CN113708021A - 一种多极耳电池的制造方法及其多极耳电池 - Google Patents

Abstract

本发明属于锂离子电池生产制造技术领域，具体公开了一种多极耳电池的制造方法及其多极耳电池，包括以下步骤：将正极片、隔膜和负极片依次经过堆叠或卷绕成裸电芯主体；将裸电芯主体外露的多层箔材进行拍平处理，形成平整光滑的箔材极耳群；将箔材极耳群焊接在极柱或壳体内壁；于箔材极耳群一侧设置有绝缘隔片，绝缘隔片将箔材极耳群与裸电芯主体分隔开，将裸电芯主体翻转放入壳体中，并封装，本发明通过将裸电芯的多层箔材直接焊接在壳体和极柱上，无需外置金属极耳，简化了生产制作工序，降低了焊接难度，多层箔材仅需一次弯折，提高了电池内部的空间利用率，提高了电池的能量密度。

Description

一种多极耳电池的制造方法及其多极耳电池

技术领域

本发明属于锂离子电池生产制造技术领域，具体涉及一种多极耳电池的制造方法及其多极耳电池。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，各种移动设备，如手机、摄像机、笔记本电脑、便携式DVD、数码相机、条纹机、充电宝等，已经开始渗透进入人们的生活，逐渐成为了生活中不可或缺的生活必需品，随着电子产品的应用市场不断扩大，从而对高能电池形成了越来越大的需求，伴随着电池充电倍率的提升，多极耳结构的电池逐渐成为主流。

如图1所示，现有的软包电池包括铝塑膜、裸电芯主体、极耳和多层箔材，多层箔材和极耳焊接后，需要经过多次弯折，再放入铝塑膜的壳内封装，如图2～3所示，保护板的一侧面和极耳焊接，在软包电池焊接好保护板后，将保护板折到顶封边一侧。现有的软包电池多极耳结构和常规结构相比，由于软包电池多极耳结构的多层箔材与极耳焊接后，还需要经过多次弯折，才能放入铝塑膜的壳内封装，导致电池头部空隙较大，造成电池能量密度损失。而且，现有的多极耳软包电池，其电池的整体尺寸受顶封边宽度和保护板的宽度影响，导致电池整体体积过大，进而导致电池的能量密度损失。

发明内容

本发明的目的在于：通过提供一种多极耳电池的制造方法及其多极耳电池，解决了现有的锂离子电池能量密度低的问题，其将裸电芯的多层箔材，焊接在壳体和极柱上，并通过绝缘隔板将多层箔材和裸电芯主体分隔开，多层箔材仅需一次弯折，提高了电池内部的空间利用率，提高了电池的能量密度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多极耳电池的制造方法，包括以下步骤：

将正极片、隔膜和负极片依次经过堆叠或卷绕成裸电芯主体；

将所述裸电芯主体外露的多层箔材进行拍平处理，形成平整光滑的箔材极耳群；

将所述箔材极耳群焊接在极柱或壳体内壁；

于所述箔材极耳群一侧设置有绝缘隔片，所述绝缘隔片将所述箔材极耳群与所述裸电芯主体分隔开；

将所述裸电芯主体翻转放入所述壳体中，并封装。

进一步地，所述箔材极耳群包括正极箔材极耳群和负极箔材极耳群，所述正极箔材极耳群焊接在所述极柱上，所述负极箔材极耳群焊接在所述壳体内壁。

进一步地，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第二壳体盖合安装在所述第一壳体上。

进一步地，将所述箔材极耳群焊接在极柱或壳体内壁，具体包括以下步骤：

使用金属片或夹具压紧所述箔材极耳群；

采用激光焊接工艺，将所述箔材极耳群焊接在所述极柱或壳体内壁。

进一步地，所述负极箔材极耳群采用的是延伸率小于1％的铜箔。

进一步地，所述正极箔材极耳群采用的是延伸率为1％～1.5％的铝箔。

进一步地，将所述裸电芯主体翻转放入所述壳体中，并封装，具体包括以下步骤：

所述裸电芯主体翻转90°放入所述第一壳体中；

使用激光焊接工艺将所述第一壳体和所述第二壳体焊接；

将保护板设置在所述第一壳体的一侧面上。

进一步地，所述保护板通过激光焊接工艺焊接于所述第一壳体的一侧面上。

进一步地，所述隔膜为聚乙烯隔膜，隔膜的孔隙率是53-58％；隔膜厚度范围是25-36μm。

一种多极耳电池，其由上述的方法制备。

相比于现有技术，本发明的有益效果包括但不限于：

1)本发明通过将裸电芯的多层箔材直接焊接在壳体和极柱上，无需外置金属极耳，简化了生产制作工序，降低了焊接难度，多层箔材仅需一次弯折，提高了电池内部的空间利用率，提高了电池的能量密度。

