CN113299920A - 一种锂电池卷芯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂电池卷芯，包括将导电层涂覆于绝缘隔膜上形成的集流体。本发明的优点在于：通过涂覆在隔膜上的导电层作为集流体，从而取消传统铜、铝箔材集流体，降低卷芯的制造成本和重量，有效提升能量密度，涂覆后的导电层位置不会发生移动，防止在叠片或卷绕过程中，正、负极片错位导致的短路风险，不需要切割正、负极片，从而不会产生金属毛刺。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池卷芯。
背景技术
以公开号为CN112020791A，名称为单元电芯及其制造方法的发明专利申请为代表的现有电池的卷芯制造工艺如下：①在铝箔材(正极集流体)上涂覆正极活性物质，在铜箔材(负极集流体)上涂覆负极活性物质；②对上述活性物质进行烘烤、辊压、分切，分别得到正、负极带；③切割上述铝、铜箔材中未涂覆活性物质的部分，分别得到正、负极耳；④将正极带、负极带连同隔膜一起卷绕，得到卷绕卷芯；或者切割上述正、负极带，分别得到正、负极片，将正、负极片分别间隔插入“Z”形折叠的隔膜中，得到叠片卷芯；⑤将卷绕卷芯或者叠片卷芯的正、负极耳分别与盖板组件焊接在一起，即完成了卷芯的组装。
该工艺存在以下缺陷：1、需要耗费大量的铜、铝箔材，导致卷芯的能量密度难以有效提升，而且使得制造成本居高不下；2、在叠片或者卷绕过程中，都不可避免的会出现由于正负极片或者正负极带错位导致卷芯短路的风险，也进一步增加了设备上由于极片纠偏、错位检测的采购成本；3、叠片卷芯中，切割正、负极带也会不可避免的产生金属毛刺、粉尘，增加了卷芯短路的风险；4、卷芯组装时，由于极耳较硬，会出现极耳弯折困难、极耳折断等不良现象的发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种降低制造成本、防止卷芯短路的锂电池卷芯。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种锂电池卷芯，包括将导电层涂覆于绝缘隔膜上形成的集流体。
本发明通过涂覆在隔膜上的导电层作为集流体，从而取消传统铜、铝箔材集流体，降低卷芯的制造成本和重量，有效提升能量密度，涂覆后的导电层位置不会发生移动，防止在叠片或卷绕过程中，正、负极片错位导致的短路风险，不需要切割正、负极片，从而不会产生金属毛刺。
优选的，涂覆有导电层的隔膜位置为涂覆区，所述导电层表面还分别涂覆有对应极性的活性物质层。
优选的，正极和负极对应的涂覆区的同一端分别设置有凸耳，凸耳上的导电层分别与对应极性的极耳连接，所述隔膜折叠或卷叠形成卷芯，正极和负极对应的凸耳分别叠放在一起形成两排极耳。
优选的，所述隔膜表面沿长度方向形成多个等间隔的涂覆区，涂覆区内具有穿过隔膜的孔洞，涂覆区两面分别设置有导电层和极性相同的活性物质层，相邻涂覆区设置有极性相反的活性物质层，相邻涂覆区的凸耳位置交错设置，至少一面凸耳上的导电层连接有与涂覆区极性对应的极耳。
优选的，相邻涂覆区叠放在一起形成卷芯，相邻涂覆区之间通过隔膜的未涂覆区分隔，最外端的两个涂覆区被隔膜两端的未涂覆区包裹。
优选的，所述隔膜表面沿长度方向设置有多个涂覆区，所述涂覆区的一端间隔设置有第一凸耳和第二凸耳，涂覆区两面分别涂覆导电层并设置极性不同的活性物质层，同一面涂覆区的活性物质层极性相同，正极涂覆区的导电层涂覆至第一凸耳，负极涂覆区的导电层涂覆至第二凸耳，第一凸耳的导电层与正极对应的极耳连接，第二凸耳的导电层与负极对应的极耳连接。
优选的，相邻涂覆区叠放在一起形成卷芯，相邻涂覆区之间通过隔膜的未涂覆区分隔，最外端的两个涂覆区被隔膜两端的未涂覆区包裹。
