CN113381080B - 一种电池卷芯的制作方法及电池卷芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电池卷芯的制作方法及电池卷芯。电池卷芯的制作方法，包括以下步骤：步骤S10、提供负极集流体、正极集流体和至少两个隔膜，对负极集流体涂覆负极浆料，并使负极浆料在负极集流体至少一个侧面上形成有至少两个凸部，沿着负极集流体的延伸方向，相邻的两个凸部间隔分布，得到负极片，以及在正极集流体上涂覆正极浆料，得到正极片；步骤S20、将正极片、隔膜、负极片和隔膜相互叠置，由正极片的第一端卷绕形成扁平状的卷芯，并使凸部覆盖卷芯在负极片上的弧形结构表面。其能为负极片提供更多的嵌锂空间，从而降低电池卷芯析锂的风险。

Description

一种电池卷芯的制作方法及电池卷芯

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池卷芯的制作方法及电池卷芯。

背景技术

聚合物锂离子电池具有能量密度高、小型化、超薄化、轻量化，以及高安全性和低成本等多种优势被应用在智能手机和便携式设备中。

一般地，聚合物电池卷芯多采用双面单层涂布常规卷绕的方式，即先将正、负极片的活性物质均匀涂覆在基材上，再采用常规卷绕的方式制作出卷心结构，然后使用铝塑膜封装得到电池卷芯。此种制作方法得到的电池卷芯存在以下不足：

1、常规卷绕方式得到的电池卷芯，卷芯结构受隔膜材质、隔膜纵向收缩率、正负极片厚度不一致以及充电过程极片膨胀等因素影响，电池卷芯厚度方向上正负极片和隔膜较易出现贴合不紧密现象；

2、常规卷绕方式得到的电池卷芯，受卷绕工艺设备参数、制作过程的高温夹具对电芯厚度方向下压作用力等外因影响，卷芯结构宽度弧形边区域的极片较易出现贴合不紧密现象，卷芯结构宽度弧形边区域的极片一旦出现贴合不紧密现象，会导致此区域负极片嵌锂不均而出现黑斑和析锂异常，直接影响电池卷芯的容量、循环寿命和安全性。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种电池卷芯的制作方法及电池卷芯，其能为负极片提供更多的嵌锂空间，从而降低电池卷芯析锂的风险。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种电池卷芯的制作方法，包括以下步骤：

步骤S10、提供负极集流体、正极集流体和至少两个隔膜，对所述负极集流体涂覆负极浆料，并使所述负极浆料在所述负极集流体至少一个侧面上形成有至少两个凸部，沿着所述负极集流体的延伸方向，相邻的两个所述凸部间隔分布，得到负极片，以及在所述正极集流体上涂覆正极浆料，得到正极片；

步骤S20、将所述正极片、所述隔膜、所述负极片和所述隔膜相互叠置，由所述正极片的第一端卷绕形成扁平状的卷芯，并使所述凸部覆盖所述卷芯在所述负极片上的弧形结构表面。

作为所述的电池卷芯的制作方法的一种优选的技术方案，所述步骤S10具体包括步骤S11、先在所述负极集流体上确定每个所述凸部的宽度和位置，然后根据所述每个所述凸部的宽度和位置在所述负极集流体上涂覆所述负极浆料以形成所述凸部。

作为所述的电池卷芯的制作方法的一种优选的技术方案，形成所述凸部具体包括以下步骤：在所述负极集流体预留空白区域，得到留白位，先在所述负极集流体的侧面除所述留白位以外位置涂覆所述负极浆料，然后在所述留白位上涂覆所述负极浆料。

作为所述的电池卷芯的制作方法的一种优选的技术方案，形成所述凸部具体包括以下步骤：在所述负极集流体的侧面上整体涂覆所述负极浆料，涂覆的过程在所述凸部的预设位置增加所述负极浆料的涂覆量，以在所述负极集流体对应所述凸部的预设位置上形成所述凸部。

作为所述的电池卷芯的制作方法的一种优选的技术方案，所述凸部的宽度的计算公式如下：L＇＝α*π*r/180,公式中L＇为凸部的宽度，α为所述凸部在所述弧形结构处的圆心角大小，r为所述凸部在所述弧形结构处的半径大小。

