CN113506936A - 一种无极耳锂离子电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无极耳锂离子电池及其制作方法，所述无极耳锂离子电池包括正极导电壳体和负极导电壳体，所述正极导电壳体扣合在负极导电壳体内侧，形成密闭的空腔，所述空腔内部装设有电芯和电解液，所述正极导电壳体和负极导电壳体之间设有绝缘密封圈，所述电芯包括正极极片、负极极片和隔膜；所述正极极片包括正极集流体和正极涂覆层，所述负极极片包括负极集流体和负极涂覆层，所述正极导电壳体和负极导电壳体内部都涂覆有导电胶层，所述正极集流体和负极集流体通过导电胶层分别与正极导电壳体和负极导电壳体紧密连接；本发明使得正极极片和负极极片与导电壳体之间连接更加可靠，保证电化学性能正常发挥，提升了电池安全性能。

Description

一种无极耳锂离子电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种无极耳锂离子电池及其制作方法。
背景技术
常规的锂离子电池制造工艺中都包括焊接工序；对于单极耳圆柱形卷绕电池，通常是直接在正极集流体上焊接一个正极极耳，负极集流体上焊接一个负极极耳，然后再分别将正极极耳焊接在正极导电壳体上，负极极耳焊接在负极导电壳体上；对于多极耳软包堆叠电池，首先，先将正极集流体上预留的正极极耳群进行一次预焊，再将正极极耳焊接在正极极耳群上，其次，将负极集流体上预留的负极极耳群进行一次预焊，再将负极极耳焊接在负极极耳群上，最后，通过将正极极耳和负极极耳上的极耳胶热熔实现电池的密封，将正极极耳或者负极极耳从电芯内部向外伸出。
目前的极耳焊接方法通常是超声波焊接，在焊接过程中容易产生金属焊渣，如果掉入电芯内部可能引发安全事故，并且极耳焊接品质不易管控，通常是采用破坏性试验来评估极耳焊接是否可靠，此外，焊接过程繁琐，影响制造效率，且不可避免的会产生部分不合格品，影响电芯制作的良品率。
中国专利CN110752401A提供了一种扣式电池及其制作方法，具体实施方法是：在正极集流体一侧涂覆正极浆料，另一侧为空箔区；负极集流体一侧为空箔区，另一侧涂覆负极浆料，然后将正极极片、负极极片和隔离膜进行卷绕，所述正极空箔区和负极空箔区分别从卷芯两侧伸出，然后与正极导电壳体和负极导电壳体直接接触；箔材边缘与正极导电壳体和负极导电壳体之间的过盈配合，且箔材边缘弯曲变形以确保与正极导电壳体和负极导电壳体之间紧密接触，形成充电或者放电回路；该电池制作方法既能提高生产效率，又能提高电池的倍率性能。
上述制作方法虽然简化了现有工艺，能够提升电池制造效率，但是由于正极极片和负极极片是错位卷绕，当受到导电壳体挤压时，内部极片容易错位，导致电池的电化学性能劣化，并且正极空箔区和负极空箔区直接与正极导电壳体和负极导电壳体接触式连接，接触可靠性较差，会影响电化学性能发挥。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种无极耳锂离子电池及其制作方法；使得正极极片和负极极片与导电壳体之间连接更加可靠，并且内部极片不易错位，保证电化学性能正常发挥，提升了电池安全性能，也可以规避极片错位导致的短路风险。
为实现上述目的，本发明提供了一种无极耳锂离子电池，包括正极导电壳体和负极导电壳体，所述正极导电壳体扣合在负极导电壳体内侧，形成密闭的空腔，所述空腔内部装设有电芯和电解液，所述正极导电壳体和负极导电壳体之间设有绝缘密封圈，所述电芯包括正极极片、装设在正极极片一侧的负极极片和装设在正极极片和负极极片之间的隔膜；所述正极极片包括正极集流体和正极涂覆层，所述负极极片包括负极集流体和负极涂覆层，所述正极导电壳体和负极导电壳体内部都涂覆有导电胶层，所述正极集流体通过导电胶层与正极导电壳体紧密连接；所述负极集流体通过导电胶层与负极导电壳体紧密连接。
