CN111668444A - 一种多极耳电芯的制备方法及多极耳电芯 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种多极耳电芯的制备方法，包括以下操作：在集流体的表面连续涂覆或间隙涂覆活性物质层；切除集流体边缘空箔区后进行辊压和分切；去除集流体一长边的部分活性物质层，得到若干空白区；将若干极耳焊接在空白区的表面，得到多极耳电芯用极片；将多极耳电芯用极片与隔膜进行卷绕，连接若干极耳，得到多极耳电芯。本发明在辊压前去除了集流体边缘空箔区，防止由于集流体边缘空箔区和集流体满料区之间存在的应力差异，在辊压时造成极片打皱的现象，从而提高了良品率。本发明通过在空白区焊接极耳，避免了传统工艺因裁切集流体边缘空箔区形成极耳导致的毛刺，降低了因毛刺刺破隔膜而产生的安全风险。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种多极耳电芯的制备方法及多极耳电芯。
背景技术
锂离子电池重量轻、安全性能好等优点，故在蓝牙耳机、手机、笔记本电脑、平板电脑、摄像机等移动电子设备以及便携式移动电源等领域的应用已处在垄断地位。同时，锂离子电池也已经在电动摩托车、电动汽车等领域批量应用。
人们对于锂离子电池的能量密度和倍率放电以及放电温升都提出了更高的要求，电池的厚度随之增大，电池的正、负极的片长增加，如果再采用单一极耳形式，电池的内阻会很大，电池放电时极化严重，影响了电池的使用寿命和安全性能，因此，多极耳电池的应用越来越广泛。
多极耳技术的开发大幅度的提升了锂离子电池的能量密度，对我国锂电行业的发展起到了推波助澜之用。目前的多极耳电芯在极片涂布时，会预留集流体边缘空箔区，经过辊压和分切后，在卷绕前将集流体边缘空箔区经过裁切处理后形成多个极耳。
然而，目前的多极耳电芯还存在以下问题：1)多极耳电芯在卷绕时，需要多个极耳对齐之后才能将多个极耳焊接在一起，当极耳的宽度较窄时，极耳对齐的难度增加，因此增加了工艺难度和工艺的准确性；2)当多个极耳对齐之后，极耳处电芯的厚度增加，占据了电芯的一部分空间，降低了电芯的能量密度；3)由于集流体边缘空箔区和集流体满料区之间存在应力差异，在辊压时会造成极片打皱甚至断带的现象，降低了良品率；4)集流体边缘空箔区裁切后会产生毛刺，毛刺会刺破隔膜而产生安全风险；5)由集流体边缘空箔区上裁切后的极耳，也占据了电芯的一部分空间，因此也降低电芯的能量密度。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种多极耳电芯的制备方法，能够降低工艺难度、提高电芯的能量密度和安全性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多极耳电芯的制备方法，包括以下操作：
在集流体的表面连续涂覆或间隙涂覆活性物质层；
切除集流体边缘空箔区后进行辊压和分切；
去除所述集流体一长边的部分活性物质层，得到若干空白区；
将若干极耳焊接在所述空白区的表面，得到多极耳电芯用极片；
将所述多极耳电芯用极片与隔膜进行卷绕，连接若干所述极耳，得到多极耳电芯。具体的，在卷绕后，将多个正极极耳连接，多个负极极耳连接，得到多极耳电芯。
作为本发明所述的多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述极耳包括相互连接的焊接部和外露部，所述外露部的宽度大于所述焊接部的宽度，所述焊接部焊接在所述空白区的表面。本发明提供的极耳，在多极耳电芯卷绕时，即使在多个极耳不对齐的情况下，只需对多个极耳的外露部进行焊接，即可满足焊接需求。本发明的极耳，提高了卷绕的优品率，降低了多极耳电芯焊接时对于对齐度的要求，也避免了因多个极耳的重叠使得电芯的厚度增加而导致能量密度的降低。
作为本发明所述的多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述极耳设置为T型，所述外露部为所述T型的横区，所述焊接部为所述T型的竖区。极耳设置为T型，焊接部与集流体相连接，外露部露出在集流体之外，T型极耳易于加工，便于实际生产。极耳为镍极耳、铜镀镍极耳或铝极耳，极耳的宽度为2～10mm，极耳的厚度为0.02～0.2mm。
作为本发明所述的多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述焊接部的宽度为2～8mm，所述外露部的宽度为4～30mm。其中，外露部宽度的两倍小于电芯的宽度。虽然多个极耳无需严格对齐设置，但仍需控制外露部的宽度，防止正负极接触导致短路。
