CN116031463A - 一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法及电池极组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，包括：步骤S1，将第一隔膜和第二隔膜的一端对齐后贴附在圆柱型卷针上，然后绕圆柱型卷针旋转两圈；步骤S2，将负极片起始端插入到两个隔膜间隙并插到底，然后在圆周方向上将负极片负极外层活性物质层起始端卷绕进第一隔膜和第二隔膜之间预设长度，再停止卷绕；步骤S3，在第一隔膜径向内侧插入正极片起始端，然后卷绕直至形成电池极组；步骤S4，在电池极组卷绕终止端粘贴终止胶带；步骤S5，抽出圆柱型卷针，获得完成卷绕操作的电池极组。本发明还公开了卷绕式圆柱型电池极组。本发明能够有效降低由于极片膨胀或收缩产生的径向不平衡应力，显著提升卷绕式圆柱型电池的整体安全性能。

Description

一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法及电池极组

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法及电池极组。

背景技术

目前，锂离子电池具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备(如移动电话、数码摄像机和手提电脑)上得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此对锂离子电池的性能要求越来越高。

对于卷绕式圆柱型锂离子电池，其具有的最主要部件是：封装在钢壳中的极组。极组主要是由正极片、隔膜、负极片等长条形薄片螺旋卷绕而成。

其中，对于正极片和负极片，极片的主体是在集流体上双面涂敷活性物质层。集流体为金属薄片，正极多用铝箔，负极多用铜箔。另外，正极片、负极片上分别焊有金属材质的正、负极耳，分别用于连接电池盖、电池壳形成电回路。集流体上的活性物质的体积会随着电池充放电发生的电化学反应而膨胀、收缩，其中，正极变化较小，负极变化极大。经过检验，最常用的石墨负极膨胀率超过10％，硅负极膨胀率超过300％。

鉴于圆柱型锂离子电池采用刚性的外壳，因此其内极片的膨胀、收缩会产生较大的径向应力，随着电池充放电次数的增加，在这种应力的拉扯下，处在极片层间厚度不均衡部位的集流体会产生断裂，引起电池的失效，特别是在累积应力最大的极组最外两圈极片处，更容易出现极片的集流体断裂问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法及电池极组。

为此，本发明提供了一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，将长条形的第一隔膜和第二隔膜的一端对齐后作为两者的共同起始端，贴附在电池极组卷绕机的圆柱型卷针上，然后绕圆柱型卷针旋转两圈；其中，第二隔膜位于第一隔膜的径向外侧；

步骤S2，将长条形的负极片的起始端插入到第一隔膜的另一端和第二隔膜的另一端之间的间隙中，并且插到底，该负极片包括负极片集流体，负极片集流体的内外两侧分别涂覆有一层负极内层活性物质层和一层负极外层活性物质层；

然后，在圆周方向上，将负极片上的负极外层活性物质层的起始端卷绕进第一隔膜和第二隔膜之间预设长度，再停止卷绕；

步骤S3，在第一隔膜的径向内侧插入正极片的起始端，然后一起继续卷绕，直至卷绕形成圆柱型的电池极组；

步骤S4，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，在电池极组的卷绕终止端粘贴上终止胶带，以进行电池极组的形状固定，防止电池极组散开；

步骤S5，抽出电池极组卷绕机的圆柱型卷针，从而在电池极组的芯部留有一个与圆柱型卷针的形状大小相匹配的圆柱型空腔，最终获得完成卷绕操作的电池极组。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法及电池极组，其设计科学，能够平衡极组外圈同一层内各部件的厚度差异，避免厚度塌陷的传递及积聚，从而有效降低由于极片膨胀或收缩所产生的径向不平衡应力，防止由于极片的集流体断裂而引起电池失效问题，显著提升卷绕式圆柱型锂离子电池的整体安全性能，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1是本发明提供的一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法的基本流程图；

图2是基于本发明提供的一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，所制备获得的卷绕式圆柱型电池极组的径向横截面示意图。为方便展示，图中各层之间留有空隙，而且图中卷绕起始端和终止端之间的卷绕圈数只是举例说明，调节卷绕圈数的多少与层间空隙的大小并不脱离本发明的技术方案范围；