优选的，所述隔膜表面沿长度方向设置有多个涂覆区，所述涂覆区的一端间隔设置有两个凸耳，涂覆区两面分别涂覆导电层并设置极性不同的活性物质层，同面涂覆区的活性物质层极性相同，同一面相邻涂覆区的导电层涂覆至不同的凸耳，同一涂覆区两面的导电层分别涂覆在不同的凸耳上，并分别连接对应的极耳。
优选的，还包括与隔膜平行设置于隔膜下方的第二隔膜，从任意一端的涂覆区开始，将涂覆区及下方的第二隔膜翻转到相邻的另一个涂覆区上，然后继续翻转，直到所有涂覆区翻转叠放在一起，沿翻转顺序的方向，相邻涂覆区的间距依次增大。
优选的，所述隔膜一端间隔设置有多个凸耳，隔膜两面分别连续设置有覆盖隔膜表面的导电层，两面导电层分别间隔涂覆至不同的凸耳，导电层上分别连续设置极性不同的活性物质层，所述隔膜表面的至少一面设置有隔离层，导电层涂覆于隔离层上；所述隔膜放置在第三隔膜上，将隔膜长度方向一端的前两个凸耳及下方的第三隔膜翻转到隔膜上，然后继续翻转卷绕隔膜，卷绕得到的卷芯中，极性相同的凸耳叠放在一起。
本发明提供的锂电池卷芯的优点在于：通过涂覆在隔膜上的导电层作为集流体，从而取消传统铜、铝箔材集流体，降低卷芯的制造成本重量，有效提升能量密度，涂覆后的导电层位置不会发生移动，防止在叠片或卷绕过程中，正、负极片错位导致的短路风险，不需要切割正、负极片，从而不会产生金属毛刺。在进行组装的时候，将凸耳弯折后进行固定，隔膜材质较软，弯折方便，规避了极耳弯折困难、极耳折断等不良现象的发生；在进行卷芯卷绕时，可借助隔膜本身的未涂覆区实现电极的绝缘，节约隔膜的用量，从而显著降低成本。
附图说明
图1为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的示意图；
图2为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的隔膜上的导电层和活性物质层的示意图；
图3为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的隔膜示意图；
图4为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的隔膜导电层涂覆状态示意图；
图5为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的隔膜上设置活性物质层的示意图；
图6为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的极耳与凸耳的配合状态示意图；
图7为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的剖视图；
图8为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的隔膜未叠片时的示意图；
图9为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的隔膜开始叠片的状态示意图；
图10为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的隔膜第一次叠片的状态示意图；
图11为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的隔膜第二次叠片的状态示意图；
图12为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的隔膜叠片完成的状态示意图；
图13为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的示意图；
图14为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的侧视图；