作为本发明所述的多极耳电芯的制备方法的一种改进，通过激光高温去除和/或溶剂擦拭去除所述集流体一长边的部分活性物质层。极片激光清洗设备可通过极片连续走带定位，抽风除尘清洁，使用激光将空白区的活性物质层快速烧除，气化，裸露出中间的金属导电集流体，并使之能达到电池TAB焊接的要求。溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、无水乙醇、丁酮、EP(环氧树脂)、DEC(碳酸二乙酯)、PC(碳酸丙烯酯)、EMC(碳酸甲基乙基酯)、DMC(碳酸二甲酯)、PP(聚丙烯)等，用溶剂擦拭去除能够防止空白区的表面还残留有活性物质层使得极耳虚焊，以提高电芯的安全性能。
作为本发明所述的多极耳电芯的制备方法的一种改进，在所述集流体的表面间歇涂覆活性物质层时，在卷绕前去除集流体尾部空箔区。去除集流体尾部空箔区，集流体单面区和集流体满料区的交界处还设置有保护胶，以集流体单面区收尾，能够提高多极耳电芯的能量密度。
作为本发明所述的多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述空白区设置为矩形，所述空白区的长度和宽度与所述极耳的长度和宽度相匹配设置。
作为本发明所述的多极耳电芯的制备方法的一种改进，所述空白区设置在所述集流体的头部、中部和尾部。极耳数量越多，虽然能提高电性能，但是相当于减少了活性物质的量，而且极耳过多也占用电芯内部空间，因此会降低能量密度。
作为本发明所述的多极耳电芯的制备方法的一种改进，卷绕前，还在所述空白区的表面覆盖极耳胶。极耳胶完全覆盖住空白区且超过空白区0.5～2mm，一方面能够绝缘，另一方面能够防止极耳表面的毛刺刺破隔膜，提高多极耳电芯的安全性能。
本发明的目的之二在于，提供一种多极耳电芯，由说明书前文任一项所述的方法制备。其中，多极耳电芯的宽度为20～200mm，电芯高度为30～200mm，电芯厚度为2～20mm。多极耳电芯的外壳包括方形电芯、软包电芯或钢壳圆柱电芯。
相比于现有技术，本发明的有益效果包括但不限于：
1)本发明通过连续涂覆活性物质层，制得的多极耳电芯用极片上不存在集流体尾部空箔区和集流体单面区，无需贴尾部保护胶纸，简化了工艺操作，降低了工艺难度；
2)本发明通过间隙涂覆活性物质层，以集流体单面区收尾，降低了电芯的厚度，提高了电芯的能量密度。
3)本发明在辊压前去除了集流体边缘空箔区，防止由于集流体边缘空箔区和集流体满料区之间存在的应力差异，在辊压时造成极片打皱的现象，从而提高了良品率；
4)本发明通过在空白区焊接极耳，避免了传统工艺因裁切集流体边缘空箔区形成极耳导致的毛刺，降低了因毛刺刺破隔膜而产生的安全风险；
5)本发明在涂覆之后再去除部分活性物质层得到空白区，相对于在集流体表面预留空白区不进行涂布的方法，能够提高电芯的能量密度、安全性能和快速充电性能。
附图说明
图1为实施例1中极耳的结构示意图。
图2为实施例2中大片极片的结构示意图。
图3为实施例2中初级极片的结构示意图。
图4为实施例2中多极耳电芯用极片的结构示意图。
图5为实施例2中多极耳电芯用极片的剖视图。
图6为实施例2中多极耳电芯的结构示意图。
图7为实施例3中多极耳电芯用极片的剖视图。
图8为实施例4中多极耳电芯用极片的结构示意图。
图9为实施例5中多极耳电芯用极片的结构示意图。
图10为对比例1中大片极片的结构示意图。
图中：1-极耳，11-焊接部，12-外露部，2-集流体，21-空白区，3-活性物质层，4-极耳胶，22-集流体单面区，23-集流体满料区，24-集流体尾部空箔区，5-集流体边缘空箔区，6-保护胶，10-大片极片，20-初级极片，30-多极耳电芯用极片。
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例和说明书附图，对本发明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。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种极耳1，包括相互连接的焊接部11和外露部12，外露部12的宽度大于焊接部11的宽度，焊接部11焊接在空白区21的表面。
优选的，极耳1设置为T型，外露部12为T型的横区，焊接部11为T型的竖区。极耳1设置为T型，焊接部11与集流体2相连接，外露部12露出在集流体2之外，T型极耳1易于加工，便于实际生产。极耳1为镍极耳、铜镀镍极耳或铝极耳，极耳1的宽度为2～10mm，极耳1的厚度为0.02～0.2mm。
优选的，焊接部11的宽度为2～8mm，外露部12的宽度为4～30mm。其中，外露部12宽度的两倍小于电芯的宽度。虽然多个极耳1无需严格对齐设置，但仍需控制外露部12的宽度，防止正负极接触导致短路。
实施例2