图3是对于本发明提供的一种电池极组，极组卷绕的起始端的局部结构放大图，以平行展开方式展示最内两圈的极组结构；

图4是对于本发明提供的一种电池极组，极组卷绕的收尾端的局部结构放大图，以平行展开方式展示最外两圈的极组结构；

图5以位于正极片起始端设置单正极耳为例进行说明，其它诸如将正极耳设置在距离正极片起始端预设长度距离区间(例如三分之一正极片长度到三分之二正极片长度区间)的位置，或者在上述范围内设置两个极耳，并不脱离本发明所述极组设计的范围；

图6是将本发明制备的一种卷绕式圆柱型电池极组置于电池壳中，垂直于电池极组轴心方向的截面示意图；

图中：1是极组本体，2是中心孔，3是正极耳，4是电池钢壳。

5是第一隔膜，6是负极内层活性物质层，7是负极集流体，8是负极外层活性物质层，9是第二隔膜，10是正极片；

11是负极保护胶带，12是负极耳，13是终止胶带，14是第一弹性胶带，15是第二弹性胶带，16是第三弹性胶带；

71是正极片终止端在径向内侧距离最近的负极集流体处；

72是负极外层活性物质层终止端所贴附的负极集流体处；

73是正极片终止端在径向外侧距离最近的负极集流体处；

74是负极内层活性物质层终止端所贴附的负极集流体处；

75是负极耳起始端所接触的负极集流体处；

76是负极耳终止端所接触的负极集流体处；

77是负极保护胶带终止端在径向内侧距离最近的负极集流体处；

78是第二弹性胶带终止端在径向内侧距离最近的负极集流体处；

79是第一弹性胶带终止端所贴附的负极集流体处；

需要说明的是，由于是截取螺旋卷绕体的部分相互接触的不同层的结构予以平行展开展示，图3中第一隔膜5、负极内层活性物质层6、负极集流体7、负极外层活性物质层8和第二隔膜9等部件在不同的卷绕层中有重复出现。图4情况相同。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本发明中，极片、隔膜、胶带、极耳均为薄片结构，对其尺寸的描述定义为沿螺旋方向(即卷绕方向或者圆周方向)尺寸为长度，沿圆柱型极组的轴向方向尺寸为宽度，沿圆柱型极组的径向方向尺寸为厚度。

需要说明的是，为方便说明，对于本发明提供的一种电池极组，对空间相对位置的定义如下：圆柱型极组沿径向，靠近轴心的方向为内(靠近芯部)，远离轴心的方向为外(靠近外表面)。

在本发明中，同一部件在圆周方向上靠卷绕起始的一侧为起始端，靠卷绕终止的一侧为终止端。

在本发明中，处于同一卷绕圈层的部件，在卷绕螺旋方向上靠近卷绕起始端的方向为内(靠近芯部)，靠近卷绕终止端为外(靠近尾部)。

在本发明中，不同层的部件比较在圆周方向上的位置内外时，以圆柱型极组径向由外向内观察，如果径向上更内的一层的终止端被更外的一层遮挡，则径向更外的一层的终止端相比于更内一层的终止端在圆周方向上更靠外；反之，如果径向上更内的一层的终止端，没有被更外的一层遮挡，则径向更外的一层的终止端相比于更内一层的终止端在圆周方向上更靠内。

参见图1，本发明提供了一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，将长条形的第一隔膜5和第二隔膜9的一端对齐后作为两者的共同起始端，贴附在电池极组卷绕机的圆柱型卷针上，然后绕圆柱型卷针旋转两圈；其中，第二隔膜9位于第一隔膜5的径向外侧；

在步骤S1，具体实现上，圆柱型卷针的直径取值范围为3-5毫米。取值如果小于3毫米，则会由于卷绕起始端极片曲率大易造成活性物质层剥离；取值大于5毫米，则会显著增加中心孔2的空间占用，降低电池单位体积容量。