图15为本发明的实施例1提供的锂电池卷芯的装配示意图；
图16为本发明的实施例2提供的锂电池卷芯的隔膜正面示意图；
图17为本发明的实施例2提供的锂电池卷芯的隔膜反面示意图；
图18为本发明的实施例2提供的锂电池卷芯的隔膜未叠片时的示意图；
图19为本发明的实施例2提供的锂电池卷芯的极耳与凸耳的配合状态示意图；
图20为本发明的实施例2提供的锂电池卷芯的隔膜第一次叠片的状态示意图；
图21为本发明的实施例2提供的锂电池卷芯的隔膜第二次叠片的状态示意图；
图22为本发明的实施例2提供的锂电池卷芯的隔膜叠片完成的状态示意图；
图23为本发明的实施例3提供的锂电池卷芯的隔膜正面示意图；
图24为本发明的实施例3提供的锂电池卷芯的隔膜反面示意图；
图25为本发明的实施例3提供的锂电池卷芯的隔膜未开始叠片的状态示意图；
图26为本发明的实施例3提供的锂电池卷芯的隔膜开始叠片的状态示意图；
图27为本发明的实施例3提供的锂电池卷芯的隔膜叠片完成的状态示意图；
图28为本发明的实施例4提供的锂电池卷芯的隔膜正面示意图；
图29为本发明的实施例4提供的锂电池卷芯的隔膜反面示意图；
图30为本发明的实施例4提供的锂电池卷芯的隔膜未开始卷绕的状态示意图；
图31为本发明的实施例4提供的锂电池卷芯的隔膜开始卷绕的状态示意图；
图32为本发明的实施例4提供的锂电池卷芯的隔膜卷绕状态示意图；
图33为本发明的实施例4提供的锂电池卷芯的示意图；
图34为本发明的实施例4提供的锂电池卷芯的侧视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，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
结合图1和图2，本实施例提供了一种锂电池卷芯，包括将导电层40涂覆于绝缘隔膜10上形成的集流体，从而取消传统铜、铝箔材集流体，降低卷芯20的制造成本，降低了卷芯20的重量，有效提升能量密度，涂覆后的导电层位置不会发生移动，防止在叠片或卷绕过程中，正、负极片错位导致的短路风险，不需要切割正、负极片，从而不会产生金属毛刺。
参考图3，隔膜10上涂覆有导电层40的位置定义为涂覆区(图未示)，本实施例中所述涂覆区还向隔膜10宽度方向的一端延伸设置凸耳101，在隔膜10的同一侧固定有多个凸耳101，在隔膜10表面沿长度方向形成多个等间隔的涂覆区；结合图4，所述涂覆区内涂覆有导电层40，所述导电层40涂覆至凸耳101上，导电层40使用导电材料涂覆在隔膜10上即可，如铜、铝、银等金属材料，正负极的导电层40的材料可以相同，也可以不同；从而以导电层40代替传统电池中的金属集流体。
参考图5，所述导电层40表面还设置有活性物质层50，所述活性物质层50仅覆盖涂覆区的导电层40，参考图6，凸耳101上的导电层40分别与对应极性的极耳60连接。
活性物质层50根据极性确定材料，正极选用磷酸铁锂，负极选用石墨，对活性物质层50需要进行烘干、辊压等操作使其固定在导电层40上。为了确保正极充分反应，负极应过量设置，因此一般正极的涂覆面积略小于负极；正极的极耳60选用铝箔材，负极的极耳60选用铜箔材，极耳60通过超声波焊接或激光焊接固定在导电层40上。
参考图7，本实施例中在同一涂覆区的两面分别涂覆导电层40，并设置极性相同的活性物质层50，涂覆区内具有穿过隔膜10的孔洞102，本实施例中通过钢针等尖刺状物体在隔膜10上扎制孔洞102，孔洞102的主要用于涂覆区两面的导通，具体位置和大小不做限制。
参考图8，沿隔膜10的长度方向，正极活性物质层501和负极活性物质层502交错设置，结合图4，相邻涂覆区的凸耳101的位置同样交错设置在涂覆区端部的不同侧；结合图6，由于涂覆区两面的电极相同，因此两面的凸耳101上可以仅连接一个与该涂覆区极性对应的极耳60。
