CN1992415B

CN1992415B - 卷绕电极组结构及采用该结构的二次电池以及该结构的卷绕方法

Info

Publication number: CN1992415B
Application number: CN200510121328A
Authority: CN
Inventors: 潘福中; 沈晞
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2010-05-05
Anticipated expiration: 2025-12-30
Also published as: CN1992415A

Abstract

本发明是关于一种降低电池制作工艺难度、降低电池制造成本、并有效改善电池大电流放电性能的卷绕电极组结构，及采用该卷绕电极组结构的二次电池，以及卷绕电极组结构的卷绕方法。采用多张极片的卷绕，即将大容量电池的单个长极片进行分割得到多张极片；在由多张极片卷绕成的极片组的每张正极片上设置正极引出极耳，每张负极片上设置负极引出极耳，因此在卷绕时极耳引出方便且不易损伤极片，同时还使得电池具有优异的大电流放电性能；另外，卷绕多张极片与现有技术中的卷绕单张长极片相比，极片的总报废量小，能够降低电池的制备成本。

Description

卷绕电极组结构及采用该结构的二次电池以及该结构的卷绕方法

技术领域

本发明涉及二次电池领域，尤其涉及一种降低电池制作工艺难度、降低电池制造成本、并有效改善电池大电流放电性能的卷绕电组结构，及采用该卷绕电极组结构的二次电池，以及卷绕电极组结构的卷绕方法。

背景技术

当前商业化的方形或者圆柱形锂离子二次电池通常是在电池壳体内收纳扁平状或者圆形的卷绕电极组，该电极组采用如下方法制作：将一张带状隔膜穿过卷针，然后在隔膜的两面分别插入一张带状正极和一张带状负极，并卷绕成圆形或者扁平形，取出卷针后，形成圆柱形或者方形电池用卷绕电极体。

采用该方法制备的电极体，对低容量的电池来说，制造工艺相对简便，但是，但是对于体积较大的高容量电池来说，上述卷绕结构存在以下缺陷：

A.卷绕时单张极片过长，卷绕难度大；

B.在长极片上多个极耳的引出困难，且容易损伤极片，如果仅引出单个极耳，电池大电流放电性能差；

C.使用单张长极片时，由制作不良而导致的报废量大，难以满足高容量电池对低成本的要求；

此外，采用层叠式极片排布结构的电池实际生产工艺又较为复杂，且成品率也有待提高。

发明内容

鉴于上述不足，本发明的主要目的在于提供一种降低电池制作工艺难度、降低电池制造成本、并有效改善电池大电流放电性能的卷绕电极结构，及采用该结构的二次电池，以及卷绕这种电极结构的卷绕方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明卷绕电极组结构，主要是指由正电极片、负电极片以及夹设在正负电极片之间的隔膜卷绕成的卷绕电极组结构，尤其是所述卷绕电极组内设有至少两张带状正极片、至少两张带状负极片和至少两张带状隔膜，且所述的正极片与负极片通过隔膜被间隔。

在该卷绕电极组结构的基础上，其中：

构成上述卷绕电极组结构内的每张正极片上均设置有正极引出极耳、每张负极片上均设置有负极引出极耳。

所述正极引出极耳与负极引出极耳分别对应设置在正极片与负极片各自局部不敷料的地方，而负极片的敷料部分完全覆盖正极片的敷料部分。

本发明二次电池，主要设有电池外壳，安装在电池外壳内的由正电极片、负电极片以及夹设在正负电极片之间的隔膜卷绕成的卷绕电极组，以及注入在电池外壳内的电解液，尤其是所述卷绕电极组内设有至少两张带状正极片、至少两张带状负极片和至少两张带状隔膜，且所述的正极片与负极片通过隔膜被间隔.