步骤S2，将长条形的负极片的起始端插入到第一隔膜5的另一端和第二隔膜9的另一端之间的间隙中，并且插到底(即不能再深入为止)，该负极片包括负极片集流体7，负极片集流体7的内外两侧分别涂覆有一层负极内层活性物质层6和一层负极外层活性物质层8；

然后，在圆周方向上，将负极片上的负极外层活性物质层8的起始端卷绕进第一隔膜5和第二隔膜9之间超过一圈的预设长度(例如12-26毫米)，再停止卷绕；

步骤S3，在第一隔膜5的径向内侧插入正极片10的起始端，然后一起继续卷绕，直至卷绕形成圆柱型的电池极组；

其中，第一隔膜5和第二隔膜9的整体长度均大于负极片的整体长度；

负极片的整体长度大于正极片10的整体长度，从而使得在卷绕收尾阶段，正极片首先完全卷入电池极组中，接着是负极片完全卷入电池极组中，然后是第一隔膜5和第二隔膜9完全卷入电池极组中。

步骤S4，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，在电池极组的卷绕终止端(即尾部)粘贴上终止胶带13，以进行电池极组的形状固定，防止电池极组散开；

在步骤S4，具体实现上，参见图4所示，终止胶带13在圆周方向上跨过最外圈的第二隔膜9的终止端，同时与电池极组最外圈的第二隔膜9和次外圈第二隔膜9相贴合。

步骤S5，抽出电池极组卷绕机的圆柱型卷针，从而在电池极组的芯部(即中心部位)留有一个与圆柱型卷针的形状大小相匹配的圆柱型空腔，最终获得完成卷绕操作的电池极组。

在步骤S2，具体实现上，在负极片的起始端，位于负极片集流体7内外两侧的负极内层活性物质层6的起始端和负极外层活性物质层8的起始端相对齐(即在圆周方向上处于同一位置)。另外，负极外层活性物质层起始端卷绕超过一圈。以上设计共同保证了正极片起始端在径向内、外两侧都有负极活性物质层对应，避免发生析锂；

对于负极片，其负极片集流体7上的负极内层活性物质层6的整体长度大于负极外层活性物质层8的整体长度；

因此，通过以上设计，在负极片的卷绕终止端(即尾部)的一段只有单层活性物质层(具体是负极内层活性物质层6)。由于最外圈负极片只有径向内侧有正极片对应，而其径向外侧无正极片对应，则不需要相应设置负极活性物质层。上述设计可以减少负极活性物质材料的使用量，降低生产成本，同时提高了电池内部的空间利用率。

在步骤S3，具体实现上，在负极片随着正极片10、第一隔膜5和第二隔膜9完成最后一圈卷绕操作后，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，要求负极片集流体7上的负极内层活性物质层6比负极外层活性物质层8多卷绕一圈，并且位于电池极组最外圈的负极片集流体7上的负极片内层活性物质层6的终止端(即尾部)与位于电池极组次外圈的负极外层活性物质层8的终止端(即尾部)在径向上对齐，即在圆周方向上处于同一位置，参见图4所示。

在步骤S3，具体实现上，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，位于电池极组最外圈的负极内层活性物质层6的终止端和位于电池极组次外圈的负极外层活性物质层8的终止端，比正极片10的终止端在圆周方向上都更靠外预设长度(例如3-12毫米)，即位于电池极组最外圈的负极内层活性物质层6和位于电池极组次外圈的负极外层活性物质层8，共同完成对最后一圈(即尾圈)的正极片10的双面包覆，参见图4所示。以上设计保证了正极片尾端在径向内、外两侧都有负极活性物质层对应，避免发生析锂。

在步骤S3，具体实现上，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，负极片的卷绕终止端(即尾部)在负极内层活性物质层6的终止端外，留有一段预设长度(具体是10-40毫米)的、无涂层的负极集流体7(即空白集流体区域)；