作为所述的电池卷芯的制作方法的一种优选的技术方案，所述凸部的位置的计算公式如下：

第n层所述弧形结构上的所述凸部与所述负极片的第一端部之间的距离L＂＝n*L+((1/2)*n²+(3/2)*n)*T₃*π+n*T₂*π+((n-1)²/2+(n-1)/2*((n-1)-1)*(1+(-1)ⁿ))*T₂*π+(n²+(n/2)*((n/2)-1))*(1+(-1)ⁿ⁺¹)T₁*π，公式中L为所述卷芯横截面直线段的长度，T₁为所述正极片的厚度，T₂为所述负极片的厚度，T₃为所述隔膜的厚度。

作为所述的电池卷芯的制作方法的一种优选的技术方案，所述凸部的厚度为T₄,0.001mm≤T₄≤0.1mm。

作为所述的电池卷芯的制作方法的一种优选的技术方案，所述负极集流体的相对两个侧面均具有所述凸部。

另一方面，还提供一种电池卷芯，上述的电池卷芯的制作方法制成。

作为所述的电池卷芯的一种优选的技术方案，所述电池卷芯为多极耳电池卷芯。

本发明的有益效果为：通过在负极集流体上涂覆负极浆料而形成至少两个凸部，在卷绕形成卷芯后使卷芯在负极片上弧形结构表面覆盖有凸部，通过凸部增加负极片在弧形结构区域的厚度，使负极片在弧形结构区域的厚度略大于负极片的其他区域的厚度，在卷芯侧面弧形区域能够减小正极片与负极片之间的间隙，保证正极片与负极片贴合良好。采用本发明的电池卷芯的制作方法，有效提升该区域的实际N/P值,为负极片提供更多的嵌锂空间，从而降低卷芯侧边弧形区域的析锂风险，有效改善卷芯的改善黑斑和析锂异常的现象，保证卷芯的性能和安全性。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为实施例所述正极片的结构示意图。

图2为实施例所述负极片的结构示意图。

图3为实施例所述正极片、隔膜、负极片以及隔膜的叠置示意图。

图4为实施例所述卷芯的剖视图。

图中：

1、正极片；11、正极集流体；12、正极浆料；13、正极片的第一端；2、负极片；21、负极集流体；22、负极浆料；23、凸部；24、弧形结构；3、隔膜。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1至图4所示，本发明提供一种电池卷芯的制作方法，包括以下步骤：

步骤S10、提供负极集流体21、正极集流体11和至少两个隔膜3，对负极集流体21涂覆负极浆料22，并使负极浆料22在负极集流体21至少一个侧面上形成有至少两个凸部23，沿着负极集流体21的延伸方向，相邻的两个凸部23间隔分布，得到负极片2，以及在正极集流体11上涂覆正极浆料12，得到正极片1。本实施例中，使用涂炭铜箔作为负极集流体21，负极浆料22为负极活性物质，使用涂炭铜箔作为负极集流体21能够增强负极活性物质与负极集流体21间的附着力以及降低负极片2在充放电过程中的膨胀率。在具体涂布的过程中，在负极集流体21的相对两个侧面均涂覆负极浆料22，在正极集流体11的相对两个侧面均涂覆正极浆料12，正极浆料12为正极活性物质。

步骤S20、将正极片1、隔膜3、负极片2和隔膜3相互叠置，由正极片的第一端13卷绕形成扁平状的卷芯，并使凸部23覆盖卷芯在负极片2上的弧形结构24表面。其中，负极片2的第一端和正极片的第一端13均为同一个方向，本实施例中，由正极片的第一端13卷绕，使负极片2从负极片2的第一端朝向第二端卷绕。可以理解的是，负极片2随着正极片1、隔膜3卷绕形成卷芯的一部分后，负极片2在卷芯的弧形面区域形成有多层弧形结构24，由于凸部23覆盖负极片2的弧形结构24表面，因此卷绕负极片2后凸部23被折弯成弧形状。

通过在负极集流体21上涂覆负极浆料22而形成至少两个凸部23，在卷绕形成卷芯后使卷芯在负极片2上弧形结构24表面覆盖有凸部23，通过凸部23增加负极片2在弧形结构24区域的厚度，使负极片2在弧形结构24区域的厚度略大于负极片2的其他区域的厚度，在卷芯侧面弧形区域能够减小正极片1与负极片2之间的间隙，保证正极片1与负极片2贴合良好。采用本发明的电池卷芯的制作方法，有效提升该区域的实际N/P值,为负极片2提供更多的嵌锂空间，从而降低卷芯侧边弧形区域的析锂风险，有效改善卷芯的改善黑斑和析锂异常的现象，保证卷芯的性能和安全性。

