHANG区域，提高了电池的空间利用率，提升了电池的容量。此外，本发明还提供该电池的叠片方法和制备方法。

Description

一种新型叠片电池及其叠片方法和制备方法

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种新型叠片电池及其叠片方法和制备方法。

背景技术

相较于卷绕电池，叠片电池在容量密度、能量密度和适用领域等方面均更占优势。目前的叠片电池主要是采用隔膜包负极、负极包正极的叠片方式，往往负极片的长度大于正极片的长度以产生OVERHANG，通过这种尺寸差的设计，避免锂离子在负极表面析出，形成锂枝晶，实现了正负极间的物理隔离，以解决正负极间短路的问题。但是此种设计仍存在很大的缺陷：

第一，OVERHANG的区域面积难以控制。如果设计面积过小，由于极片数量较多，且正负极片无法对齐，电芯叠片贴胶松动时，大大增加了正负极片错动的几率，则无法有效阻止电池短路的问题；如果设计面积过大，正负极片长度设计相对差偏大，则存在空间利用率低的缺陷，导致电芯的有效面积利用率低。

第二，由于叠片电池至少有十几个小片，每个小片又有四个切面，而切片工艺又是极易产生不良的冲切，大大增加了叠片电池产生极片断面、毛刺的概率，而毛刺又容易刺破隔膜进而导致正负极片短路的问题。

此外，相比于卷绕电池，由于叠片电池需要对极片进行多次分切，极大地降低了叠片电池的生产效率，增加了企业的生产成本。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：通过提供一种新型叠片电池，解决目前叠片电池存在空间利用率低、易短路的问题，本发明的叠片电池，大大降低了正负极片接触短路的风险，同时消除了OVERHANG，提高了电池的空间利用率，提升了电池的容量。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型叠片电池，包括：

隔膜；

第一极片，包括第一绝缘区和第一活性物质区，所述第一绝缘区设置在所述第一极片的至少一端部；

第二极片，包括第二绝缘区和第二活性物质区；所述第二绝缘区与所述第一绝缘区相对设置，所述第二活性物质区与所述第一活性物质区极性相反；

其中，所述第一极片和所述第二极片分别设置在所述隔膜的两侧，所述隔膜的一面覆盖所述第一活性物质区及所述第一绝缘区的一部分，所述隔膜的另一面覆盖所述第二活性物质区及所述第二绝缘区的一部分。

本发明在第一极片和第二极片中均设置绝缘区，且绝缘区延伸至隔膜的覆盖区域，通过绝缘区的巧妙设置，阻隔了极片之间相互接触的可能，当电池受损松动时，即使第一极片和第二极片因某种原因而导致相互错开，由于绝缘区的存在，极片被外移出隔膜的部分仍属于绝缘区，而活性物质区依然处在被隔膜覆盖的状态，相邻极片之间的活性物质区无法接触，避免了因某种原因而导致短路的风险。此外，由于绝缘区的存在，电池中无需设置OVERHANG区域，第一、第二极片可以设置为相同尺寸的极片，且极片的活性物质区均被隔膜所覆盖，相比于现有的叠片电池，消除了未被利用的活性物质区，提高了电池的空间利用率，提升了电池的容量。另外，对于叠片电池而言，由于切割次数的增加，极片边缘残留的毛刺率增加，但由于绝缘区的阻隔，极片边缘的毛刺也无法刺破隔膜进而造成电池的短路，更进一步保证了电池性能的稳定。

优选的，所述第一绝缘区设置在所述第一极片相对的两个端部；所述第二绝缘区设置在所述第二极片相对的两个端部。在极片的两端均设置绝缘区，不仅从两端阻隔了相邻极片接触引发的短路风险，同时也大大降低了极片端部毛刺刺破隔膜的概率，更进一步保证电池性能的稳定。

优选的，所述第一极片、所述隔膜和所述第二极片的一端部保持齐平设置。保持三者的一端部齐平，而加大另一端部绝缘区面积的设置，预留一部分绝缘区是未被隔膜所覆盖，在考虑降低短路风险的同时考虑电池的实际大小的要求，既能有效提高了电池的空间利用率也避免了电池短路的风险。

