CN114006025A - 一种电芯、电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电芯、电池及其制备方法，电芯包括：正极极片、负极极片及设置在正极极片和负极极片之间的隔膜，正极极片、负极极片和隔膜均弯曲呈弧形状，正极极片、负极极片和隔膜通过热压复合形成，电芯的一端设置有极耳。本发明通过在封装前将电芯制成弧形电芯，避免了通过较大的冲压力对化成后的扁平状软包电池进行压弯，从而能够有效避免因压弯操作而造成的电池内部短路、内阻升高、容量降低、尺寸不稳定的缺陷，进而有利于提高弧形电池的质量和寿命；且采用弧形壳体能够有效避免因压弯操作而产生的褶皱，使得弧形壳体具有较好的表面平整度。

Description

一种电芯、电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种电芯、电池及其制备方法。

背景技术

随着便携式电子产品的不断发展，智能指环、智能手环等小型可穿戴智能设备出现，对电池提出了需求。电池不仅拓宽了电池的应用领域，还解决了一些设备用电池难的技术问题，也促进了科学技术的进步。

传统的弧形电池是对化成后的扁平状软包电池直接进行冲压，通过较长的冲压作用时间使得扁平状的软包电池变形呈弧形结构，然而，将扁平状软包电池强行冲压成弧形，可能伤害电池，造成内部短路、或内阻升高、或容量降低、或尺寸不稳定等后果，最终会导致电池的寿命和质量产生缺陷，从而构成安全隐患。另外，传统的弧形软包电池经过压弯后，其铝塑膜封装壳体将产生较多的褶皱，导致弧形软包电池的表面平整度较差。

发明内容

本发明旨在解决现有的弧形电池的质量和寿命存在一定的缺陷，且弧形电池的表面平整度较差的问题。

为解决上述问题，本发明的第一方面提供一种电芯，包括：正极极片、负极极片及设置在所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜，所述正极极片、所述负极极片和所述隔膜均弯曲呈弧形状，所述正极极片、所述负极极片和所述隔膜通过热压复合形成，所述电芯一端设置有极耳。

在一种可能的实现方式中，所述电芯的弧度大于5°且小于180°，所述电芯的弧形弯曲部分最大的曲率半径大于5mm且小于150mm。

在一种可能的实现方式中，所述电芯的厚度大于1mm且小于10mm。

本发明的第二方面提供一种电池，包括如第一方面所提供的电芯，所述电池还包括弧形壳体，所述弧形壳体内开设有弧形容纳腔，所述电芯设置在所述弧形容纳腔内，极耳延伸至所述弧形壳体的外部。

在一种可能的实现方式中，所述弧形壳体上还设置有盖板，所述盖板用于封盖所述弧形容纳腔。

在一种可能的实现方式中，所述电芯设置所述极耳的一端与相邻的所述弧形壳体的端部之间的距离大于1mm且小于2mm。

在一种可能的实现方式中，所述电芯远离所述极耳的一端与相邻的所述弧形壳体的端部之间的距离大于0.2mm且小于0.8mm。

在一种可能的实现方式中，所述电芯的每个弧形端部和与其对应的所述弧形壳体的弧形端部之间的距离相同；所述电芯的每个弧形端部和与其对应的所述弧形壳体的弧形端部之间的距离均大于0.2mm且小于0.8mm。

本发明的第三方面提供一种电池的制备方法，用于制备如第二方面所提供的电池，包括如下步骤：

制备电芯；

将所述电芯进行热压处理，以使得正极极片、所述负极极片和所述隔膜均弯曲呈弧形状；

将所述电芯装入弧形壳体内，注入电解液，并经过真空一封、化成分容和真空二封后，制得电池。

在一种可能的实现方式中，所述将所述电芯进行热压处理包括：

将所述电芯放入弧形夹具中，通过所述弧形夹具对所述电芯进行所述热压处理，制得所述电芯，其中，所述热压处理的温度为80～90℃，所述热压处理的压力为10～50kgf/cm²，所述热压处理的时间为1～3min；