作为优选的，所述正极涂覆层由正极活性物质材料构件在正极集流体一侧或两侧涂覆而成；所述负极涂覆层由负极活性物质材料构件在负极集流体一侧或两侧涂覆而成；所述正极涂覆层和负极涂覆层的一侧或者两侧涂覆有绝缘涂层，所述绝缘涂层涂覆在正极集流体和负极集流体上。
作为优选的，所述绝缘涂层表面上还贴附有绝缘胶纸，所述绝缘胶纸将正极集流体或者负极集流体的一端进行包裹。
作为优选的，所述导电胶层包括树脂基层和填充在树脂基层内部的导电粒子；
所述树脂基层包括环氧树脂材料构件、有机硅树脂材料构件、聚酰亚胺树脂材料构件、酚醛树脂材料构件、聚氨酯树脂材料构件、丙烯酸树脂材料构件中的一种或多种；
所述导电粒子包括镍粉、羰基镍粉、导电银浆、银包铜粉、银包玻璃、碳纳米管、导电炭黑、导电石墨、聚噻吩、Au、Ag、Cu、Al、Zn、Fe、Ni、C及一些导电化合物中的一种或多种。
作为优选的，所述导电胶层的厚度在1～200um之间。
作为优选的，所述绝缘涂层为勃姆石材料构件或者陶瓷材料构件。
作为优选的，所述绝缘涂层的厚度在0～150um之间；所述绝缘胶纸的厚度在5～40um之间。
作为优选的，所述正极集流体和负极集流体的长度和宽度都相同，所述负极涂覆层完全覆盖正极涂覆层。
作为优选的，所述隔膜完全覆盖负极涂覆层和正极涂覆层，所述隔膜的宽度比正极集流体或者负极集流体的宽度小0.1～20mm。
本发明还提供了一种制作上述所述的一种无极耳锂离子电池的方法，包括以下步骤：
步骤S1：将正极极片、隔膜和负极极片卷绕制成电芯或者堆叠制成电芯；
步骤S2：在正极导电壳体和负极导电壳体内部涂覆一层导电胶层；并将电芯放入到正极导电壳体和负极导电壳体内部；所述正极集流体通过导电胶层与正极导电壳体紧密连接；所述负极集流体通过导电胶层与负极导电壳体紧密连接；
步骤S3：将正极导电壳体扣合在负极导电壳体上；并向正极导电壳体和负极导电壳体形成的密闭空腔内填入电解液；在正极导电壳体和负极导电壳体之间放置绝缘密封圈，形成封闭的无极耳锂离子电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过在正极导电壳体和负极导电壳体的内部涂覆导电胶层，并且通过导电胶层将正极集流体与正极导电壳体紧密连接、负极集流体与负极导电壳体紧密连接；从而无需在正极极片和负极极片上焊接极耳，并且所述正极集流体或者负极集流体可以插入到导电胶层内部；或者所述正极集流体或者负极集流体粘接在导电胶层上；使得正极极片和负极极片与导电壳体之间连接更加可靠，并且导电胶层还具有将正极集流体或者负极集流体固定的作用，使得内部的正极集流体或者负极集流体固定更加牢固，从而使得正极极片和负极极片不易错位。
2、本发明所述负极涂覆层的面积大于正极涂覆层的面积，通过公差设计确保负极涂覆层完全覆盖正极涂覆层，保证电化学性能正常发挥。
3、本发明通过在正极涂覆层和负极涂覆层的一侧或者两侧涂覆有绝缘涂层，提升了正极极片和负极极片的绝缘性能，提升了电池安全性能，所述绝缘涂层表面上还贴附有绝缘胶纸，所述绝缘胶纸将正极集流体或者负极集流体的一端进行包裹，也可以规避极片错位导致的短路风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种无极耳锂离子电池的剖面示意图；
图2是本发明提供的正极极片的剖面示意图；
图3是本发明提供的负极极片的剖面示意图。
在图中包括有：
11-正极导电壳体、12-负极导电壳体、2-电芯、13-绝缘密封圈、4-正极极片、5-负极极片、6-隔膜、41-正极集流体、42-正极涂覆层、51-负极集流体、52-负极涂覆层、3-导电胶层、7-绝缘涂层、8-绝缘胶纸。
具体实施方式