所述卷芯20的叠片过程如下：参考图9，从最左侧的涂覆区开始，将左侧未涂覆的隔膜10翻折覆盖到最左侧的涂覆区上方，结合图10，将最左侧的涂覆区叠放到其右侧的涂覆区上方，相邻涂覆区之间通过隔膜的未涂覆区分隔，隔膜10整体呈Z形叠片，结合图11和图12，重复以上叠片过程，直到所有涂覆区叠放在一起，最外端的两个涂覆区被隔膜10两端的未涂覆区覆盖包裹。
参考图13，由于相邻涂覆区的凸耳101的位置交错设置，在最终的卷芯20中，正负极的极耳60能够分别堆叠成两排。
再结合图14和图1，在对卷芯20进行封装时，先将平行排布的正负极极耳60分别与两个极片601焊接固定，由于导电层40涂覆在隔膜10的凸耳101上，然后再与极耳60焊接固定，而凸耳101是容易弯折的，方便对多个极耳60进行连接，不会出现极耳不便弯折或容易折断的问题。
固定极片601后，使用现有技术将卷芯20封装于电池壳体内即可，如图15所示，卷芯20的两个极片601可以与电池壳体的盖板70上不同的电极焊接固定，然后再将盖板70与电池壳体焊接固定，焊接方式可以选择激光焊接或超声波焊接等现有技术。
实施例2
结合图16和图17，所述隔膜10表面沿长度方向形成多个间隔设置的涂覆区，所述涂覆区的一端间隔设置有第一凸耳103和第二凸耳104，结合图18，所述涂覆区两面分别涂覆导电层40并设置正极活性物质层501和负极活性物质层502，同面涂覆区的活性物质层50的极性相同，结合图17和图19，正极涂覆区的导电层40涂覆至第一凸耳103，负极涂覆区的导电层40涂覆至第二凸耳104，第一凸耳103的导电层40与正极对应的极耳60连接，第二凸耳104对应的导电层40与负极对应的极耳60连接。
参考图20-22，本实施例中卷芯20采用与实施例2相同的叠片方式得到，具体步骤不再赘述。
结合图18和图19，为了确保不同极性区域的绝缘性，所述涂覆区表面还设置有隔离层106，所述隔离层106优选为PP或PET材质，隔离层106可以粘贴或涂覆固定在隔膜10表面，导电层40涂覆在隔离层106上。
实施例3
结合图23和图24，本实施例提供的隔膜10表面同样间隔形成多个涂覆区，每个涂覆区的一端间隔设置有两个凸耳，涂覆区两面分别涂覆导电层40并设置极性不同的活性物质层50，同面涂覆区的活性物质层50的极性相同，同面相邻涂覆区之间的导电层40涂覆至不同位置的极耳101上，同一涂覆区两面的导电层40分别涂覆至不同位置的凸耳101上，并分别连接对应的极耳60；同样的，为了保障绝缘性，所述隔膜10上可以在涂覆区两面或一面设置隔离层106。
本实施例提供的隔膜10的叠片方法如下：参考图25，在设置有涂覆区的隔膜10下方设置一个相同的第二隔膜80，第二隔膜80未进行处理；结合图26，从最左侧涂覆区开始，将涂覆区连同其下方的第二隔膜80一起翻转到相邻的次左侧涂覆区上方，两个涂覆区相接触的部分极性相同，不会造成短路；结合图27，然后将这两个叠放的涂覆区连同第二隔膜80一同翻转到相邻的涂覆区上，以此类推，直到所有涂覆区叠放在一起，此时随着翻转的进行，需要的隔膜长度逐渐增加，因此隔膜10上相邻涂覆区的的间距逐渐增加，具体距离可通过计算确定。
实施例4
参考图28和图29，本实施例提供的隔膜10在其宽度方向的一端设置有多个凸耳101，隔膜10两面分别连续设置有覆盖隔膜10表面的导电层40，两面导电层40分别间隔涂覆至不同的凸耳101，两面的导电层40上分别连续设置正极活性物质层501和负极活性物质层502，隔膜10的一面或两面设置所述隔离层106。