2)本发明通过设置绝缘隔板，将多层箔材和裸电芯主体分隔开，提高了电池的安全性能，使得多层箔材能够直接焊接在壳体和极柱上。

3)本发明在焊接保护板时，保护板宽度方向直接焊接在壳体侧壁上，相比软包电池的保护板焊接方式，电池整体宽度不受电池顶封边宽和保护板折弯的影响，从而使得电池整体尺寸缩小，能量密度提升。

附图说明

图1为现有的软包电池封装示意图之一；

图2为现有的软包电池封装示意图之二；

图3为现有的软包电池封装示意图之三；

其中，101-裸电芯主体；102-箔材极耳群；103-壳体；104-外置极耳；105-保护板。

图4为本发明具体实施方式中的一种多极耳电池的封装示意图之一；

图5为本发明具体实施方式中的一种多极耳电池的封装示意图之二；

图6为本发明具体实施方式中的一种多极耳电池的封装示意图之三；

图7为本发明具体实施方式中的一种多极耳电池的封装示意图之四；

图8为本发明具体实施方式中的一种多极耳电池的成品结构示意图。

其中：1-裸电芯主体；2-箔材极耳群；3-壳体；31-第一壳体；32-第二壳体；4-绝缘隔片；5-极柱；6-注液孔；7-保护板。

具体实施方式

在申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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。

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方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图4～8所示，本发明具体实施方式提供的一种多极耳电池，其包括裸电芯主体1、箔材极耳群2、壳体3和绝缘隔片4，裸电芯主体1设置在壳体3内，箔材极耳群2经过一次弯折容置在壳体3内部，且箔材极耳群2和裸电芯主体1之间通过绝缘隔片4想分隔开，从而避免发生短路现象。其中，壳体3包括第一壳体31和第二壳体32，第二壳体32盖合安装在第一壳体31上，第一壳体31上设置有极柱5和注液孔6，箔材极耳群2包括正极箔材极耳群和负极箔材极耳群，正极箔材极耳群焊接在极柱5上，负极箔材极耳群焊接在壳体3内壁。

具体地，本发明提供的一种多极耳电池，壳体3为铝壳或钢壳，壳体3侧面上还设置有保护板7，极柱5的内侧用于焊接正极箔材极耳群，外侧用于焊接保护板7。极柱5的内侧和外侧都有绝缘胶片将极柱5与壳体3隔开，防止接触发生短路。

负极箔材极耳群作为负极集流体，为了减小铜箔的应变力，进一步减小负极片断裂的可能性，负极箔材极耳群采用的是延伸率小于1％的铜箔。

正极箔材极耳群作为正极集流体，为了减小铝箔的应变力，进一步减小正极片断裂的可能性，正极箔材极耳群采用的是延伸率为1％～1.5％的铝箔。

具体地，在本实施例中，隔膜为聚乙烯隔膜，隔膜的孔隙率是53-58％；隔膜厚度范围是25-36μm。其中，隔膜材质还可为聚丙烯、聚丙烯和聚乙烯复合隔膜、聚酰亚胺隔膜中的一种。