下面将结合本发明本实施方式中的附图，对本发明本实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的本实施方式是本发明的一种实施方式，而不是全部的本实施方式。基于本发明中的本实施方式，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本实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参考图1至图3，本发明实施例一提供了一种无极耳锂离子电池。
所述无极耳锂离子电池，包括正极导电壳体11和负极导电壳体12，所述正极导电壳体11扣合在负极导电壳体12内侧，两者扣合在一起后内部形成密封空腔，所述空腔内部装设有电芯2和电解液，所述正极导电壳体11和负极导电壳体12之间设有绝缘密封圈13，进一步的，在本实施例中，所述负极导电壳体12的尺寸大于正极导电壳体11的尺寸，所述正极导电壳体11装设在负极导电壳体12内部，在其他实施例中，所述正极导电壳体11的尺寸也可以大于负极导电壳体12的尺寸，所述负极导电壳体12装设在正极导电壳体11内部。
如图1所示，所述电芯2包括正极极片4、装设在正极极片4一侧的负极极片5和装设在正极极片4和负极极片5之间的隔膜6；如图2所示，所述正极极片4包括正极集流体41和正极涂覆层42，如图3所示，所述负极极片5包括负极集流体51和负极涂覆层52，具体的，所述正极涂覆层42由正极活性物质材料构件在正极集流体41一侧或两侧涂覆而成；在本实施例中，所述正极集流体41的两侧都装设有正极涂覆层42；所述负极涂覆层52由负极活性物质材料构件在负极集流体51一侧或两侧涂覆而成；在本实施例中，所述负极集流体51的两侧都装设有负极涂覆层52；所述正极涂覆层42和负极涂覆层52的一侧或者两侧涂覆有绝缘涂层7，所述绝缘涂层7涂覆在正极集流体4或者负极集流体5上；涂覆有绝缘涂层7的正极集流体4或者负极集流体5，使得正极集流体4或者负极集流体5更加整齐，所述绝缘涂层7具有提高电池安全性能的作用，同时作为一种填充物，可提高正极极片4和负极极片5结构的稳定性；提升了正极极片4和负极极片5的绝缘性能，提升了电池安全性能；更进一步的，所述绝缘涂层7为勃姆石材料构件或者陶瓷材料构件；所述绝缘涂层7的厚度在0～150um之间。
如图1所示，所述正极导电壳体11和负极导电壳体12内部都涂覆有导电胶层3，所述正极集流体41通过导电胶层3与正极导电壳体11紧密连接；所述负极集流体51通过导电胶层3与负极导电壳体12紧密连接，从而无需在正极极片4和负极极片5上焊接极耳，并且所述正极集流体41或者负极集流体51可以插入到导电胶层3内部；或者所述正极集流体41或者负极集流体51粘接在导电胶层3上；使得正极极片4和负极极片5与导电壳体之间连接更加可靠，所述导电胶层3还具有将正极集流体41或者负极集流体51固定的作用，使得内部的正极集流体41或者负极集流体51固定更加牢固，从而使得正极极片4和负极极片5不易错位。
如图2和3所示，所述绝缘涂层7表面上还贴附有绝缘胶纸8，所述绝缘胶纸8将正极集流体41或者负极集流体51的一端进行包裹；进一步的，所述绝缘胶纸8的厚度在5～40um之间；所述绝缘胶纸8具有绝缘功能，能够避免正极集流体41和负极集流体51之间间接接触，也可以规避极片错位导致的短路风险。
所述导电胶层3包括树脂基层和填充在树脂基层内部的导电粒子；所述树脂基层包括但不限于环氧树脂材料构件、有机硅树脂材料构件、聚酰亚胺树脂材料构件、酚醛树脂材料构件、聚氨酯树脂材料构件、丙烯酸树脂材料构件中的一种或多种；所述导电粒子包括但不限于镍粉、羰基镍粉、导电银浆、银包铜粉、银包玻璃、碳纳米管、导电炭黑、导电石墨、聚噻吩、Au、Ag、Cu、Al、Zn、Fe、Ni、C及一些导电化合物中的一种或多种。
进一步的，所述导电胶层3的厚度在1～200um之间，通过导电胶层3将正极集流体41或者负极集流体51分别与正极导电壳体11或者负极导电壳体12间接连接，提高了接触的可靠性，并且还可以降低正极集流体41或者负极集流体51与正极导电壳体11或者负极导电壳体12的接触阻抗，更有利于电池的电性能发挥。
