CN112563678A - 一种锂离子动力软包电池t型极耳及电池的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子动力软包电池T型极耳及电池的制作方法，首先通过叠片/卷绕方式，使正极片、负极片、隔膜堆叠包裹，形成芯包，再通过压紧机构将端部箔材缓慢压紧，接下来通过激光焊接把“T型”极耳与箔材焊接在一起，然后贴保护胶带，之后入壳进行热挤压封装，完成电池装配。本发明所述的锂离子动力软包电池T型极耳及电池的制作方法，简化了制作工艺，同时大大提高了电池的过流能力，在减小电池长度方向的尺寸的同时，对于电池的性能、安全均无影响，达到了提升体积能量密度的目的。

Description

一种锂离子动力软包电池T型极耳及电池的制作方法
技术领域
本发明属于动力电池技术领域，尤其是涉及一种锂离子动力软包电池T型极耳及电池的制作方法。
背景技术
锂离子动力软包电池通常结构上由芯包、极耳、保护胶带、铝塑膜等部分构成。首先通过叠片/卷绕方式，使正极片、负极片、隔膜堆叠包裹，形成芯包，再通过预焊接(超声焊)将端部预留的箔材焊接成型，之后进行箔材裁切(使其端面整齐，便于进行主焊接)，接下来进行主焊接(将极耳通过超声/激光焊接到箔材上)，最后再进行热挤压封装，完成电池装配。分析电池结构，其长度＝电池主体长度+焊接区域长度×2+封装区域长度×2。其中主体长度取决于电池容量/能量设计；封装区域长度取决于封装强度的要求；而焊接区域长度则起到连接主体与封装区的目的。在目前通常采用的工艺方法下，电池的焊接部位在长度方向上所有连接均为水平连接，需要长度空间较大。以VDA310型号电池为例，其单侧焊接区域空间长度约8mm，两侧共16mm。造成现在电池的体积较大，储能较小，电池的体积能量密度较小。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种锂离子动力软包电池T型极耳，以解决现有电池的体积能量密度较小和过流能力不稳定的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种锂离子动力软包电池T型极耳，包括一号基材、极耳胶和二号基材，一号基材和二号基材均为平面结构，一号基材正反两面的中部分别复合一层或多层极耳胶，一号基材的一端与二号基材的中部垂直连接，二号基材平面上除去与一号基材的连接部分，其余部分为极耳焊接区域。
进一步的，所述一号基材的一端通过焊接或熔接工艺与二号基材的中部垂直连接。
进一步的，所述极耳胶为PP材质。
相对于现有技术，本发明所述的锂离子动力软包电池T型极耳具有以下优势：
(1)本发明所述的锂离子动力软包电池T型极耳，把焊接区域由“水平”改为“垂直”，“以厚度换长度”，使焊接区域的空间长度由单侧减小约5mm，整体电池长度减小约10mm，大大提升了电池的体积能量密度。
(2)本发明所述的锂离子动力软包电池T型极耳，其焊接部位面积比现有平面型极耳增大，以VDA310型号电池为例，其焊接部位长度不变，宽度可由4mm增大至约8mm，则焊接面积可提升一倍，大大提升了电池的过流能力。
本发明的另一目的在于提出一种锂离子动力软包电池的制作方法，以解决电池的体积较大，储能较小，电池的体积能量密度较小、电池过流能力弱的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种锂离子动力软包电池的制作方法，包括如下步骤：
S1、将电池需要的极片、隔膜通过卷绕或叠片方式形成芯包，且芯包端部为箔材；
S2、对芯包端部的箔材采用“垂直式一次焊接”的方法进行堆叠压紧，并将极耳焊接在芯包箔材上；
S3、把上述加工后的芯包放入铝塑膜包装壳内；
S4、将芯包和电池待封装部位进行热封装，完成电池装配。
进一步的，所述步骤S2中，“垂直式一次焊接”的具体方法为：与“T型”极耳匹配，使用压紧机构将顶部箔材沿电池长度方向堆叠压紧，并通过限位方式保证压紧程度不损伤活性物质及隔膜区域，之后通过激光焊把正极极耳和负极极耳焊接于压紧的箔材面。
进一步的，所述压紧机构包括气缸，气缸一侧安装压紧块，由气缸推动压紧块将顶部箔材沿电池长度方向堆叠缓慢压紧。
进一步的，所述限位方式具体的方法为，在气缸的运行终点设置限位块，限制气缸的行程。
进一步的，将所述步骤S3中的极耳焊接在箔材上后，在焊接面外部贴胶带，并使胶带包裹极耳边缘。
相对于现有技术，本发明所述的锂离子动力软包电池的制作方法具有以下优势：