本发明的实施例1提供的一种多极耳电池的制造方法，包括以下步骤：

S1、将正极片、隔膜和负极片依次经过堆叠或卷绕成裸电芯主体1；

S2、将裸电芯主体1外露的多层箔材进行拍平处理，形成平整光滑的箔材极耳群2；

S3、将箔材极耳群2焊接在极柱5或壳体3内壁；

S4、于箔材极耳群2一侧设置有绝缘隔片4，绝缘隔片4将箔材极耳群2与裸电芯主体1分隔开；

S5、将裸电芯主体1翻转放入壳体3中，并封装。

具体地，上述步骤S1中，正极片包括铝箔、设在铝箔中间位置上的正极引出端(铝箔极耳群)和设在铝箔内圈表面和外圈表面上的正极活性物质层，其中，正极活性物质层为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或磷酸铁锰锂的一种或者几种的混合物。负极片包括铜箔、设在铜箔中间位置上的负极引出端(铜箔极耳群)和设在铜箔内圈表面和外圈表面上的负极活性物质层，其中，负极活性物质层的材质为天然石墨、人造石墨、石墨化碳纤维、改性石墨、复合石墨、处理人造石墨、石墨化的中间项碳微球、软炭或硬炭中的一种或者几种的混合物。经过搅拌、涂布、辊压、分切和模切等生产工艺制造得的正极片和负极片，通过和隔膜采用堆叠或卷绕的方式制成多极耳裸电芯主体1。

在S1步骤中，将正极片、隔膜和负极片依次层叠时，需要确保隔膜能够将正极片和负极片的涂覆部位完全分隔开。

具体地，上述步骤S2中，正极片上依次排列有若干个正极耳，负极片上依次排列有若干个负极耳，当正极片、隔膜和负极片卷绕后，若干个正极耳重叠于同一个位置，若干个负极耳重叠于同一个位置，若干个正极耳和正极片为一体结构且均为铝箔；若干个负极耳和负极片为一体结构且均为铜箔，若干个正极耳和负极耳通过激光切割成型，这种结构设计，在充放电过程中，相比于常规电池，其产生的电阻较小，充电效率更高。在本发明提供的另一实施方式中，为了防止激光切割成型时对正负极片造成损坏，分别在正负极片靠近正负极耳的这一侧涂布有吸光层。

如图4所示，通过固定架将裸电芯主体1垂直固定在第一壳体31的上方，使得箔材极耳群2和第一壳体31的侧壁处于平行状态。通过金属片或夹具压紧箔材极耳群2，采用激光焊接工艺，将裸电芯主体1上的正极箔材极耳群焊接在极柱5上，负极箔材极耳群焊接在壳体3内壁上。

如图5所示，在焊接好正、负箔材极耳群后，在正、负箔材极耳群靠近裸电芯主体1的这一侧放置绝缘隔片4，然后将裸电芯主体1翻转90°放入第一壳体31中。

如图6所示，将第二壳体32盖合安装在第一壳体31上，然后采用激光焊接工艺，将第一壳体31和第二壳体32焊接密封。

具体地，第二壳体32边沿设置有向外延伸形成的凸部，凸部环绕第二壳体32设置，当第二壳体32盖合安装在第一壳体31上端时，凸部贴合于第一壳体31的上端侧壁，凸部和第一壳体31之间的缝隙形成焊缝。这种结构设计，降低了第一壳体31和第二壳体32之间的焊接难度，提高了工作效率。

如图7～8所示，极柱5固定安装在第一壳体31的一侧壁上，将保护板7焊接在极柱5上，然后贴上保护胶。其中，在焊接保护板7时，保护板7宽度方向直接焊接在第二壳体32侧壁上。相比软包电池的保护板7焊接方式，本发明提供的多极耳电池整体宽度不受电池顶封边宽和保护板7折弯的影响，电池整体尺寸缩小，能量密度提升。

本实施方式提供的一种多极耳电池，其设置有注液孔6，用于注入电解液。其中，电解液为包括有机溶剂、添加剂和锂盐；添加剂的重量百分比为5～12％，锂盐的重量百分比为9～15％，余量为有机溶剂；添加剂包含相转移催化剂1、7二氮-12-冠醚-4重量百分比1～3％、1，3-丙烯磺酸内酯重量百分比1～3％，碳酸亚乙烯酯重量百分比1～4％；锂盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯DEC、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、四氢呋喃、乙酸甲酯、丙酸甲酯、甲酸甲酯、丙酸乙酯EP、2甲基四氢呋喃、1、3二氧环戊烷、4-甲基-1，3二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1，2-二甲氧乙烷、1，2-二甲氧丙烷、二甘醇二甲醚、冠醚、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸二乙酯中两种或者几种的混合物。