如图1所示，所述正极集流体41和负极集流体51的长度和宽度都相同，更有利于正极极片4和负极极片5的精确定位，通过公差设计确保负极涂覆层51完全覆盖正极涂覆层42，保证电化学性能正常发挥。
如图1所示，所述隔膜6完全覆盖负极涂覆层51和正极涂覆层42，所述隔膜6的宽度比正极集流体41或者负极集流体51的宽度小0.1～20mm；采用上述设计可以避免隔膜6影响正极集流体41或者负极集流体51与导电胶层3的接触。
实施例二
请参考图1至图3，本发明实施例二提供了一种制作实施例一所述的一种无极耳锂离子电池的方法：包括以下步骤：
步骤S1：进行制备正极活性物质材料构件和负极活性物质材料构件；将正极活性物质材料构件涂覆在正极集流体41一侧或两侧，形成正极涂覆层42；将负极活性物质材料构件涂覆在负极集流体51一侧或两侧，形成负极涂覆层52。
步骤S2：所述正极集流体41表面并没有全部涂覆正极活性物质材料构件，还存在一部分空箔区；同时所述负极集流体51表面上也没有全部涂覆负极活性物质材料构件，也存在一部分空箔区；所述空箔区位于正极涂覆层42或者负极涂覆层52的一侧或者两侧，所述空箔区涂覆有绝缘涂层7，具体的，如图2和3所示，在所述正极涂覆层42和负极涂覆层52的一侧或者两侧涂覆有绝缘涂层7，所述绝缘涂层7涂覆在正极集流体4和负极集流体5上。
步骤S3：在所述绝缘涂层7表面上贴附绝缘胶纸8，所述绝缘胶纸8将正极集流体41或者负极集流体51的一端进行包裹；另一端进行预留。
步骤S4：将正极极片4、隔膜6和负极极片5卷绕制成电芯2或者堆叠制成电芯2；具体的，如果电芯2的形状是圆柱体，可以直接将正极极片4、隔膜6和负极极片5进行卷绕成型；也可以将正极极片4、隔膜6和负极极片5制成圆形，进行堆叠成型；如果电芯2的形状是长方体；可以将正极极片4、隔膜6和负极极片5制成长方形，进行堆叠成型。
步骤S5：在正极导电壳体11和负极导电壳体12内部涂覆一层导电胶层3；并将电芯2放入到正极导电壳体11和负极导电壳体12内部；所述正极集流体41通过导电胶层3与正极导电壳体11紧密连接；所述负极集流体51通过导电胶层3与负极导电壳体12紧密连接。
步骤S6：将正极导电壳体11扣合在负极导电壳体12上；并向正极导电壳体11和负极导电壳体12形成的密闭空腔内填入电解液；在正极导电壳体11和负极导电壳体12之间放置绝缘密封圈13，再用密封油进行密封，形成封闭的无极耳锂离子电池。
实施例三
本发明实施例三提供了是对实施例二的详细说明。
首先制备正极活性物质浆料和负极活性物质浆料。
将正极活性物质浆料涂覆在正极集流体41上，形成正极涂覆层42；将负极活性物质浆料涂覆在负极集流体51上，形成负极涂覆层52。
所述正极活性物质浆料的主要成分为钴酸锂，面密度为12.10mg/cm2，压实密度为4.15g/cm3。
所述负极活性物质浆料的主要成分为人造石墨，面密度为7.11mg/cm2，压实密度为1.50g/cm3。
由陶瓷材料构件制成的绝缘涂层7涂覆在正极涂覆层42两侧，所述绝缘涂层7的厚度为35um，所述绝缘涂层7一侧边缘预留2mm空箔区域。
由陶瓷材料构件制成的绝缘涂层7涂覆在负极涂覆层52两侧，所述绝缘涂层7的厚度为35um，所述绝缘涂层7一侧边缘预留2mm空箔区域。
所述绝缘胶纸8贴附在绝缘涂层7表面上，所述绝缘胶纸8的厚度为9um。
将正极极片4、隔膜6和负极极片5卷绕制成电芯2。
将电芯2放置在内表面预先涂覆有导电胶层3的正极导电壳体11和负极导电壳体12内部，所述导电胶层3的厚度为5um。
按常规锂离子制造工艺进行烘烤、注液、封口、化成、分容、老化等工序。