所述弧形夹具包括第一热压夹具和第二热压夹具，所述第一热压夹具和所述第二热压夹具相对设置，所述第一热压夹具具有凸面，所述凸面的开口长度大于或等于所述电池的长度，所述第二热压夹具设置有与所述凸面相匹配的凹面。

本发明通过在封装之前将电芯制成弧形电芯，由正极极片、负极极片和隔膜组成的电芯本体的硬度较低，无需过大的压力便能使电芯本体弯曲形成弧形电芯，且通过热压复合形成弧形电芯，不会对电芯内部的结构和内阻造成影响，避免了通过较大的冲压力对化成后的扁平状软包电池进行压弯，从而能够有效避免因压弯操作而造成的电池内部短路、内阻升高、容量降低、尺寸不稳定的缺陷，进而有利于提高弧形电池的质量和寿命；此外，通过预先将电芯制成弧形电芯，能使弧形电芯在循环过程中较好的保持自身弧度，不易回弹，有利于提高弧形电池的定型持久性；

本发明通过设置与弧形电芯形状相匹配的弧形壳体，且弧形电芯安装在已开设弧形容纳腔的弧形壳体中，无需对化成后的扁平状软包电池进行压弯，从而能够有效避免因压弯操作而产生的褶皱，使得弧形壳体具有较好的表面平整度。

附图说明

图1为本发明实施例中弧形电芯的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中弧形电芯的侧视结构示意图；

图3为本发明实施例中弧形电池的立体结构示意图；

图4为本发明实施例中弧形电池的侧视结构示意图；

图5为本发明实施例中弧形电池的正视结构示意图；

图6为本发明实施例中弧形壳体的顶部展开的结构示意图；

图7为本发明实施例中弧形夹具的结构示意图；

图8为本发明实施例中制备弧形电池的工艺流程图。

附图标记说明：

1-电芯；2-弧形壳体；3-弧形夹具；

11-极耳；21-弧形容纳腔；22-盖板；31-第一热压夹具；32-第二热压夹具。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“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。

在本申请实施例的描述中，术语“一些优选实施例中”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个优选实施例或优选示例中。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或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

传统的弧形电池是对化成后的扁平状软包电池直接进行冲压，通过较长的冲压作用时间使得扁平状的软包电池变形呈弧形结构，然而，将扁平状软包电池强行冲压成弧形，可能伤害电池，造成内部短路、或内阻升高、或容量降低、或尺寸不稳定等后果，最终会导致电池的寿命和质量产生缺陷，从而构成安全隐患。另外，传统的弧形软包电池经过压弯后，其铝塑膜封装壳体将产生较多的褶皱，导致弧形软包电池的表面平整度较差。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电芯、电池及其制备方法，通过在封装之前将电芯制成弧形电芯，并设置与弧形电芯形状相匹配的弧形壳体，能够有效避免因压弯操作而造成的电池内部短路、内阻升高、容量降低、尺寸不稳定的缺陷，有利于提高弧形电池的质量和寿命，也能使弧形壳体具有较好的表面平整度。

结合图1-图2所示，本实施例提供了一种电芯1，包括：正极极片、负极极片及设置在正极极片和负极极片之间的隔膜(图中均未标示)，正极极片、负极极片和隔膜均弯曲呈弧形状，电芯1的一端设置有极耳11(包括正极耳和负极耳)。

本实施例通过将正极极片、负极极片和隔膜均朝着一侧弯曲制成弧形电芯，正极极片、负极极片和隔膜的硬度较低，无需过大的压力便能使电芯弯曲形成弧形电芯，不会对电芯内部的结构和内阻造成影响；此外，通过在封装之前将电芯制成弧形电芯，不仅能使弧形电芯在循环过程中较好的保持自身弧度，使弧形电芯不易回弹，还能避免制作的电池出现内部短路、内阻升高、容量降低、尺寸不稳定的缺陷，有利于提高弧形电池的质量和寿命。