优选的，所述隔膜覆盖所述第一绝缘区的部分的长度为0.01～3mm；所述隔膜覆盖所述第二绝缘区的部分的长度为0.01～3mm。在被隔膜覆盖的区域增加绝缘区的设置，可以大大降低活性物质被外移出的隔膜未覆盖区域的概率，进一步降低电池短路的风险，保证电池在使用过程，极片的活性物质区域一直都可以被隔膜所覆盖。具体的延伸长度可以根据电池的大小和容量等方面综合考虑。更优选的，所述隔膜覆盖所述第一绝缘区的部分的长度为1～2mm；所述隔膜覆盖所述第二绝缘区的部分的长度为1～2mm。

优选的，所述第一极片与所述第二极片均设置有用于连接极耳的光箔区。

优选的，所述第一极片的光箔区与所述第二极片的光箔区错开设置。

优选的，所述第一极片与所述第二极片均还设置有缺口，所述第一极片的光箔区与所述第二极片的缺口相对设置，所述第二极片的光箔区与所述第一极片的缺口相对设置。将不同极片上的光箔区与另一极片上的缺口相对应，消除了两个相邻光箔区之间的绝缘区的影响，有利于后续极耳的焊接，为极耳的焊接消除了物理空间上的隔离，具体缺口的设置大小根据光箔区设置的大小来决定。

优选的，所述第一极片的光箔区在垂直方向保持一致；所述第二极片的光箔区在垂直方向保持一致。

优选的，新型叠片电池还包括胶带，用于固定叠片好的裸电芯。

本发明的目的之二在于，提供一种新型叠片电池的叠片方法，包括以下步骤：

S1，在第一极片中设置第一活性物质区以及在所述第一极片至少一端部设置第一绝缘区，在第二极片中设置第二活性物质区以及在所述第二极片至少一端部设置第二绝缘区；所述第二绝缘区与所述第一绝缘区相对设置，所述第二活性物质区与所述第一活性物质区极性相反；

S2，以隔膜为中心，将所述第一极片和所述第二极片分别设置在所述隔膜的两侧，所述隔膜的一面覆盖所述第一活性物质区及所述第一绝缘区的一部分，所述隔膜的另一面覆盖所述第二活性物质区及所述第二绝缘区的一部分；

S3，重复步骤S2，完成新型叠片电池的叠片。

该叠片方法将隔膜夹持在第一极片和第二极片之间，即第一极片和第二极片均长于隔膜的长度，再利用绝缘区的阻隔，相比于现有的叠片技术，消除了隔膜与极片、极片与极片之间存在的OVERHANG，从而提升了极片对电芯的有效占比，实现了容量的提高。同时，利用绝缘区的设置，大大降低了电池发生短路的风险，保证了电池的稳定使用。

优选的，S1步骤中，在所述第一极片的一端设置光箔区和缺口，在所述第二极片的一端设置与所述第一极片缺口相对的光箔区和与所述第一极片光箔区相对的缺口。本叠片方法在前期极片的切割时，增加了对极片缺口的切割，但由于消除了OVERHANG，且设置有绝缘区，因此对极片模切要求不高。

本发明的目的之三在于，提供一种新型叠片电池的制备方法，包括上述任一项所述的叠片方法。

优选的，该电池的制备方法还包括对所述第一极片和所述第二极片的切割工序。本发明所采用的叠片方法，将隔膜夹持在两个极片之间，相邻两个极片的长度均大于隔膜，长出的部分除光箔区外均处于绝缘状态，避免了相邻极片相互接触导致短路。也因此，本发明对极片的切割要求低，只需要将极片切割成一定的大小即可，在极片的切割工序中省略了定模步骤，将传统的模切工序变成了切割工序，由于此前的定模步骤繁杂且占时长，虽然增加了缺口的切割，但是通过省略该步骤，将极片的模切效率提升至35％以上，从而整体上提升电池的制备时间，为叠片电池的大批量应用提供了可能。