在该二次电池的基础上，其中：

本发明卷绕电极组结构的卷绕方法，尤其是首先制得至少两张带状正极片、至少两张带状负极片和至少两张带状隔膜，然后将正极片、负极片由隔膜间隔进行卷绕。

在上述的卷绕方法基础上，其中

所述带状正极片、带状负极片和带状隔膜的张数均为两张，其卷绕步骤为：

A.将两张隔膜绕过卷针重叠成四层；

B.在第一层与第二层隔膜间嵌入第一张负极片，在第三层与第四层隔膜间嵌入第二张负极片，两张负极片间间隔两层隔膜；

C.将步骤B得到的层叠极片组卷一定长度后，在第二层与第三层隔膜相间嵌入第一张正极片，在第一层或者第四层隔膜外边嵌入第二张正极片；

D.将卷绕步骤C得到的层叠极片组进行卷绕，卷绕完成后取出卷针得到卷绕电极组结构。该过程还可以改良为：所述一定长度是指将步骤2得到的层叠极片组卷相对卷针卷半圈。

所述带状正极片、带状负极片和带状隔膜的张数均为三张。

卷绕的具体步骤如下：首先将隔膜绕过卷针重叠，然后在该隔膜层内先放入正、负极片各一片，且放入的正、负极片相互间隔一层隔膜；卷绕一定长度；然后再放入正、负极片各一片，置于空余的双层隔膜中间，直至放入全部的正、负极片，并保证所有正负极片间隔放置，进而得到相应结构层叠极片组；最后将所得到的层叠极片组将进行卷绕，卷绕完成后取出卷针得到卷绕电极组结构。

在上述任意一项过程基础上，其中：在构成上述卷绕电极组结构内的每张正极片上均设置有正极引出极耳、每张负极片上均设置有负极引出极耳。所述正极引出极耳与负极引出极耳分别对应设置在正极片与负极片各自局部不敷料的地方，而负极片的敷料部分完全覆盖正极片的敷料部分。

本发明具有如下优点：

1、多重极片的卷绕可将大容量电池的单个长极片进行分解，卷绕容易，解决了现有技术中极片过长、卷绕困难的缺点；

2、在构成多重卷绕极片组的每张正极片上设置正极引出极耳，每张负极片上设置负极引出极耳，引出方便且不易损伤极片，同时还使得电池具有优异的大电流放电性能；

3、多重卷绕每张极片与现有技术中的单张长极片卷绕相比，极片的总报废量小，降低了电池的制备成本。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1是本发明卷绕电极组结构的制备过程中首先放置隔膜的示意图。

图2是本发明卷绕电极组结构的制备过程中放置了隔膜再放置负极片的示意图。

图3是本发明卷绕电极组结构的制备过程中放置了隔膜与负极片后再放置正极片的示意图。

具体实施方式

实施例1

1、极片制备

正极片制备：将PVDF(聚偏二氟乙烯)溶解在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，将LiCoO2和乙炔黑加入该溶液中，充分混合制成浆料，其组成为LiCoO2∶乙炔黑∶PVDF(聚偏二氟乙烯)＝92∶4∶4。将该浆料均匀地涂布在20μm的铝箔上，于120℃下干燥。经裁切、压延后得到长120cm，宽5.5cm，厚度为120μm的正极片。

负极片制备：将PVDF(聚偏二氟乙烯)溶解在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，将人造石墨加入该溶液中，充分混合制成浆料，其组成为人造石墨∶PVDF(聚偏二氟乙烯)＝95∶5。再将该浆料均匀地涂布在20μm的铜箔上，于120℃下干燥。经裁切、压延后得到长125cm，宽6.0cm，厚度为120μm的负极片。

2、卷绕电极组制备

请参考附图1，将隔膜1A隔膜1B绕过卷针4重叠成四层1a、1b、1c、1d；请参考附图2，在隔膜1a与1b间嵌入上述所制得的负极片2a，在隔膜1c与1d间嵌入上述所制得的负极片2b，此时，负极片2a与2b间间隔了两层隔膜1b、1c。

请参考附图3，将图2得到的层叠极片组卷半圈后，在隔膜1b与隔膜1c间嵌入上述所制得的正极片3a，在隔膜1a上(当然隔膜1d下也可以)嵌入上述所制得的正极片3b。(在该层叠极片组的制备过程中，正极片与负极片的位置可以置换，即所获得的层叠极片组可为：负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜)

卷绕图3得到的层叠极片组，然后取出卷针得到卷绕电极组，所述电极组中的每张正极片上设置一个正极引出极耳，每张负极片上设置一个负极引出极耳。

3、电池装配

将制得的卷绕电极组套入电池外壳中并分别将正、负极耳连接在外壳的上端和下端。装配好电池后，将LiPF6按1mol/dm3的浓度溶解在EC(碳酸乙烯酯)/DMC(碳酸二甲酯)＝1∶1的混合溶剂中形成的电解液注入电池壳内，密封，制成圆柱形锂离子二次电池。

实施例2

采用实施例1类似的方法，只是采用三张长80cm，宽5.5cm，厚度为120μm的正极片；采用三张长85cm，宽6.0cm，厚度为120μm的负极片，以及采用绕过卷针4对半折叠的三张隔膜得到重叠成六层的隔膜1a～1f，然后分三次(如实施例1所述，每次放入两片极片)将三张正极片与三张负极片间隔夹入所述六层隔膜1a～1f(附图未示出)间，得到正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜的层叠极片组；或者：负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜的层叠极片组。。