在本实施例中，正极极片、负极极片和隔膜通过热压复合使电芯1弯曲呈弧形状；通过热压复合形成电芯1，与采用较大的冲压力使电芯1压弯相比，不会对电芯1内部的结构和内阻造成影响，且通过热压复合得到的电芯1不易回弹，能保持较好的自身弧度。

正极极片、负极极片和隔膜可以通过叠片的方式形成电芯1，也可以通过卷绕的方式形成电芯1，但为了进一步降低弧形电芯的内阻，提升电池的性能，在一些优选实施例中，正极极片、负极极片和隔膜均朝一侧弯曲并通过叠片的方式形成电芯1。

在本实施例中，电芯1的弧度为a，a的范围为：5°<a<180°，即电芯1的弧度大于5°、小于180°；电芯1的弧形弯曲部分最大的曲率半径为R，R的范围为：5mm<R<150mm，即电芯1的弧形弯曲部分最大的曲率半径大于5mm、小于150mm。由此，电芯1的弯曲度可调，可根据弧形电池所需的尺寸，调整电芯1的弯曲度，电芯1的适用范围更加广泛，此外，确定了电芯1的弯曲度后，也便于后续将电池壳体整形成相同的弯曲度，使电池壳体和弧形电芯1更匹配。

在本实施例中，电芯1的厚度为T，T的范围为：1mm<T<10mm，即电芯1的厚度大于1mm、小于10mm。由此，能够避免电芯1的厚度太薄影响电池的容量，也能避免电芯1的厚度太厚不易弯曲，或者弯曲后提高了电芯1回弹的机率。

结合图3-图6所示，本实施例提供了一种电池，包括如上所述的电芯1和弧形壳体2，弧形壳体2内开设有弧形容纳腔21，弧形容纳腔21的形状与电芯1的形状相匹配，弧形容纳腔21在弧形壳体2的一侧形成开口，弧形壳体2上还设置有用于封盖弧形容纳腔21的盖板22；由此，通过弧形容纳腔21的开口将电芯1放入弧形壳体2内，极耳11从开口中穿出并设置于弧形壳体2的外部，固定好电芯1和极耳11的位置后，将盖板22朝着弧形容纳腔21的方向弯折并封盖弧形容纳腔21，再将弧形壳体2的侧边封装好，依次经过注液、化成、二封工序后裁切掉多余的部分，即得到电池。

本实施例通过设置与弧形电芯形状相匹配的弧形壳体，弧形电芯安装在已开设弧形容纳腔的弧形壳体中，无需对化成后的扁平状软包电池进行压弯，从而能够有效避免因压弯操作而产生的褶皱，使得弧形壳体具有较好的表面平整度。

在本实施例中，弧形容纳腔21的开口弯曲的弧长与弧形壳体2弯曲的弧长相同，并均大于电芯1弯曲的弧长。由此，便于及时调整电芯1与弧形壳体2各内壁之间的距离。

结合图4所示，弧形壳体2和电芯1均具有两个弧形端部和两个平面端部，其中，盖板22朝着弧形容纳腔21的方向弯折并封盖弧形容纳腔21形成弧形壳体2的第一平面端部，弧形壳体2远离盖板22的一端为弧形壳体2的第二平面端部；极耳11设置在电芯1的一个平面端部上，并从弧形壳体2的第一平面端部穿出设置于弧形壳体2的外部，电芯1设置极耳11的平面端与弧形壳体2的第一平面端部之间的距离为W₂，也即电芯1设置极耳11的平面端部与相邻的弧形壳体2的平面端部之间的距离为W₂，W₂的范围为：1mm<W₂<2mm，由此，便于极耳11和极片之间的焊接点能够隐藏于弧形容纳腔21内，避免后续在封装和运输的过程中，避免碰撞极耳11和极片之间焊接点，导致焊接点容易脱落，影响弧形电池的性能。