本发明的有益效果在于：

1)本发明提供一种新型叠片电池，包括：隔膜；第一极片，包括第一绝缘区和第一活性物质区，所述第一绝缘区设置在所述第一极片的至少一端部；第二极片，包括第二绝缘区和第二活性物质区；所述第二绝缘区与所述第一绝缘区相对设置，所述第二活性物质区与所述第一活性物质区极性相反；其中，所述第一极片和所述第二极片分别设置在所述隔膜的两侧，所述隔膜的一面覆盖所述第一活性物质区及所述第一绝缘区的一部分，所述隔膜的另一面覆盖所述第二活性物质区及所述第二绝缘区的一部分。相比于现有技术，本发明在第一极片和第二极片中均设置绝缘区，且绝缘区延伸至隔膜的覆盖区域，通过绝缘区的巧妙设置，阻隔了极片之间相互接触的可能，当电池受损松动时，即使第一极片和第二极片因某种原因而导致相互错开，由于绝缘区的存在，极片被外移出隔膜的部分仍属于绝缘区，而活性物质区依然处在被隔膜覆盖的状态，相邻极片之间的活性物质区无法接触，避免了因某种原因而导致短路的风险。此外，由于绝缘区的存在，电池中无需设置OVERHANG区域，相比于现有的叠片电池，消除了未被利用的活性物质区，提高了电池的空间利用率，提升了电池的容量。另外，对于叠片电池而言，由于切割次数的增加，极片边缘残留的毛刺率增加，但由于绝缘区的阻隔，极片边缘的毛刺也无法刺破隔膜进而造成电池的短路，更进一步保证了电池性能的稳定。

2)本发明还提供了该叠片电池的叠片方法，通过该叠片方法，将传统的模切工序变成了切割工序，省略了其中的定模步骤，从而将极片的模切效率提升至35％以上，整体上提升了电池的制备时间，为叠片电池的大批量应用提供了可能。

附图说明

图1为本发明叠片电池的结构示意图。

图2为本发明叠片电池的平面结构示意图之一。

图3为本发明叠片电池的平面结构示意图之二。

图中：1-第一极片；11-第一绝缘区；12-第一活性物质区；2-第二极片；21-第二绝缘区；22-第二活性物质区；3-隔膜；4-缺口。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1～3所示，一种新型叠片电池，包括：

隔膜3；

第一极片1，包括第一绝缘区11和第一活性物质区12，所述第一绝缘区11设置在所述第一极片1的至少一端部；

第二极片2，包括第二绝缘区21和第二活性物质区22；所述第二绝缘区21与所述第一绝缘区11相对设置，所述第二活性物质区22与所述第一活性物质区12极性相反；

其中，所述第一极片1和所述第二极片2分别设置在所述隔膜3的两侧，所述隔膜3的一面覆盖所述第一活性物质区12及所述第一绝缘区11的一部分，所述隔膜3的另一面覆盖所述第二活性物质区22及所述第二绝缘区21的一部分。

优选的，所述第一绝缘区11设置在所述第一极片1相对的两个端部；所述第二绝缘区21设置在所述第二极片2相对的两个端部。在极片的两端均设置绝缘区，不仅从两端阻隔了相邻极片接触引发的短路风险，同时也大大降低了极片端部毛刺刺破隔膜3的可能，更进一步保证电池性能的稳定。

进一步地，第一极片1、隔膜3和第二极片2的一端部保持齐平设置。保持三者的一端部齐平，而加大另一端部绝缘区面积的设置，预留一部分绝缘区是未被隔膜3所覆盖，在考虑降低短路风险的同时考虑电池的实际大小的要求，既能有效提高了电池的空间利用率也避免了电池短路的风险。即是极片与隔膜3齐平一端的绝缘区面积较小；而另一端的绝缘区面积较大，且该绝缘区延伸一部分被隔膜3所覆盖。具体的，隔膜3覆盖所述第一绝缘区11的部分的长度为0.01～3mm；隔膜3覆盖所述第二绝缘区21的部分的长度为0.01～3mm。在被隔膜3覆盖的区域增加绝缘区的设置，可以大大降低活性物质被外移出的隔膜3未覆盖区域的概率，进一步降低电池短路的风险，保证电池在使用过程，极片的活性物质区域一直都可以被隔膜3所覆盖。具体的延伸长度可以根据电池的大小和容量等方面综合考虑。更优选的，隔膜3覆盖所述第一绝缘区11的部分的长度为1～2mm；隔膜3覆盖所述第二绝缘区21的部分的长度为1～2mm。