最终得到如图1所示的一种无极耳卷绕锂离子电池。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无极耳锂离子电池，其特征在于，包括正极导电壳体(11)和负极导电壳体(12)，所述正极导电壳体(11)扣合在负极导电壳体(12)内侧，形成密闭的空腔，所述空腔内部装设有电芯(2)和电解液，所述正极导电壳体(11)和负极导电壳体(12)之间设有绝缘密封圈(13)，所述电芯(2)包括正极极片(4)、装设在正极极片(4)一侧的负极极片(5)和装设在正极极片(4)和负极极片(5)之间的隔膜(6)；所述正极极片(4)包括正极集流体(41)和正极涂覆层(42)，所述负极极片(5)包括负极集流体(51)和负极涂覆层(52)，所述正极导电壳体(11)和负极导电壳体(12)内部都涂覆有导电胶层(3)，所述正极集流体(41)通过导电胶层(3)与正极导电壳体(11)紧密连接；所述负极集流体(51)通过导电胶层(3)与负极导电壳体(12)紧密连接。
2.根据权利要求1所述的一种无极耳锂离子电池，其特征在于，所述正极涂覆层(42)由正极活性物质材料构件在正极集流体(41)一侧或两侧涂覆而成；所述负极涂覆层(52)由负极活性物质材料构件在负极集流体(51)一侧或两侧涂覆而成；所述正极涂覆层(42)和负极涂覆层(52)的一侧或者两侧涂覆有绝缘涂层(7)，所述绝缘涂层(7)涂覆在正极集流体(4)和负极集流体(5)上。
3.根据权利要求2所述的一种无极耳锂离子电池，其特征在于，所述绝缘涂层(7)表面上还贴附有绝缘胶纸(8)，所述绝缘胶纸(8)将正极集流体(41)或者负极集流体(51)的一端进行包裹。
4.根据权利要求1所述的一种无极耳锂离子电池，其特征在于，所述导电胶层(3)包括树脂基层和填充在树脂基层内部的导电粒子；
所述树脂基层包括环氧树脂材料构件、有机硅树脂材料构件、聚酰亚胺树脂材料构件、酚醛树脂材料构件、聚氨酯树脂材料构件、丙烯酸树脂材料构件中的一种或多种；
所述导电粒子包括镍粉、羰基镍粉、导电银浆、银包铜粉、银包玻璃、碳纳米管、导电炭黑、导电石墨、聚噻吩、Au、Ag、Cu、Al、Zn、Fe、Ni、C及一些导电化合物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种无极耳锂离子电池，其特征在于，所述导电胶层(3)的厚度在1～200um之间。
6.根据权利要求2所述的一种无极耳锂离子电池，其特征在于，所述绝缘涂层(7)为勃姆石材料构件或者陶瓷材料构件。
7.根据权利要求3所述的一种无极耳锂离子电池，其特征在于，所述绝缘涂层(7)的厚度在0～150um之间；所述绝缘胶纸(8)的厚度在5～40um之间。
8.根据权利要求1所述的一种无极耳锂离子电池，其特征在于，所述正极集流体(41)和负极集流体(51)的长度和宽度都相同，所述负极涂覆层(51)完全覆盖正极涂覆层(42)。
9.根据权利要求1所述的一种无极耳锂离子电池，其特征在于，所述隔膜(6)完全覆盖负极涂覆层(51)和正极涂覆层(42)，所述隔膜(6)的宽度比正极集流体(41)或者负极集流体(51)的宽度小0.1～20mm。
10.一种制作权利要求1-9任一项所述的一种无极耳锂离子电池的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：将正极极片(4)、隔膜(6)和负极极片(5)卷绕制成电芯(2)或者堆叠制成电芯(2)；
步骤S2：在正极导电壳体(11)和负极导电壳体(12)内部涂覆一层导电胶层(3)；并将电芯(2)放入到正极导电壳体(11)和负极导电壳体(12)内部；所述正极集流体(41)通过导电胶层(3)与正极导电壳体(11)紧密连接；所述负极集流体(51)通过导电胶层(3)与负极导电壳体(12)紧密连接；
步骤S3：将正极导电壳体(11)扣合在负极导电壳体(12)上；并向正极导电壳体(11)和负极导电壳体(12)形成的密闭空腔内填入电解液；在正极导电壳体(11)和负极导电壳体(12)之间放置绝缘密封圈(13)，形成封闭的无极耳锂离子电池。
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