所述无涂层的负极集流体7(即空白集流体区域)的径向外侧面，焊接有负极耳12；

所述无涂层的负极集流体7(即空白集流体区域)的径向内侧面，在与负极耳12相对应的位置，粘贴有负极保护胶带11。

具体实现上，负极保护胶带11的起始端，在圆周方向上比负极耳12的起始端更靠内；

负极保护胶带11的终止端，在圆周方向上比负极耳12的终止端更靠外，即，负极保护胶带11的长度大于负极耳12的长度且对其反面对应区域完全覆盖。上述负极保护胶带设计，可以遮挡锋利的负极耳边缘以及负极耳与集流体的焊斑，防止其对径向内侧对应的部件造成割裂或刺穿。

具体实现上，负极保护胶带11的起始端，距位于电池极组最外圈的负极内层活性物质层6的终止端的距离为预设长度(0-1毫米)；

负极保护胶带11的终止端，在圆周方向上比负极集流体7的终止端更靠内，即负极保护胶带的终止端(尾端)不超出负极片的终止端(尾端)；

具体实现上，负极保护胶带11的厚度与负极内层活性物质层6的厚度(未经充放电时)相同。

在本发明中，具体实现上，正极片10与正极耳3相焊接；

正极耳3的构造与负极耳12类似，区别在于：正极耳3位于正极片10的卷绕起始端，或者位于距离正极片起始端预设长度距离区间(例如三分之一正极片长度到三分之二正极片长度区间)的位置，具体可以设置一个或者两个正极耳。

具体实现上，正极耳和负极耳的长度都在3-6毫米之间。极耳长度小于3毫米，会因欧姆阻抗大限制了电流通过能力；而极耳长度大于6毫米，则会降低极组的圆度。此圆度以整个圆柱型极组径向半径的极差(最大半径与最小半径的差值)来衡量，极差越小，圆度越高。

在步骤S3，具体实现上，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，位于电池极组最外圈的第一隔膜5的终止端和第二隔膜9的终止端，在径向上对齐，即在圆周方向上处于同一位置；

位于电池极组最外圈的第一隔膜5的终止端和第二隔膜9的终止端，比负极集流体7的终止端更靠外预设长度(例如2-10毫米)，避免出现负极集流体尾部因隔膜对其包覆不完全而造成径向塌陷；

在步骤S3，具体实现上，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，位于电池极组次外圈的负极片的负极外层活性物质层8的终止端之后距离0-1毫米的位置，设置有第一弹性胶带14的起始端；

第一弹性胶带14贴附在电池极组次外圈的负极集流体7的径向外表面上；

第一弹性胶带14的厚度，与负极集流体7上的负极外层活性物质层8的厚度(在未经充放电时)相同。

在步骤S3，具体实现上，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，在正极片10的终止端圆周方向外侧间隔预设距离(0-1毫米)的位置，设置有第二弹性胶带15的起始端；

第二弹性胶带15贴附在电池极组次外圈的第二隔膜9的径向外表面上；

第二弹性胶带15的厚度与正极片10的厚度(在未经充放电时)相同。

具体实现上，第二弹性胶带15的终止端，在圆周方向上(即在卷绕方向上)向外超出第一隔膜5的终止端2-6毫米(即圆周方向上更靠外2-6毫米)，避免出现负极集流体尾部因第二弹性胶带对其支撑不完全而造成的径向塌陷。

具体实现上，第一弹性胶带14的终止端，在圆周方向上向外超出第二弹性胶带15的终止端2-6毫米，避免出现负极集流体尾部因第一弹性胶带对其支撑不完全而造成的径向塌陷。

具体实现上，对于电池极组次外圈的负极外层活性物质层8和第二弹性胶带15，两者在径向上重叠；

该重叠部分在圆周方向上的长度在2-10毫米间。

具体实现上，第二弹性胶带15和电池极组最外圈的负极内层活性物质层6，两者在径向上重叠；

该重叠部分在圆周方向上的长度在2-10毫米间。

也就是说，位于电池极组次外圈的负极外层活性物质层8、第二弹性胶带15和位于电池极组最外圈的负极内层活性物质层6这三层，在径向上依次重叠。

在步骤S3，具体实现上，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，在负极耳12的圆周方向内侧预设距离(0-1毫米)的位置，设置有第三弹性胶带16的终止端；

