CN203103445U - 一种卷绕式方形动力锂离子电池卷针 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种卷绕式方形动力锂离子电池卷针，包括卷芯，卷针的两端分别安装挡板，挡板上设有极耳槽，卷芯缠绕在卷针上，卷芯的两侧引出极耳，极耳穿过极耳槽。用于锂电池，解决了以往技术中的问题，节约资源，成本较低。

Description

一种卷绕式方形动力锂离子电池卷针

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种卷绕式方形动力锂离子电池。

背景技术

用能量密度更高的锂离子电池运用于汽车领域正成为一项核心技术，它具有重量轻、储能大、功率大、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽泛等特点，是电动自行车、电动摩托车、电动小轿车、电动大货车等较为理想的车用蓄电池。

在现有的电池制造工艺中，卷绕具有效率高的特点，广泛应用于圆柱形电池和方形电池中。圆柱电池具有一致性好，便于大批量生产的特点，但单体电池的容量有限，而且散热性能受到影响，因而大型动力锂离子电池一般采用方形结构。

现在方形锂离子电池电芯卷绕针为双层向心摆动式设计，由于卷针重复使用，多达数十万次，此类双层结构卷针其总厚度亦需要一定尺寸维持其强度。

卷绕过程中，将正极片、负极片和隔膜缠绕在卷针上卷绕成型，然后将卷针拔出，对卷芯平压成型。卷芯成品在压平工序中因双层卷针留下之间隙太大，造成电芯压平后出现内外圈材料不协调问题而变形，甚至产生S形，同时卷芯内层极片在折弯处由于高曲率，出现活性物质脱落现象。

大型动力锂离子电池为提高电池的放电特性，需采用多极耳的方式，极耳往往堆叠后焊接，极耳处占据较多空间。虽然在极耳处增加了绝缘垫片起绝缘与固定作用，但在外部剧烈振动时，卷芯仍有活动可能性，存在安全隐患。

同时，在卷芯制作及入壳过程中，隔膜横向端面边角处存在损伤隐患而无法完全检出，在入壳及电芯剧烈振动过程中，隔膜横向端面均存在挤压可能性，使电池存在安全隐患。

综上所述，当前卷绕式动力锂离子电池至少有以下几方面的缺陷：

（1）电芯的一致性较差；

（2）卷芯内部空隙大，需要大量电解液填充，增加了电池的成本；

（3）卷绕针拔出后极片无张力，循环后卷芯变形加大，使电芯鼓胀，进而影响到电化学性能和尺寸控制；

（4）平压成型后内层极片折弯处活性物质脱落，增大了电池的自放电。

（5）卷芯极耳占据较多空间，降低了电池体积能量密度。

（6）卷芯有活动可能性，存在安全隐患。

（7）隔膜横向端面边角处损伤导致安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种卷绕式方形动力锂离子电池，解决了已有技术的问题，消除卷芯变形与活性物质脱落的现象，固定卷芯，增大电芯内部空间利用率，提高电池的安全性能。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种卷绕式方形动力锂离子电池卷针，包括卷芯，其特征是：卷针的两端分别安装挡板，挡板上设有极耳槽，卷芯缠绕在卷针上，卷芯的两侧引出极耳，极耳穿过极耳槽。

根据所述的一种卷绕式方形动力锂离子电池卷针，其特征在于：所述卷针内部设有加强筋。

本实用新型的优点效果在于：本技术方案中，通过采用薄形卷针并且卷针不拔出，卷芯内部没有明显空隙，卷芯不需平压而且卷芯不变形，提高了电芯的一致性。本技术方案中，卷针留在卷芯内部而且卷针边缘呈弧形，增加了电极片的曲率半径，消除了高曲率造成卷绕式电芯活性物质脱落的技术问题。本技术方案中，卷针留在卷芯内部，使电极片存在张力，降低了循环后电极片的变形，消除了方形电芯的鼓胀现象，提高了电芯电化学性能与安全性能。本技术方案中，不同卷芯的极耳焊接在盖板极耳连接片的不同位置，避免了极耳堆叠，极耳占据空间小。本技术方案中，卷针将卷芯固定在电芯内部，即使剧烈振动也使其无法活动，提高了电芯安全性。本技术方案中，卷针挡板与绝缘垫片共同保护隔膜横向端面避免受到挤压与损伤，提高了电芯安全性。本实用新型的另一有益之处是，卷绕紧密平整，卷芯内部无明显空隙，而且在循环后无鼓胀现象，因此不需要大量电解液进行填充，大大节约了电解液用量。同时电解液用量减少还提高了电芯的安全性能。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为卷芯的结构示意图。

图3为卷针的结构示意图。

附图中：1、卷芯； 2、绝缘垫片； 3、极耳；4、卡槽；5、挡板； 6、极耳槽；7、卷针；8、加强筋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

本实用新型如图1、2、3所示，一种卷绕式方形动力锂离子电池卷针，包括卷芯1，其特征是：卷针7的两端分别安装挡板5，挡板5上设有极耳槽6，卷芯1缠绕在卷针7上，卷芯1的两侧引出极耳3，极耳3穿过极耳槽6。根据所述的一种卷绕式方形动力锂离子电池卷针，其特征在于：所述卷针7内部设有加强筋8。