参考图30，将所述隔膜10放置在第三隔膜90上，结合图31，将所述隔膜10的一端的前两个凸耳101对应的范围及其下方的第三隔膜90一起翻转到隔膜10上，结合图32，然后继续卷绕隔膜10形成卷芯20，参考图33和34，卷绕后的卷芯20上，极性相同的凸耳101及其上的极耳60叠放在一起，由于整个导电层40和其对应的活性物质层50是连续的，正极和负极分别具有至少一个凸耳101即可，由此能够降低卷绕后的极耳60的叠放厚度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种锂电池卷芯，其特征在于：包括将导电层涂覆于绝缘隔膜上形成的集流体。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池卷芯，其特征在于：涂覆有导电层的隔膜位置为涂覆区，所述导电层表面还分别涂覆有对应极性的活性物质层。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池卷芯，其特征在于：正极和负极对应的涂覆区的同一端分别设置有凸耳，凸耳上的导电层分别与对应极性的极耳连接，所述隔膜折叠或卷叠形成卷芯，正极和负极对应的凸耳分别叠放在一起形成两排极耳。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池卷芯，其特征在于：所述隔膜表面沿长度方向形成多个等间隔的涂覆区，涂覆区内具有穿过隔膜的孔洞，涂覆区两面分别设置有导电层和极性相同的活性物质层，相邻涂覆区设置有极性相反的活性物质层，相邻涂覆区的凸耳位置交错设置，至少一面凸耳上的导电层连接有与涂覆区极性对应的极耳。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池卷芯，其特征在于：相邻涂覆区叠放在一起形成卷芯，相邻涂覆区之间通过隔膜的未涂覆区分隔，最外端的两个涂覆区被隔膜两端的未涂覆区包裹。
6.根据权利要求3所述的一种锂电池卷芯，其特征在于：所述隔膜表面沿长度方向设置有多个涂覆区，所述涂覆区的一端间隔设置有第一凸耳和第二凸耳，涂覆区两面分别涂覆导电层并设置极性不同的活性物质层，同面涂覆区的活性物质层极性相同，正极涂覆区的导电层涂覆至第一凸耳，负极涂覆区的导电层涂覆至第二凸耳，第一凸耳的导电层与正极对应的极耳连接，第二凸耳的导电层与负极对应的极耳连接。
7.根据权利要求6所述的一种锂电池卷芯，其特征在于：相邻涂覆区叠放在一起形成卷芯，相邻涂覆区之间通过隔膜的未涂覆区分隔，最外端的两个涂覆区被隔膜两端的未涂覆区包裹。
8.根据权利要求3所述的一种锂电池卷芯，其特征在于：所述隔膜表面沿长度方向设置有多个涂覆区，所述涂覆区的一端间隔设置有两个凸耳，涂覆区两面分别涂覆导电层并设置极性不同的活性物质层，同面涂覆区的活性物质层极性相同，同面相邻涂覆区的导电层涂覆至不同的凸耳，同一涂覆区两面的导电层分别涂覆在不同的凸耳上，并分别连接对应的极耳。
9.根据权利要求8所述的一种锂电池卷芯，其特征在于：还包括与隔膜平行设置于隔膜下方的第二隔膜，从任意一端的涂覆区开始，将涂覆区及下方的第二隔膜翻转到相邻的另一个涂覆区上，然后继续翻转，直到所有涂覆区翻转叠放在一起，沿翻转顺序的方向，相邻涂覆区的间距依次增大。
10.根据权利要求3所述的一种锂电池卷芯，其特征在于：所述隔膜一端间隔设置有多个凸耳，隔膜两面分别连续设置有覆盖隔膜表面的导电层，两面导电层分别间隔涂覆至不同的凸耳，导电层上分别连续设置极性不同的活性物质层，所述隔膜表面的至少一面设置有隔离层，导电层涂覆于隔离层上；所述隔膜放置在第三隔膜上，将隔膜长度方向一端的前两个凸耳及下方的第三隔膜翻转到隔膜上，然后继续翻转卷绕隔膜，卷绕得到的卷芯中，极性相同的凸耳叠放在一起。
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