如图2～6所示，本实施例提供一种多极耳电芯的制备方法，
S1、在集流体2的表面连续涂覆活性物质层3(即浆料)，得到大片极片10；
S2、切除大片极片10的集流体边缘空箔区5；
S3、对大片极片10进行辊压和分切后，去除集流体2一长边的部分活性物质层3以得到若干空白区21，露出裸露的集流体2，得到初级极片20；
S4、将实施例1中极耳1的焊接部11焊接在空白区21的表面，并在焊接部11的表面贴上极耳胶4，得到多极耳电芯用极片30。
S5、将多极耳电芯用极片30与隔膜进行卷绕，连接若干正极极耳和若干负极极耳，得到多极耳电芯。
优选的，通过激光高温去除和/或溶剂擦拭去除集流体2一长边的部分活性物质层3。极片激光清洗设备可通过极片连续走带定位，抽风除尘清洁，使用激光将空白区21的活性物质层3快速烧除，气化，裸露出中间的金属导电集流体2，并使之能达到电池TAB焊接的要求。溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、无水乙醇、丁酮、EP(环氧树脂)、DEC(碳酸二乙酯)、PC(碳酸丙烯酯)、EMC(碳酸甲基乙基酯)、DMC(碳酸二甲酯)、PP(聚丙烯)等，用溶剂擦拭去除能够防止空白区21的表面还残留有活性物质层3使得极耳1虚焊，以提高电芯的安全性能。更为优选的，在涂覆后，用激光去除部分活性物质层3，得到空白区21，在分切后，再用溶剂擦除空白区21表面残留的活性物质层3，防止极耳1虚焊。
优选的，空白区21设置为矩形，空白区21的长度和宽度与极耳1的长度和宽度相匹配设置。
优选的，空白区21设置在集流体2的头部、中部和尾部。极耳1数量越多，虽然能提高电性能，但是相当于减少了活性物质的量，而且极耳1过多也占用电芯内部空间，因此会降低能量密度。
优选的，卷绕前，还在空白区21的表面覆盖极耳胶4。极耳胶4完全覆盖住空白区21且超过空白区21约0.5～2mm，一方面能够绝缘，另一方面能够防止极耳1表面的毛刺刺破隔膜，提高多极耳电芯的安全性能。
实施例3
如图7所示，本实施例提供一种多极耳电芯的制备方法，
S1、在集流体2的表面间隙涂覆活性物质层3(即浆料)，得到大片极片10；由于采用间隙涂覆，集流体2两面的间隙长度不同，形成了集流体单面区22和集流体尾部空箔区24，
S2、切除集流体边缘空箔区5；
S3、对大片极片10进行辊压和分切后，用激光去除或用溶剂擦除集流体2一长边的部分活性物质层3以得到若干空白区21，露出裸露的集流体2，得到初级极片20；用双切刀切除集流体尾部空箔区24，在集流体单面区22和集流体满料区23的交界处还设置有保护胶6；
S4、将实施例1中极耳1的焊接部11焊接在空白区21的表面，并在焊接部11的表面贴上极耳胶4，得到多极耳电芯用极片30；
S5、将多极耳电芯用极片30与隔膜进行卷绕，连接若干正极极耳和若干负极极耳，以集流体单面区22收尾，得到多极耳电芯。
实施例4
如图8所示，本实施例提供一种多极耳电芯的制备方法，与实施例2不同的是，极耳1的数量设置为2个，2个极耳分别设置在多极耳电芯用极片30的头部和尾部。
其余与实施例2相同，这里不再赘述。
实施例5
如图9所示，本实施例提供一种多极耳电芯的制备方法，与实施例2不同的是，极耳1的数量设置为4个，4个极耳分别设置在多极耳电芯用极片30的头部、中部和尾部。
其余与实施例2相同，这里不再赘述。
对比例1
如图10所示，本对比例提供一种多极耳电芯的制备方法，与实施例2不同的是，本对比例采用传统方法，极片涂布时，预留集流体边缘空箔区5，经过辊压和分切后，在卷绕前将集流体边缘空箔区5经过裁切处理后作为多个极耳。
对比例2
本对比例提供一种多极耳电芯，与实施例2不同的是，
该多极耳电芯用极片的制备方法为：
S1、预先在集流体2的表面设置空白区21不涂覆，然后在除空白区21以外的集流体2的表面连续涂覆活性物质层3(即浆料)，得到大片极片10；
S2、切除大片极片10的集流体边缘空箔区5；
S3、对大片极片10进行辊压和分切后，得到初级极片20；
S4、将实施例1中极耳1的焊接部11焊接在空白区21的表面，并在焊接部11的表面贴上极耳胶4，得到多极耳电芯用极片30。
然后将该多极耳电芯用极片30与隔膜卷绕成多极耳电芯，将若干极耳1的外露部12连接在一起。
对实施例2～5制得的多极耳电芯经铝塑膜封装、再烘烤、注液、静置、化成、夹具整形、二封、容量测试，完成多极耳电池的制备。同样的，将对比例1～2制备的多极耳电芯制备成多极耳电池。
其中，空白区21的长度设置为10mm，宽度设置为10mm，正极极耳为铝极耳，厚度为0.1mm，负极极耳为镍极耳，厚度为0.1mm，正极活性物质为磷酸酸锂、负极活性物质为石墨，制得18650磷酸铁锂电池。