第三弹性胶带16贴附在电池极组最外圈的负极片集流体7的径向外表面上；

第三弹性胶带16的终止端位置，在圆周方向上相对于负极保护胶带11的起始端位置更靠外。

具体实现上，第一弹性胶带14、第二弹性胶带15、负极保护胶带11以及第三弹性胶带16，在径向上依次重叠；

上述重叠部分的长度在2-5毫米之间。

具体实现上，第三弹性胶带16的厚度与负极耳12的厚度相同。

具体实现上，第三弹性胶带16的长度，大于十六分之一周长且小于八分之一周长，该周长通过以第三弹性胶带16的终止端到电池极组轴心的径向垂直距离为半径而计算获得(即通过现有的圆周长计算公式2πr计算获得)，进而确定第三弹性胶带16的起始端位置。

在步骤S4，具体实现上，终止胶带13的起始端在圆周方向上比第三弹性胶带16的起始端更靠内；

终止胶带13的终止端，在圆周方向上比第一弹性胶带14的终止端更靠外5毫米以上；

终止胶带13的长度，大于四分之一周长且小于一倍周长；

该周长，通过以终止胶带13的起始端到电池极组轴心的径向垂直距离为半径r计算获得(即通过现有的圆周长计算公式2πr计算获得)。

下面对本发明制备的上述电池极组，宽度、厚度以及材质等方面，分别进行说明。

一、宽度说明(该宽度是沿着圆柱型电池极组的轴向方向的尺寸)。

参见图5，在宽度方向(即轴向方向)上，负极耳12的一端超出与其焊接在一起的负极集流体7的长度为8-25毫米，用于作为负极接线柱；

负极耳12的另一端，则比负极集流体7短0-2毫米，即不超出负极集流体7的边缘。若比集流体短2毫米以上，易造成极组轴向上两端的直径不均衡；而超出集流体，则易接触正极片从而引起短路。正极耳3类似，区别是其在宽度方向上超出正极集流体的方向与负极耳相反。正极耳、负极耳分别设在极组轴向两端的设计，可以避免两者直接接触引发短路。

第一隔膜5和第二隔膜9的宽度相同，且比负极片(包括负极内层活性物质层6、负极外层活性物质层8和负极集流体)的宽度大0.5毫米以上；

负极片的宽度，等于第一弹性胶带14、第二弹性胶带15、负极保护胶带11以及第三弹性胶带16的宽度，且比正极片10(包括正极活性物质层和正极集流体)大0.5毫米以上。

终止胶带13的宽度与正极片10的宽度相同。

对于电池极组，以任意平行于轴心的剖面观察正极片、负极片、第一隔膜5、第二隔膜9、负极保护胶带11、第一弹性胶带14、第二弹性胶带15和第三弹性胶带16以及终止胶带13在宽度方向的中心点向电池极组轴心的垂直投影点，其中任意的投影点与正极片中心点的投影点的距离均小于0.25毫米，即保证更宽的部件在轴向两端都对更窄部件，实现有效包覆。既保证了层间的支撑和隔离作用得以发挥，又避免了轴向两端的极片边缘产生析锂。

二、厚度说明(该厚度是沿着圆柱型电池极组的径向方向的尺寸)。

对于本发明，正极片、负极片(均包括两层活性物质层及集流体)和第二弹性胶带的厚度不大于350微米；

正极耳、负极耳、第三弹性胶带的厚度不大于200微米；

第一弹性胶带和负极保护胶带的厚度不大于175微米；

正极片包括的正极集流体、负极片包括的负极集流体、第一隔膜、第二隔膜和终止胶带的厚度不大于50微米。

三、材质说明。

第一弹性胶带14、第二弹性胶带15、第三弹性胶带16、负极保护胶带11和终止胶带13的基体材料为具有弹性的高聚物，优选为聚酰亚胺(PI)或聚丙烯(PP)。

基于以上技术方案，与现有技术相比较，本发明具有以下有益技术效果：

1、本发明设计了第一弹性胶带14，其厚度与负极外层活性物质层8的厚度(未经充放电时)相同，平衡了负极外层活性物质层8的终止端所在卷绕圈层的厚度差，避免产生厚度塌陷。