(1)本发明所述的锂离子动力软包电池的制作方法，首先通过叠片/卷绕方式，使正极片、负极片、隔膜堆叠包裹，形成芯包，再通过压紧机构将端部箔材缓慢压紧，接下来通过激光焊接把“T型”极耳与箔材焊接在一起，然后贴保护胶带，之后入壳进行热挤压封装，完成电池装配，简化了制作工艺，同时大大提高了电池的过流能力，在减小电池长度方向的尺寸的同时，对于电池的性能、安全均无影响，达到了提升体积能量密度的目的。
(2)本发明所述的锂离子动力软包电池的制作方法，采用“垂直式一次焊接”方式，改进芯包端部箔材的加工工艺，取消预焊接，改为堆叠压紧，简化了工艺流程，大大提高了工作效率，降低了生产成本，节约了社会资源。
(3)本发明所述的锂离子动力软包电池的制作方法，在焊接面外部贴胶带，并使胶带包裹极耳边缘，将铝塑膜与正负极耳金属片做物理隔离，有效保护铝塑膜。
(4)本发明所述的锂离子动力软包电池的制作方法，在箔材堆叠压紧过程中，采用限位方式，保证不损伤活性物质(极片)和隔膜区域，有效保证了电池的质量。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术的极耳结构示意图；
图2为本发明实施例所述的锂离子动力软包电池T型极耳的示意图；
图3为本发明实施例所述的垂直式一次焊接的示意图；
图4为本发明实施例所述的锂离子动力软包电池的结构示意图；
图5为本发明实施例所述的锂离子动力软包电池的剖视图；
图6为图5中A部的放大图。
附图标记说明：
1-一号基材；2-极耳胶；3-二号基材；4-极耳焊接区域；5-隔膜；6-正极片；7-负极片；8-箔材；9-焊接区域；10-芯包主体；11-壳体；12-L型极耳。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种锂离子动力软包电池T型极耳，如图2所示，包括一号基材1、极耳胶2和二号基材3，一号基材1和二号基材3均为平面结构，一号基材1正反两面的中部分别复合一层或多层极耳胶2，一号基材1的一端通过焊接或熔接工艺与二号基材3的中部垂直连接，二号基材3平面上除去与一号基材1的连接部分，其余部分为极耳焊接区域4。以此保证整体结构稳定性及过流能力。
一号基材1和二号基材3为金属片，在一个或多个实施例中，金属片的材质为铝或铜或铜镀镍材质，金属片的厚度范围为0.2～0.6mm。
极耳胶2为pp胶粘剂；极耳胶2的厚度范围为0.1～0.2mm，宽度8～12mm，极耳胶2的长度比一号基材1的长度大6～10mm；极耳胶2的边缘距离一号基材1边缘1mm。
如图1和图2所示，T型的极耳结构，把焊接区域由“水平”改为“垂直”，“以厚度换长度”，目前行业内软包电池极耳一般为“平面型”，如图1所示，现有技术中极耳胶的边缘距离基材边缘为6mm，在本实施例中，极耳胶2的边缘距离基材1边缘1mm，使极耳焊接区域4的空间长度单侧减小约5mm，整体电池长度减小约10mm(单侧即“正极侧或负极侧”，双侧即“正极侧+负极侧”)；以VDA310型号电池为例，长度由309mm减小至299mm，体积能量密度提升约3.2％，其计算过程如下：
能量密度提升比例＝E/x*y*299/(E/x*y*309)-1，其中E为电池能量，x为电池厚度，y为电池宽度，将上述公式中代入数值，即x＝11，y＝100，分别代入公式，计算过程为：能量密度提升比例＝E/11*100*299/(E/11*100*309)-1≈3.2％。
本方案所述的锂离子动力软包电池T型极耳结构，其焊接部位面积比现有平面型极耳增大，以VDA310型号电池为例，其焊接部位长度不变，宽度可由4mm增大至约8mm，则焊接面积可提升一倍，大大提升了电池的过流能力。
一种锂离子动力软包电池的制作方法，如图3至图5所示，包括如下步骤：
S1、将电池需要的极片、隔膜通过卷绕或叠片方式形成芯包，且芯包端部为箔材；
卷绕形成芯包的具体方法为：使用卷绕机把负极片7、隔膜5、正极片6按序层叠，旋转一定圈数后(根据电池实际需求选择旋转圈数)粘贴收尾胶带，形成芯包，且芯包端部为箔材8，正极极耳和负极极耳均为T型极耳结构。
叠片形成芯包的具体方法为：按“隔膜5、负极片7、隔膜5、正极片6、隔膜5、负极片7……”的顺序堆叠，达到一定层数后(根据电池实际需求选择层数)粘贴终止胶带，形成芯包(端部为正负极箔材)，如图3所示，正极极耳和负极极耳均为T型极耳结构。
S2、对芯包端部的箔材采用“垂直式一次焊接”的方法进行堆叠压紧并焊接；