对实施例2～5的电池和对比例1～2的电池分别测试能量密度、快充试验和倍率性能实验，实验结果如表1。
表1
由实施例2、4、5可以看出，两个极耳的电芯和三个极耳的电芯相比，能减少去除涂层的面积，相当于增加了活性物质的量，能量密度更高。但是三个极耳的电芯能量密度较低，但在快充、倍率方面的性能比两个极耳更好。极耳数量越多，虽然能提高电性能，但是减少了活性物质的量，而且极耳过多也占用电芯内部空间，因此会降低能量密度。
由实施例2、3可以看出，以集流体单面区收尾，即可提高电芯的能量密度和安全性能。
由实施例2和对比例1可以看出，采用传统方法，预留集流体边缘空箔区，将集流体边缘空箔区裁切处理成为极耳，会降低电芯的能量密度，同时也会降低电芯的安全性能。
由实施例2和对比例2可以看出，直接预留空白区不涂布，会降低电芯的能量密度、安全性能以及快速充电性能。
由此可见，在极片上设置三个极耳，有利于综合提高电芯的快充性能和倍率性能，所以，在极片的头部、中部和尾部分别设置三个极耳的实施例2为最佳实施例。
综上所述，本发明提供的极耳1，在多极耳电芯卷绕时，即使在多个极耳1不对齐的情况下，只需对多个极耳1的外露部12进行焊接，即可满足焊接需求。本发明的极耳1，提高了卷绕的优品率，降低了多极耳电芯焊接时对于对齐度的要求，也避免了因多个极耳1的重叠使得电芯的厚度增加而导致能量密度的降低。本发明通过连续涂覆活性物质层3，制得的多极耳电芯用极片30上不存在集流体尾部空箔区24和集流体单面区22，无需贴尾部保护胶6纸，简化了工艺操作，降低了工艺难度；本发明通过间隙涂覆活性物质层3，以集流体单面区22收尾，降低了电芯的厚度，提高了电芯的能量密度。本发明在辊压前去除了集流体边缘空箔区5，防止由于集流体边缘空箔区5和集流体满料区23之间存在的应力差异，在辊压时造成极片打皱的现象，从而提高了良品率；本发明通过在空白区21焊接极耳1，避免了传统工艺因裁切集流体边缘空箔区5形成极耳1导致的毛刺，降低了因毛刺刺破隔膜而产生的安全风险；本发明在涂覆之后再去除部分活性物质层3得到空白区21，相对于在集流体2表面预留空白区21不进行涂布的方法，能够提高电芯的能量密度、安全性能和快速充电性能。
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。
Claims (10)
1.一种多极耳电芯的制备方法，其特征在于，包括以下操作：
在集流体的表面连续涂覆或间隙涂覆活性物质层；
切除集流体边缘空箔区后进行辊压和分切；
去除所述集流体一长边的部分活性物质层，得到若干空白区；
将若干极耳焊接在所述空白区的表面，得到多极耳电芯用极片；
将所述多极耳电芯用极片与隔膜进行卷绕，连接若干所述极耳，得到多极耳电芯。
2.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制备方法，其特征在于，所述极耳包括相互连接的焊接部和外露部，所述外露部的宽度大于所述焊接部的宽度，所述焊接部焊接在所述空白区的表面。
3.根据权利要求2所述的多极耳电芯的制备方法，其特征在于，所述极耳设置为T型，所述外露部为所述T型的横区，所述焊接部为所述T型的竖区。
4.根据权利要求2所述的多极耳电芯的制备方法，其特征在于，所述焊接部的宽度为2～8mm，所述外露部的宽度为4～30mm。
5.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制备方法，其特征在于，通过激光高温去除和/或溶剂擦拭去除所述集流体一长边的部分活性物质层。
6.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制备方法，其特征在于，在所述集流体的表面间歇涂覆活性物质层时，在卷绕前去除集流体尾部空箔区。
7.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制备方法，其特征在于，所述空白区设置为矩形，所述空白区的长度和宽度与所述极耳的长度和宽度相匹配设置。
8.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制备方法，其特征在于，所述空白区设置在所述集流体的头部、中部和尾部。
9.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制备方法，其特征在于，卷绕前，还在所述空白区的表面覆盖极耳胶。
10.一种多极耳电芯，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述的方法制备。
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