2、本发明设计了第二弹性胶带15，其厚度与正极片10的厚度(未经充放电时)相同，平衡了正极片10的终止端所在卷绕圈层的厚度差，避免产生厚度塌陷。

3、本发明设计了第三弹性胶带16，其厚度与负极耳12的厚度相同，平衡了负极耳所在卷绕圈层的厚度差，避免产生厚度塌陷。

4、本发明的负极保护胶带11的厚度与负极内层活性物质层6的厚度(未经充放电时)相同，平衡了负极保护胶带11所在卷绕圈层的厚度差，避免产生厚度塌陷。

5、在径向上，位于电池极组次外圈的负极外层活性物质层、第二弹性胶带15、位于电池极组最外圈的负极内层活性物质层这三层依次重叠，并且在圆周方向上，第二弹性胶带15的终止端比负极外层活性物质层8的终止端以及负极内层活性物质层6的终止端更靠外，避免了此径向上出现厚度塌陷传递而导致多个位置出现集流体断裂(多个位置具体包括：正极片的终止端在径向内侧距离最近的负极集流体处71、负极外层活性物质层的终止端所贴附的负极集流体处72、正极片的终止端在径向外侧距离最近的负极集流体处73、负极内层活性物质层的终止端所贴附的负极集流体处74)。

6、在径向上第一弹性胶带14、第二弹性胶带15、负极保护胶带11以及第三弹性胶带16依次重叠，并且在圆周方向上，第一弹性胶带14的终止端、第二弹性胶带15的终止端，以及负极保护胶带11的终止端都比负极耳12的终止端更靠外，避免了负极耳的起始端所接触的负极集流体处75，以及负极耳的终止端所接触的负极集流体处76这两个位置，由于出现厚度塌陷传递而导致集流体断裂。

7、在极组最外两圈，将径向上由外向内的负极耳12的终止端、负极保护胶带11的终止端、第一隔膜5的终止端、第二弹性胶带15的终止端以及第一弹性胶带14的终止端的相对位置设计为：在圆周方向上依次收尾的过渡结构。加之负极保护胶带11、第二弹性胶带15、第一弹性胶带14的基材均为具有弹性的高聚物。在以上设计的综合作用下，随着负极耳12、负极保护胶带11、第一隔膜5、第二弹性胶带15、第一弹性胶带14依次收尾，其产生的五层厚度落差对其径向内侧对应的负极集流体部位的应力冲击被分散开，没有产生积聚，可以有效防止该区域多个位置出现集流体断裂(多个位置具体包括：负极保护胶带终止端在径向内侧距离最近的负极集流体处77、第二弹性胶带终止端在径向内侧距离最近的负极集流体处78、第一弹性胶带终止端所贴附的负极集流体处79)。

因此，综上所述，由于本发明的电池极组的卷绕结构中，卷绕的最外两圈中的同一层中各部件厚度相当，且径向上内部有支撑，收尾处也有应力分散措施，从而不会产生厚度塌陷传递及累积，使得在电池充放电过程中产生的不平衡应力较小，进而避免在负极集流体的预设多个位置发生集流体断裂问题，避免进一步引起电池失效。

其中，上述负极集流体的预设多个位置，参见图4所示，具体包括：正极片的终止端在径向内侧距离最近的负极集流体处71、负极外层活性物质层的终止端所贴附的负极集流体处72、正极片的终止端在径向外侧距离最近的负极集流体处73、负极内层活性物质层的终止端所贴附的负极集流体处74、负极耳的起始端所接触的负极集流体处75、负极耳的终止端所接触的负极集流体处76、负极保护胶带终止端在径向内侧距离最近的负极集流体处77、第二弹性胶带终止端在径向内侧距离最近的负极集流体处78，以及第一弹性胶带终止端所贴附的负极集流体处79。