如图3所示，为焊接部位结构示意，只展示了负极侧，正极侧为铝箔，结构与此类似；图3中自上而下依次为隔膜5、负极片7(图中深黑色横线)、隔膜5、正极片6(图中浅色横线，且长度较短)、隔膜5等，且每片负极片的顶部为预留的光箔(无活性物质)，若干箔材8的右侧形成焊接区域9，“垂直式一次焊接”的具体方法为：与“T型”极耳匹配，使用压紧机构将顶部箔材8沿电池长度方向堆叠压紧，并通过限位方式保证压紧程度不损伤活性物质及隔膜区域，之后通过激光焊(一次焊)把极耳金属片(正极极耳和负极极耳)焊接于压紧的箔材面。
优选的，压紧机构为气缸+压紧块，由气缸推动压紧块将顶部箔材8沿电池长度方向堆叠缓慢压紧。压紧块为非金属材质。
优选的，限位方式具体的为，通过设置限位块，限制气缸的行程，使压紧块到达目标位置后停止运动。
目前常用的芯包端部箔材焊接结构为“中间对称式二次焊接”，此焊接结构的目的在于保证后续入壳时极耳与封装面在同一平面内。焊接时通过焊头或压紧机构把箔材压向中间层进行预焊接(一次焊)，之后再与极耳金属片进行主焊接(二次焊)。
采用“垂直式一次焊接”的方法，能够有效保证极耳大面与封装面保持同平面，同时取消了预焊接，减少了一次极耳焊接，能有有效减少箔材撕裂，大大提升了电池过流的稳定性。
S3、将极耳焊接在芯包箔材上。
通过激光焊接在极耳焊接区域4将T型极耳焊接在芯包箔材8上。
S4、在焊接面外部贴胶带，并使胶带包裹极耳边缘；
针对极耳边缘与铝塑膜接触部位，把保护胶带贴在焊接面外部，并包裹极耳边缘，优选的，胶带为PET胶带，厚度为30～50um。起到保护铝塑膜的作用，即将铝塑膜与正负极耳金属片做物理隔离。
S5、把上述加工后的芯包主体10放入铝塑膜包装壳体11内。
所述电池壳体11为铝塑膜包装壳。
S6、将芯包和电池待封装部位进行热封装，完成电池装配。
使用封装设备，通过热封头(通常为专用合金模具钢或铜材质)把待封装部位挤压到一起，以高温(170～210℃)维持数秒，使待封装部位铝塑膜的PP层和极耳胶层熔化粘接到一起。
本方法取消了芯包端部箔材预焊接工艺，改为顶部箔材堆叠压紧工艺，直接与极耳进行主焊接，减少一个焊接工序，简化工艺流程。
本方案设计了一种“T型”极耳及芯包端部箔材焊接结构，以及与之匹配的制造工艺方法，在不改变电池主体及封装区域的前提下把焊接区域的空间长度缩小，从而减小了电池长度，提升了电池的体积能量密度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子动力软包电池T型极耳，其特征在于：包括一号基材、极耳胶和二号基材，一号基材和二号基材均为平面结构，一号基材正反两面的中部分别复合一层或多层极耳胶，一号基材的一端与二号基材的中部垂直连接，且二号基材平面上除去与一号基材的连接部分，其余部分为极耳焊接区域。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子动力软包电池T型极耳，其特征在于：一号基材的一端通过焊接或熔接工艺与二号基材的中部垂直连接。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子动力软包电池T型极耳，其特征在于：极耳胶为PP材质。
4.一种锂离子动力软包电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将电池需要的极片、隔膜通过卷绕或叠片方式形成芯包，且芯包端部为箔材；
S2、对芯包端部的箔材采用“垂直式一次焊接”的方法进行堆叠压紧，并将极耳焊接在芯包箔材上；
S3、把上述加工后的芯包放入铝塑膜包装壳内；
S4、将芯包和电池待封装部位进行热封装，完成电池装配。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子动力软包电池的制作方法，其特征在于：所述步骤S2中，“垂直式一次焊接”的具体方法为：与“T型”极耳匹配，使用压紧机构将顶部箔材沿电池长度方向堆叠压紧，并通过限位方式保证压紧程度不损伤活性物质及隔膜区域，之后通过激光焊把正极片的极耳和负极片的极耳焊接于压紧的箔材面。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子动力软包电池的制作方法，其特征在于：所述压紧机构包括气缸，气缸一侧安装压紧块，由气缸推动压紧块将顶部箔材沿电池长度方向堆叠缓慢压紧。
7.根据权利要求5所述的一种锂离子动力软包电池的制作方法，其特征在于：限位方式具体的方法为，在气缸的运行终点设置限位块，限制气缸的行程。
8.根据权利要求5所述的一种锂离子动力软包电池的制作方法，其特征在于：将所述步骤S3中的极耳焊接在箔材上后，在焊接面外部贴胶带，并使胶带包裹极耳边缘。
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