电芯1未设置极耳11的平面端部与弧形壳体2的第二平面端部之间的距离为W₃，也即电芯1未设置极耳11的平面端部与相邻的弧形壳体2的平面端部之间的距离为W₃，W₃的范围为：0.2mm<W₃<0.8mm；电芯1的两个弧形端部距离弧形壳体2的两个弧形端部之间的距离相等，也即电芯1的每个弧形端部和与其对应的弧形壳体2的弧形端部之间的距离相同，且均为W₁，W₁的范围为：0.2mm<W₁<0.8mm。由此，能够保证在弧形壳体2内注入电解液后，电芯1能够充分浸润在电解液中，且弧形电芯1的两个弧形端部和与其对应的弧形壳体2的弧形端部之间的距离相等并在适宜的范围内，也有利于活性离子的传导，提升电池的容量。

结合图8所示，本实施例还提供了一种弧形电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、制备电芯1；

步骤S2、将电芯1进行热压处理，以使得正极极片、负极极片和隔膜均弯曲呈弧形状；

步骤S3、将电芯1装入弧形壳体2内，注入电解液，并经过真空一封、化成分容和真空二封处理后，制得弧形电池。

本实施例通过在封装之前将电芯进行热压处理，制成弧形电芯，不仅能使弧形电芯在循环过程中较好的保持自身弧度，使弧形电芯不易回弹，还能避免制作的电池出现内部短路、内阻升高、容量降低、尺寸不稳定的缺陷，有利于提高弧形电池的质量和寿命；且将弧形电芯放入与其形状相匹配的弧形壳体内，无需对化成后的扁平状软包电池进行压弯，从而能够有效避免因压弯操作而产生的褶皱，使得弧形壳体具有较好的表面平整度。

上述实施例中，步骤S1中通过将正极极片、隔膜和负极极片通过逐层卷绕或叠片的方式制成电芯，且隔膜将正极极片和负极极片分隔开。

在上述实施例的基础上，步骤S2中将电芯进行热压处理，包括：将电芯放入弧形夹具3中，通过弧形夹具3对电芯进行热压处理，制成电芯1，其中，热压处理的温度为80～90℃，热压处理的压力为10～50kgf/cm²，热压处理的时间为1～3min；在一些优选实施例中，热压处理的时间为1min。由此，通过调整热压处理的温度、压力和时间，有助于电芯的软化，加快弧形的成型，并在较小的压力下即可使电芯弯曲成型，且能够使电芯的弧形形状更加稳固，不易反弹。

在上述实施例的基础上，弧形夹具3为图7所示的弧形夹具，该弧形夹具3包括第一热压夹具31和第二热压夹具32，第一热压夹具31和第二热压夹具32相对设置，第一热压夹具31具有凸面，凸面的开口长度大于或等于弧形电池的长度，第二热压夹具32设置有与凸面相匹配的凹面，在进行热压处理时，电芯1设置在凸面和凹面之间。

在上述实施例的基础上，步骤S2中，在制备得到电芯1之后，还包括在电芯1的弯曲方向的一端焊接极耳11(包括正极耳和负极耳)，其中，焊接的频率为40Khz，焊接的功率40W，焊接的时间0.5～1S；在一些优选实施例中，焊接的时间为0.6s。

在上述实施例的基础上，步骤S3中将电芯1装入弧形壳体2之前，还包括：将铝塑膜放入弧形冲型模具中，进行冲型处理，得到弧形壳体2，其中，冲型压力为1000～3500kgf/cm²，冲型保持时间为1～1.3s。本实施例中对弧形冲型模具不做进一步地限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行选择，只要能冲型出弧形壳体2即可。

在上述实施例的基础上，步骤S3中将电芯1装入弧形壳体2内之后，还包括：将盖板22朝着弧形容纳腔21的方向弯折并封盖弧形容纳腔21，再对弧形壳体2的顶边(即弧形壳体开设弧形容纳腔21的一侧)和侧边进行封装处理，其中，封装处理的温度为150～170℃，封装处理的压力为500～1000kgf/cm²，保压时间为1～2s；在一些优选实施例中，保压时间为1.5s。