参见图2至图6，本发明提供了一种卷绕式圆柱型电池极组，其包括极组主体1；

该极组主体1，通过前面所述的电池极组的制备方法所制备获得；

该极组主体1，设置于圆柱型的、中空的电池壳4(具体是钢壳)中；

该极组主体1的中心位置，设置有垂直贯通的中心孔2。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法及电池极组，其设计科学，能够平衡极组外圈同一层内各部件的厚度差异，避免厚度塌陷的传递及积聚，从而有效降低由于极片膨胀或收缩所产生的径向不平衡应力，防止由于极片的集流体断裂而引起电池失效问题，显著提升卷绕式圆柱型锂离子电池的整体安全性能，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，将长条形的第一隔膜(5)和第二隔膜(9)的一端对齐后作为两者的共同起始端，贴附在电池极组卷绕机的圆柱型卷针上，然后绕圆柱型卷针旋转两圈；其中，第二隔膜(9)位于第一隔膜(5)的径向外侧；

步骤S2，将长条形的负极片的起始端插入到第一隔膜(5)的另一端和第二隔膜(9)的另一端之间的间隙中，并且插到底，该负极片包括负极片集流体(7)，负极片集流体(7)的内外两侧分别涂覆有一层负极内层活性物质层(6)和一层负极外层活性物质层(8)；

然后，在圆周方向上，将负极片上的负极外层活性物质层(8)的起始端卷绕进第一隔膜(5)和第二隔膜(9)之间预设长度，再停止卷绕；

步骤S3，在第一隔膜5的径向内侧插入正极片(10)的起始端，然后一起继续卷绕，直至卷绕形成圆柱型的电池极组；

步骤S4，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，在电池极组的卷绕终止端粘贴上终止胶带(13)，以进行电池极组的形状固定，防止电池极组散开；

步骤S5，抽出电池极组卷绕机的圆柱型卷针，从而在电池极组的芯部留有一个与圆柱型卷针的形状大小相匹配的圆柱型空腔，最终获得完成卷绕操作的电池极组。

2.如权利要求1所述的卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，第一隔膜(5)和第二隔膜(9)的整体长度均大于负极片的整体长度；

负极片的整体长度大于正极片(10)的整体长度，从而使得在卷绕收尾阶段，正极片首先完全卷入电池极组中，接着是负极片完全卷入电池极组中，然后是第一隔膜(5)和第二隔膜(9)完全卷入电池极组中。

3.如权利要求1所述的卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，其特征在于，在步骤S4，终止胶带(13)在圆周方向上跨过最外圈的第二隔膜(9)的终止端，同时与电池极组最外圈的第二隔膜(9)和次外圈第二隔膜(9)相贴合；

终止胶带(13)的起始端在圆周方向上比第三弹性胶带(16)的起始端更靠内；

终止胶带(13)的终止端，在圆周方向上比第一弹性胶带(14)的终止端更靠外5毫米以上；

终止胶带(13)的长度，大于四分之一周长且小于一倍周长；

该周长，通过以终止胶带(13)的起始端到电池极组轴心的径向垂直距离为半径计算获得。

4.如权利要求1所述的卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，其特征在于，在步骤S2，对于负极片，其负极片集流体(7)上的负极内层活性物质层(6)的整体长度大于负极外层活性物质层(8)的整体长度；

在负极片的起始端，位于负极片集流体(7)内外两侧的负极内层活性物质层(6)的起始端和负极外层活性物质层(8)的起始端相对齐。

5.如权利要求1所述的卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，其特征在于，在负极片随着正极片(10)、第一隔膜(5)和第二隔膜(9)完成最后一圈卷绕操作后，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，要求负极片集流体(7)上的负极内层活性物质层(6)比负极外层活性物质层(8)多卷绕一圈，并且位于电池极组最外圈的负极片集流体(7)上的负极片内层活性物质层(6)的终止端与位于电池极组次外圈的负极外层活性物质层(8)的终止端在径向上对齐，即在圆周方向上处于同一位置。