本实施例中，负极浆料22在负极集流体21至少一个侧面上形成有多个凸部23，卷芯在负极片2上的每一层弧形结构24表面均覆盖有凸部23。

其中，步骤S10具体包括步骤S11、先在负极集流体21上确定每个凸部23的宽度和位置，然后根据每个凸部23的宽度和位置在负极集流体21上涂覆负极浆料22以形成凸部23。在负集流体上形成凸部23之前，先在负极集流体21确定每个凸部23的宽度和位置，在卷绕形成卷芯的过程中可以保证凸部23根据设计要求覆盖在设定层数上的弧形结构24表面。

一实施例中，形成凸部23具体包括以下步骤：在负极集流体21预留空白区域，得到留白位，先在负极集流体21的面对留白位以外位置涂覆负极浆料22，然后在留白位上涂覆负极浆料22。或者，形成凸部23具体包括以下步骤：在负极集流体21的侧面上整体涂覆负极浆料22，涂覆的过程在在凸部23的预设位置增加负极浆料22的涂覆量，以在负极集流体21对应凸部23的预设位置上形成凸部23。或者，在另一实施例中，形成凸部23具体包括以下步骤：在负极集流体21的侧面上整体涂覆负极浆料22，涂覆的过程在凸部23的预设位置增加负极浆料22的涂覆量，以在负极集流体21对应凸部23的预设位置上形成凸部23。在实际的操作中，可以根据需要灵活选用上述的任一种方式在负极集流体21上形成凸部23。

具体地，凸部23的宽度的计算公式如下：L＇＝α*π*r/180,公式中L＇为凸部23的宽度，α为凸部23在弧形结构24处的圆心角大小，r为凸部23在弧形结构24处的半径大小。可以理解的是，凸部23的宽度方向与负极片2展开时的长度方向相同，当负极片2卷绕形成卷芯的一部分后，由于凸部23位于卷芯的弧形结构24处，凸部23随着负极片2的形变也呈弧形状，负极片2卷绕形成卷芯的一部分后凸部23的宽度等于凸部23的弧长，因此通过上述的计算公式能够得到精确的凸部23的宽度。

卷绕形成卷芯后，为了使凸部23恰好覆盖弧形结构24靠近正极片1的一侧面，凸部23在弧形结构24处的圆心角α大小范围为：10°≤α≤180°。凸部23的位置的计算公式如下：

第n层弧形结构24对应的凸部23与负极片2的第一端部之间的距离L＂＝n*L+((1/2)*n²+(3/2)*n)*T₃*π+n*T₂*π+((n-1)²/2+(n-1)/2*((n-1)-1)*(1+(-1)ⁿ))*T₂*π+(n²+(n/2)*((n/2)-1))*(1+(-1)ⁿ⁺¹)T₁*π，如图4所示，公式中L为所述卷芯横截面直线段的长度，T₁为所述正极片1的厚度，T₂为所述负极片2的厚度，T₃为所述隔膜3的厚度。本说明书中所提到的第n层是从卷芯的中部由内向外数负极片2的弧形结构24的层数。在实际操作时，先理论计算出卷芯横截面的长度，得到卷芯横截面直线段的长度L，正极片1的厚度T₁、负极片2的厚度T₂以及隔膜3的厚度T₃均可以直接测量出。

凸部23的厚度为T₄,0.001mm≤T₄≤0.1mm。一般情况下，负极片2的厚度为0.2mm，设置凸部23的厚度略小于负极片2的厚度，有利于使负极片2贴紧正极片1，避免析锂。在实际操作中，根据设计需要的凸部23对应区域的面密度和压实密度得到具体的凸部23厚度T₄。

本实施例中，负极集流体21的相对两个侧面均具有凸部23。当然在其他的实施例中，可以在负极集流体21其中一个侧面设置凸部23。

该种电池卷芯的制作方法还具备以下优点:

凸部23位于卷芯的侧面弧形区域，不影响卷芯厚度的尺寸，以及正极片1和隔膜3也未进行调整，此种电池卷芯的制作方法在不降低电芯能量密度基础上，能够有效改善界面黑斑和析锂异常的现象；