然后将得到的层叠极片组进行三重卷绕，然后取出卷针得到卷绕电极组，所述电极组中的每张正极片上设置一个正极引出极耳，每张负极片上设置一个负极引出极耳。最后进行电池装配制得锂离子二次电池。

比较例1

采用实施例1类似的方法，只是按现有方法一张长240cm，宽5.5cm，厚度为120μm的正极片和一张长250cm，宽6.0cm，厚度为120μm的负极片间间隔对半折叠的一张隔膜进行卷绕制得锂离子二次电池。

电池性能测试

1.容量测试

室温条件下，将实施例及比较例电池分别以0.5C电流充电至4.2V，在电压升至4.2V后以恒定电压充电，截至电流减小到0.05C，搁置5分钟，测试电池以0.5C电流放电至3.0V的容量。测试结果如表1所示

2.大电流放电性能测试

对于实施例及比较例电池进行大电流放电性能测试，其中：

C_3C/C_0.5C：以3C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量与以0.5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量的比值。

C_5C/C_0.5C：以5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量与以0.5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量的比值。

C_10C/C_0.5C：以10C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量与以0.5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量的比值。

不同倍率电流放电性能测试结果如表1所示：

表1

	0.5C容量(Ah)	C<sub>3C</sub>/C<sub>0.5C</sub>(％)	C<sub>5C</sub>/C<sub>0.5C</sub>(％)	C<sub>10C</sub>/C<sub>0.5C</sub>(％)
	0.5C容量(Ah)	C<sub>3C</sub>/C<sub>0.5C</sub>(％)	C<sub>5C</sub>/C<sub>0.5C</sub>(％)	C<sub>10C</sub>/C<sub>0.5C</sub>(％)	实施例1	2.5	99.5	98.7	97.3
实施例2	2.5	99.4	98.5	96.4	实施例1	2.5	99.5	98.7	97.3
实施例2	2.5	99.4	98.5	96.4	比较例1	2.5	95.1	87.2	70.5

3.三类电池在样品制备中的极片报废率如表2所示：

表2

	极片报废率
	极片报废率	实施例1	2％

	极片报废率
	极片报废率	实施例2	4％
比较例1	10％	实施例2	4％

4.发明效果

根据以上测试，采用本实用新型实施例所述卷绕方法制得的锂离子二次电池与比较例1所述锂离子二次电池相比，电池的大电流放电性能明显改善。此外，由于多重卷绕可将大容量电池的单个长极片进行分解，卷绕容易，解决了现有技术中极片过长、卷绕困难的缺点，极片报废率显著降低，降低了电池制备成本。

上述实施例只是体现本实用新型技术方案的优选方案，本技术领域的技术人员对其中的某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种卷绕电极组结构的卷绕方法，其特征在于：首先制得至少两张带状正极片、至少两张带状负极片和至少两张带状隔膜，然后将正极片、负极片由隔膜间隔进行卷绕，卷绕的具体步骤如下：首先将隔膜绕过卷针重叠，然后在该隔膜层内先放入正、负极片各一片，且放入的正、负极片相互间隔一层隔膜；卷绕一定长度；然后再放入正、负极片各一片，置于空余的双层隔膜中间，直至放入全部的正、负极片，并保证所有正负极片间隔放置，进而得到相应结构层叠极片组；最后将所得到的层叠极片组进行卷绕，卷绕完成后取出卷针得到卷绕电极组结构。

2.一种卷绕电极组结构的卷绕方法，其特征在于：首先制得两张带状正极片、两张带状负极片和两张带状隔膜，然后将正极片、负极片由隔膜间隔进行卷绕，卷绕步骤为：

A.将两张隔膜绕过卷针重叠成四层；

C.将步骤B得到的层叠极片组卷一定长度后，在第二层与第三层隔膜间嵌入第一张正极片，在第一层或者第四层隔膜外边嵌入第二张正极片，所述一定长度是指将步骤B得到的层叠极片组卷相对卷针卷半圈；

D.将卷绕步骤C得到的层叠极片组进行卷绕，卷绕完成后取出卷针得到卷绕电极组结构。

3.如权利要求1或2所述的卷绕电极组结构的卷绕方法，其特征在于：在构成上述卷绕电极组结构内的每张正极片上均设置有正极引出极耳、每张负极片上均设置有负极引出极耳。

4.如权利要求3所述的卷绕电极组结构的卷绕方法，其特征在于：所述正极引出极耳与负极引出极耳分别对应设置在正极片与负极片各自局部不敷料的地方，而负极片的敷料部分完全覆盖正极片的敷料部分。