6.如权利要求1所述的卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，其特征在于，在步骤S3，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，位于电池极组最外圈的负极内层活性物质层(6)的终止端和位于电池极组次外圈的负极外层活性物质层(8)的终止端，比正极片(10)的终止端在圆周方向上都更靠外预设长度，即位于电池极组最外圈的负极内层活性物质层(6)和位于电池极组次外圈的负极外层活性物质层(8)，共同完成对最后一圈的正极片(10)的双面包覆。

7.如权利要求1所述的卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，其特征在于，在步骤S3，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，负极片的卷绕终止端在负极内层活性物质层(6)的终止端外，留有一段预设长度的、无涂层的负极集流体(7)；

所述无涂层的负极集流体(7)的径向外侧面，焊接有负极耳(12)；

所述无涂层的负极集流体(7)的径向内侧面，在与负极耳(12)相对应的位置，粘贴有负极保护胶带(11)；

负极保护胶带(11)的起始端，在圆周方向上比负极耳(12)的起始端更靠内；

负极保护胶带(11)的终止端，在圆周方向上比负极耳(12)的终止端更靠外；

负极保护胶带(11)的起始端，距位于电池极组最外圈的负极内层活性物质层(6)的终止端的距离为预设长度；

负极保护胶带(11)的终止端，在圆周方向上比负极集流体(7)的终止端更靠内。

8.如权利要求1所述的卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，其特征在于，正极片(10)与一个或者两个正极耳(3)相焊接；

正极耳(3)位于正极片(10)的卷绕起始端，或者位于距离正极片起始端预设长度距离区间的位置；

在步骤S(3)，对于步骤S(3)获得的圆柱型的电池极组，位于电池极组最外圈的第一隔膜(5)的终止端和第二隔膜(9)的终止端，在径向上对齐，即在圆周方向上处于同一位置；

位于电池极组最外圈的第一隔膜(5)的终止端和第二隔膜(9)的终止端，比负极集流体(7)的终止端更靠外预设长度。

9.如权利要求1所述的卷绕式圆柱型电池极组的制备方法，其特征在于，对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，位于电池极组次外圈的负极片的负极外层活性物质层(8)的终止端之外距离0-1毫米的位置，设置有第一弹性胶带(14)的起始端；

第一弹性胶带(14)贴附在电池极组次外圈的负极集流体(7)的径向外表面上；

第一弹性胶带(14)的厚度，与负极集流体(7)上的负极外层活性物质层(8)的厚度相同；

对于步骤S(3)获得的圆柱型的电池极组，在正极片(10)的终止端圆周方向外侧间隔预设距离的位置，设置有第二弹性胶带(15)的起始端；

第二弹性胶带(15)贴附在电池极组次外圈的第二隔膜(9)的径向外表面上；

第二弹性胶带(15)的厚度与正极片(10)的厚度相同；

位于电池极组次外圈的负极外层活性物质层(8)、第二弹性胶带(15)和位于电池极组最外圈的负极内层活性物质层(6)这三层，在径向上依次重叠；

对于步骤S3获得的圆柱型的电池极组，在负极耳(12)的圆周方向内侧预设距离的位置，设置有第三弹性胶带(16)的终止端；

第三弹性胶带(16)贴附在电池极组最外圈的负极片集流体(7)的径向外表面上；

第三弹性胶带(16)的终止端位置，在圆周方向上相对于负极保护胶带(11)的起始端位置更靠外；

第三弹性胶带(16)的厚度与负极耳(12)的厚度相同；

负极保护胶带(11)的厚度与负极内层活性物质层(6)的厚度相同；

第三弹性胶带(16)的长度，大于十六分之一周长且小于八分之一周长，该周长通过以第三弹性胶带(16)的终止端到电池极组轴心的径向垂直距离为半径而计算获得。

10.一种卷绕式圆柱型电池极组，其特征在于，包括极组主体(1)；

该极组主体(1)，通过如权利要求1至9中任一项所述的电池极组的制备方法所制备获得；

该极组主体(1)，设置于圆柱型的、中空的电池壳(4)中。

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