在本制作方法中，仅在负极集流体21上通过涂覆负极浆料22形成凸部23，在现有涂布设备进行微小软硬件升级即可满足卷芯的制作需求，此外，负极浆料22在卷芯材料的总成本占比小于10％，且仅对负极集流体21上的弧形结构24增加少量的负极浆料22，经核算，卷芯总成本仅增加上0.2％，因此该种电池卷芯的制作方法具有制造加工性强、成本低的特点。

需要说明的是，凸部23可分布在负极集流体21长度全段，凸部23也可分布在长度某一部分区域(例如负极集流体21长度的中段、中后段或后段区域等)，此种设计既能满足设计需求，也能够降低卷芯成本和提升生产效率。

其中，本发明所述的电池卷芯的制作方法既适用于制作多极耳电池卷芯，也适用于制作多极耳电池卷芯。

另一实施例中，还提供一种电池卷芯，该电池卷芯采用上述任一种电池卷芯的制作方法制成。该电池卷芯能够为负极片2提供更多的嵌锂空间，降低卷芯侧边弧形区域的析锂风险，有效改善卷芯的改善黑斑和析锂异常的现象，保证卷芯的性能和安全性。

本实施例中，电池卷芯为多极耳电池卷芯。当然在其他的实施例中，电池卷芯还可以为单极耳电池卷芯。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

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将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池卷芯的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤S10、提供负极集流体、正极集流体和至少两个隔膜，对所述负极集流体涂覆负极浆料，并使所述负极浆料在所述负极集流体至少一个侧面上形成有至少两个凸部，沿着所述负极集流体的延伸方向，相邻的两个所述凸部间隔分布，得到负极片，以及在所述正极集流体上涂覆正极浆料，得到正极片；

步骤S20、将所述正极片、所述隔膜、所述负极片和所述隔膜相互叠置，由所述正极片的第一端卷绕形成扁平状的卷芯，并使所述凸部覆盖所述卷芯在所述负极片上的弧形结构表面；

在所述步骤S10中，所述凸部的位置的计算公式如下：

第n层所述弧形结构上的所述凸部与所述负极片的第一端部之间的距离L＂＝n*L+((1/2)*n²+(3/2)*n)*T₃*π+n*T₂*π+((n-1)²/2+(n-1)/2*((n-1)-1)*(1+(-1)ⁿ))*T₂*π+(n²+(n/2)*((n/2)-1))*(1+(-1)ⁿ⁺¹)T₁*π，公式中L为所述卷芯横截面直线段的长度，T₁为所述正极片的厚度，T₂为所述负极片的厚度，T₃为所述隔膜的厚度；

在所述步骤S10中，所述凸部的厚度为T₄,0.001mm≤T₄≤0.1mm。

2.根据权利要求1所述的电池卷芯的制作方法，其特征在于，所述步骤S10具体包括步骤S11、先在所述负极集流体上确定每个所述凸部的宽度和位置，然后根据所述每个所述凸部的宽度和位置在所述负极集流体上涂覆所述负极浆料以形成所述凸部。

3.根据权利要求2所述的电池卷芯的制作方法，其特征在于，形成所述凸部具体包括以下步骤：在所述负极集流体预留空白区域，得到留白位，先在所述负极集流体的侧面除所述留白位以外位置涂覆所述负极浆料，然后在所述留白位上涂覆所述负极浆料。

4.根据权利要求2所述的电池卷芯的制作方法，其特征在于，形成所述凸部具体包括以下步骤：在所述负极集流体的侧面上整体涂覆所述负极浆料，涂覆的过程在所述凸部的预设位置增加所述负极浆料的涂覆量，以在所述负极集流体对应所述凸部的预设位置上形成所述凸部。

5.根据权利要求3或4所述的电池卷芯的制作方法，其特征在于，所述凸部的宽度的计算公式如下：L＇＝α*π*r/180,公式中L＇为凸部的宽度，α为所述凸部在所述弧形结构处的圆心角大小，r为所述凸部在所述弧形结构处的半径大小。

6.根据权利要求1所述的电池卷芯的制作方法，其特征在于，所述负极集流体的相对两个侧面均具有所述凸部。

7.一种电池卷芯，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的电池卷芯的制作方法制成。

8.根据权利要求7所述的电池卷芯，其特征在于，所述电池卷芯为多极耳电池卷芯。

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