此外，第一极片1与第二极片2均设置有用于连接极耳的光箔区，光箔区设置在外露的绝缘区一端；第一极片1的光箔区与第二极片2的光箔区错开设置，第一极片1的光箔区在垂直方向保持一致；第二极片2的光箔区在垂直方向保持一致。另外，在第一极片1与第二极片2上还分别设置有缺口4，将第一极片1的光箔区与第二极片2的缺口4相对设置，第二极片2的光箔区与第一极片1的缺口4相对设置。将不同极片上的光箔区与另一极片上的缺口4相对应，消除了两个相邻光箔区之间的绝缘区的影响，有利于后续极耳的焊接，为极耳的焊接消除了物理空间上的隔离，具体缺口4的设置大小根据光箔区设置的大小来决定。此外，新型叠片电池还包括胶带，用于固定叠片好的裸电芯。

具体的，第一极片1为正极片，第二极片2为负极片，正极片、隔膜3和负极片的一端部保持齐平设置，正极片和负极片的另一端分别设置有未被隔膜3所覆盖的第一绝缘区11和第二绝缘区21，该端的第一绝缘区11延伸至与隔膜3相接触的区域的长度为1mm，该端的第二绝缘区21延伸至与隔膜3相接触的区域的长度为1mm；而极片与隔膜3齐平一端的绝缘区长度也为1mm，宽度则与隔膜3的宽度保持一致。此外，在极片绝缘区外露的一端设置有光箔区和缺口4，正极片的光箔区与负极片的缺口4相对设置，负极片的光箔区与正极片的缺口4相对设置。

实施例2

一种新型叠片电池的叠片方法，包括以下步骤：

S1，在第一极片1中设置第一活性物质区12以及在第一极片至少一端部设置第一绝缘区11，在第二极片2中设置第二活性物质区22以及在第二极片至少一端部设置第二绝缘区21；所述第二绝缘区21与所述第一绝缘区11相对设置，所述第二活性物质区22与所述第一活性物质区12极性相反；预留一部分用于焊接极耳的光箔区后，再对光箔区附近的其他区域做定点定面的绝缘处理，以完成第一绝缘区11和第二绝缘区21的设置，应保证第一极片1的光箔区在垂直方向保持一致，第二极片2的光箔区在垂直方向保持一致；此外，还应在光箔区对应的另一极片上设置缺口4，保持第一极片1的光箔区与第二极片2的缺口4相对设置，第二极片2的光箔区与第一极片1的缺口4相对设置，以实现极耳在连接时空间上互不干扰；其中，绝缘区的设置可在极片涂布时就进行绝缘处理，可在涂布机的两侧新增绝缘区涂抹设备，也可之后再利用绝缘区涂布设备进行处理；

S2，以隔膜3为中心，将所述第一极片1和所述第二极片2分别设置在所述隔膜3的两侧，所述隔膜3的一面覆盖所述第一活性物质区12及所述第一绝缘区11的一部分，所述隔膜3的另一面覆盖所述第二活性物质区22及所述第二绝缘区21的一部分；第一极片1、隔膜3和第二极片2的一端部保持齐平设置，极片另一端的光箔区与缺口4相对应设置；

S3，重复步骤S2，完成新型叠片电池的叠片。

具体的，第一极片1为正极片，第二极片2为负极片，在叠片时，先放置隔膜3，将负极片放置在隔膜3上端保持负极片顶部边缘绝缘区一部分和隔膜3齐平，隔膜3覆盖负极片活性物质区及第二绝缘区12的一部分绝缘层，然后将隔膜3回拉覆盖负极片；同样地，将正极片放置在隔膜3的另一侧，正极片与负极片保持齐平，正极片的光箔区对应负极片的缺口4，正极片的缺口4对应负极片的光箔区，如此实现一个循环步骤，重复该循环至叠片完成，应注意，叠片时也应保持隔膜3间平齐；完成叠片后，使用绿胶粘贴，对叠片好的裸电芯进行定性、紧固。