电池性能测试：

一、过充安全性能测试

在25±2℃下，将多极耳电池以1C倍率恒流充电至4.25V，之后以4.25V恒压充电至电流为0.05C，静置30min，然后用夹具将电池固定好，并放置在过充电安全测试设备上，环境温度控制在25±2℃，静置5min后，以1C倍率对满充状态的电池进行过充电，记录每个电池的实时电压和温度变化。其中，本实施方式提供的多极耳电池，其在满电状态放电至预设的截止电压，温度升高约为5～6℃，属于正常范围值之内，采用上述新的制造方法不会导致电池升温过高或影响相关电性能的问题出现。

二、电池厚度膨胀率的测试

在12℃下，将多极耳电池以1C恒流充电至4.45V，然后恒压充电至电流为0.05C，再以1C恒流放电至3.0V，此为首次循环。按照上述条件对锂离子电池进行20次循环。用高度规测试循环前和循环后的电池厚度。通过下式计算厚度膨胀率：

厚度膨胀率＝[(循环后厚度-循环前厚度)/循环前厚度]×100％。

经过测试，多极耳电池的厚度膨胀率2％～6％，属于正常范围值之内。

三、能量密度测试

由于多层箔材仅需一次弯折，且保护板宽度方向直接焊接在壳体侧壁上，经过测试，相比于现有的软包电池，采用该方法制备的多极耳电池其整体尺寸缩小了8mm，在电池容量不变的基础上，使得电池的能量密度有了显著提高。

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

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)

1.一种多极耳电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将正极片、隔膜和负极片依次经过堆叠或卷绕成裸电芯主体(1)；

将所述裸电芯主体(1)外露的多层箔材进行拍平处理，形成平整光滑的箔材极耳群(2)；

将所述箔材极耳群(2)焊接在极柱(5)或壳体(3)内壁；

于所述箔材极耳群(2)一侧设置有绝缘隔片(4)，所述绝缘隔片(4)将所述箔材极耳群(2)与所述裸电芯主体(1)分隔开；

将所述裸电芯主体(1)翻转放入所述壳体(3)中，并封装。

2.根据权利要求1所述的一种多极耳电池的制造方法，其特征在于：所述箔材极耳群(2)包括正极箔材极耳群和负极箔材极耳群，所述正极箔材极耳群焊接在所述极柱上，所述负极箔材极耳群焊接在所述壳体(3)内壁。

3.根据权利要求1所述的一种多极耳电池的制造方法，其特征在于：所述壳体(3)包括第一壳体(31)和第二壳体(32)，所述第二壳体(32)盖合安装在所述第一壳体(31)上。

4.根据权利要求1所述的一种多极耳电池的制造方法，其特征在于：将所述箔材极耳群(2)焊接在极柱(5)或壳体(3)内壁，具体包括以下步骤：

使用金属片或夹具压紧所述箔材极耳群(2)；

采用激光焊接工艺，将所述箔材极耳群(2)焊接在所述极柱(5)或壳体(3)内壁。

5.根据权利要求2所述的一种多极耳电池的制造方法，其特征在于：所述负极箔材极耳群采用的是延伸率小于1％的铜箔。

6.根据权利要求2所述的一种多极耳电池的制造方法，其特征在于：所述正极箔材极耳群采用的是延伸率为1％～1.5％的铝箔。

7.根据权利要求3所述的一种多极耳电池的制造方法，其特征在于：将所述裸电芯主体(1)翻转放入所述壳体(3)中，并封装，具体包括以下步骤：

所述裸电芯主体(1)翻转90°放入所述第一壳体(31)中；

使用激光焊接工艺将所述第一壳体(31)和所述第二壳体(32)焊接；

将保护板(7)设置在所述第一壳体(31)的一侧面上。

8.根据权利要求7所述的一种多极耳电池的制造方法，其特征在于：所述保护板(7)通过激光焊接工艺焊接于所述第一壳体(31)的一侧面上。

9.根据权利要求1所述的一种多极耳电池的制造方法，其特征在于：所述隔膜为聚乙烯隔膜，隔膜的孔隙率是53-58％，隔膜厚度范围是25-36μm。

10.一种多极耳电池，其特征在于，由权利要求1～9任意一项所述的方法制备。

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