在上述实施例的基础上，步骤S3中将电芯1装入弧形壳体2内之后，注入电解液之前还包括：对弧形壳体2的顶边和侧边进行封装处理后，将弧形壳体2进行烘干处理，其中，烘干处理的时间为2h，本实施例中对烘干处理的温度不做进一步地限定，只要能够将封装后的弧形壳体2干燥，避免后续注入电解液导致漏电解液即可。

本实施例中，对电解液的种类不做进一步地限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行选择，例如：电解液为LiPF₆电解液。

在上述实施例的基础上，通过抽真空对弧形壳体2进行封口，步骤S3中真空一封的真空压力为-80～-90Kpa，保压时间为3～5s；在一些优选实施例中，真空一封的真空压力为-85Kpa；真空二封的真空压力为-80～-90Kpa，保压时间为4～7s；在一些优选实施例中，真空二封的真空压力为-85Kpa。

在上述实施例的基础上，步骤S3中化成分容包括：将注入电解液后的弧形壳体2放入弧形夹具3中，进行热压化成，其中，热压化成采用0.1C、0.25C、0.5C的阶梯电流进行化成，热压化成的温度为80～90℃，热压化成的压力为10～50kgf/cm²，热压化成的时间为4h；热压化成之后，采用0.5C电流对弧形电池进行分容。由此，通过将注入电解液后的弧形壳体放入弧形夹具3中进行热压化成，不仅能加速化成，还能使弧形电池热压化成时受力均匀，使弧形壳体2具有较好的表面平整度。本实施例中，为了保证弧形壳体2和电芯1具有较好地一致性，使弧形电池有较好地表面平整度，对弧形电池进行热压化成的弧形夹具3与对电芯1进行热压处理的弧形夹具3相同，即图7所示的弧形夹具。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电芯，其特征在于，包括：正极极片、负极极片及设置在所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜，所述正极极片、所述负极极片和所述隔膜均弯曲呈弧形状，所述正极极片、所述负极极片和所述隔膜通过热压复合形成，所述电芯一端设置有极耳。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述电芯的弧度大于5°且小于180°，所述电芯的弧形弯曲部分最大的曲率半径大于5mm且小于150mm。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述电芯的厚度大于1mm且小于10mm。

4.一种电池，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的电芯，所述电池还包括弧形壳体，所述弧形壳体内开设有弧形容纳腔，所述电芯设置在所述弧形容纳腔内，极耳延伸至所述弧形壳体的外部。

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述弧形壳体上还设置有盖板，所述盖板用于封盖所述弧形容纳腔。

6.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述电芯设置所述极耳的一端与相邻的所述弧形壳体的端部之间的距离大于1mm且小于2mm。

7.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述电芯远离所述极耳的一端与相邻的所述弧形壳体的端部之间的距离大于0.2mm且小于0.8mm。

8.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述电芯的每个弧形端部和与其对应的所述弧形壳体的弧形端部之间的距离相同；所述电芯的每个弧形端部和与其对应的所述弧形壳体的弧形端部之间的距离均大于0.2mm且小于0.8mm。

9.一种电池的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求4至8任一项所述的电池，包括如下步骤：

制备电芯；

将所述电芯进行热压处理，以使得正极极片、所述负极极片和所述隔膜均弯曲呈弧形状；

将所述电芯装入弧形壳体内，注入电解液，并经过真空一封、化成分容和真空二封后，制得电池。

10.根据权利要求9所述的电池的制备方法，其特征在于，所述将所述电芯进行热压处理包括：

将所述电芯放入弧形夹具中，通过所述弧形夹具对所述电芯进行所述热压处理，制得所述电芯，其中，所述热压处理的温度为80～90℃，所述热压处理的压力为10～50kgf/cm²，所述热压处理的时间为1～3min；

所述弧形夹具包括第一热压夹具和第二热压夹具，所述第一热压夹具和所述第二热压夹具相对设置，所述第一热压夹具具有凸面，所述凸面的开口长度大于或等于所述电池的长度，所述第二热压夹具设置有与所述凸面相匹配的凹面。

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