实施例3

一种新型叠片电池的制备方法，包括实施例2中所述的叠片方法。此外，该电池的制备方法还包括对第一极片1和第二极片2的切割工序。先将极片分别切割成一定大小的小极片，对于小单元极片的长度无需做严苛的要求，然后在极片中切割出一定大小的缺口4。此种切割方式主要是得益于本发明所采用的叠片方法，对极片的切割要求低，只需要将极片切割成一定的大小即可，在极片的切割工序中省略了定模步骤，将传统的模切工序变成了切割工序，由于此前的定模步骤繁杂且占时长，虽然增加了缺口的切割，但是通过省略该步骤，将极片的模切效率提升至35％以上，从而整体上提升电池的制备时间，为叠片电池的大批量应用提供了可能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

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 (10)

1.一种新型叠片电池，其特征在于，包括：

隔膜；

第一极片，包括第一绝缘区和第一活性物质区，所述第一绝缘区设置在所述第一极片的至少一端部；

第二极片，包括第二绝缘区和第二活性物质区；所述第二绝缘区与所述第一绝缘区相对设置，所述第二活性物质区与所述第一活性物质区极性相反；

其中，所述第一极片和所述第二极片分别设置在所述隔膜的两侧，所述隔膜的一面覆盖所述第一活性物质区及所述第一绝缘区的一部分，所述隔膜的另一面覆盖所述第二活性物质区及所述第二绝缘区的一部分。

2.根据权利要求1所述的新型叠片电池，其特征在于，所述第一绝缘区设置在所述第一极片相对的两个端部；所述第二绝缘区设置在所述第二极片相对的两个端部。

3.根据权利要求1所述的新型叠片电池，其特征在于，所述第一极片、所述隔膜和所述第二极片的一端部保持齐平设置。

4.根据权利要求1～3任一项所述的新型叠片电池，其特征在于，所述隔膜覆盖所述第一绝缘区的部分的长度为0.01～3mm；所述隔膜覆盖所述第二绝缘区的部分的长度为0.01～3mm。

5.根据权利要求1所述的新型叠片电池，其特征在于，所述第一极片与所述第二极片均设置有用于连接极耳的光箔区。

6.根据权利要求5所述的新型叠片电池，其特征在于，所述第一极片与所述第二极片均还设置有缺口，所述第一极片的光箔区与所述第二极片的缺口相对设置，所述第二极片的光箔区与所述第一极片的缺口相对设置。

7.一种新型叠片电池的叠片方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在第一极片中设置第一活性物质区以及在所述第一极片至少一端部设置第一绝缘区，在第二极片中设置第二活性物质区以及在所述第二极片至少一端部设置第二绝缘区；所述第二绝缘区与所述第一绝缘区相对设置，所述第二活性物质区与所述第一活性物质区极性相反；

S2，以隔膜为中心，将所述第一极片和所述第二极片分别设置在所述隔膜的两侧，所述隔膜的一面覆盖所述第一活性物质区及所述第一绝缘区的一部分，所述隔膜的另一面覆盖所述第二活性物质区及所述第二绝缘区的一部分；

S3，重复步骤S2，完成新型叠片电池的叠片。

8.根据权利要求7所述的新型叠片电池的叠片方法，其特征在于，S1步骤中，在所述第一极片的一端设置光箔区和缺口，在所述第二极片的一端设置与所述第一极片缺口相对的光箔区和与所述第一极片光箔区相对的缺口。

9.一种新型叠片电池的制备方法，其特征在于，包括权利要求7或8所述的叠片方法。

10.根据权利要求9所述的新型叠片电池的制备方法，其特征在于，还包括对所述第一极片和所述第二极片的切割工序。

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