本实用新型包括卷芯1，其特征是：卷针7的两端分别安装挡板5，挡板5上设有极耳槽6，卷芯1缠绕在卷针7上，卷芯1的两侧引出极耳3，极耳3穿过极耳槽6；盖板的两侧设有极耳连接片，极耳连接片上设有小槽，极耳3从极耳连接片的小槽引出；所述的卷芯1与盖板装入电池外壳。所述卷针7与加强筋8交错排列，加强筋8穿过挡板5的部分为卡槽4。所述卷针7与卷芯1叠加起来，卷针7与卷芯1的两侧安装绝缘垫片2，卷针7、卷芯1与绝缘垫片2都转入电池外壳。所述的极耳连接片上设有小槽，卡槽4从所述的小槽中引出。所述绝缘垫片2为“凹”字型，其内侧间距与卷针7的挡板5外侧紧密配合。所述极耳3焊接在极耳连接片的不同位置上。

本实用新型的使用原理如下所示，本实用新型所述卷针7为一种单片式薄形卷针，其材质为绝缘材料，其内部有金属加强筋8，其两端有绝缘挡板5与卡槽4。所述卷针7其两端有挡板5，所述挡板5其作用在于固定隔膜与极片位置及保护隔膜作用，消除隔膜损伤的隐患，同时用作绝缘片。所述卷针7其两端挡板5外侧有卡槽4，所述卡槽4其作用在于连接卷绕设备，固定电池盖板极耳连接片，固定极耳绝缘垫片。所述卷针7两端卡槽4之间的宽度与电芯外壳内部宽度紧密配合，卷芯入壳后完全固定。本实用新型所述装配方式其特征在于提供了一种绝缘垫片2与盖板以及卷芯并联堆积方式。所述绝缘垫片2为“凹”字型，其内侧间距与卷针挡板5外侧紧密配合，起固定卷芯1作用。所述盖板其极耳连接片分别从盖板两个侧边方向引出。其特征在于极耳连接片上开有小槽，其作用在于与卷针卡槽4固定，并使卷芯极耳从小槽中引出。所述卷芯极耳3焊接在极耳连接片不同位置，避免了极耳堆叠造成空间浪费。所述卷芯并联堆积方式可分为前后堆积并联、上下堆积并联与前后上下混合堆积并联。

本实用新型还提供了卷芯的制作方法，操作步骤如下：

A、准备卷芯的制作材料，包括正、负极片及隔离膜两卷；

B、卷绕时，将两卷隔膜左右对齐，将隔膜的头部烫焊在一起，将卷针转至水平并穿插入隔膜之间，用薄形压片压住卷针上方的隔膜；

C、将正极片或负极片插入卷针与下方隔膜之间，卷绕规定的圈数后，将卷针转至水平，拔出薄形压片，再在卷针与上方隔膜之间插入对应的负极片或正极片，极片的极耳与第一次插入的极片的极耳在不同的方向，转动卷针卷绕剩余的圈数。

D、卷绕结束后将卷针连同卷芯从卷绕设备上拔下。

E、将若干个卷芯并联，并用两个绝缘垫片分别固定卷芯上部与下部。

F、将盖板正极耳连接片固定在卷芯正极耳一侧的卡槽上，并将卷芯正极耳从盖板正极耳连接片小槽中引出。将盖板负极耳连接片固定在卷芯负极耳一侧的卡槽上，并将卷芯负极耳从盖板负极耳连接片小孔中引出。

G、将卷芯正极耳焊接在盖板正极耳连接片相应位置，卷芯负极耳焊接在盖板负极耳连接片相应位置。

H、将侧部绝缘垫片分别固定在正、负极耳连接片外侧的卡槽上。

I、将卷芯入壳，激光焊接外壳，灌注电解液直至化成，制作完成电芯。

制作36230210A型号锂离子电池，极片组的材料与现有卷绕工艺材料一致，包括正、负极片各一卷以及隔离正负极片的隔离膜。电池卷芯的制作方法如下：

首先进行卷绕，选择厚度为1.2mm，宽度为180mm的卷针一片，而现有双片式卷针的厚度为8mm。卷针长度方向的两端为卡槽。在卷绕机上对极片组进行卷绕，按照本实用新型所提供的卷芯制作方法制作卷芯：先插入负极片，负极耳朝向卷针上铜连接片一端，卷绕1.5圈后插入正极片，正极耳朝向卷针另一端。完成卷绕后将卷针连同卷芯从卷绕设备上拔下。将5个卷芯并联，并用两个绝缘垫片分别固定卷芯上部与下部。将盖板正极耳连接片固定在卷芯正极耳一侧的卡槽上，并将卷芯正极耳从盖板正极耳连接片小槽中引出。将盖板负极耳连接片固定在卷芯负极耳一侧的卡槽上，并将卷芯负极耳从盖板负极耳连接片小孔中引出。将卷芯正极耳焊接在盖板正极耳连接片相应位置，卷芯负极耳焊接在盖板负极耳连接片相应位置。将侧部绝缘垫片分别固定在正、负极耳连接片外侧的卡槽上。将卷芯入壳，激光焊接外壳，灌注电解液直至化成，得到36230210A电芯。

实验对比：

    采用上述方形卷芯制作方法制作100只36230210A 型号锂离子电池作为实验例，测量电芯电解液量、自放电、配组率、循环性能。

     采用常规的电芯卷绕方式，即双层结构卷针卷绕，卷绕后拔出卷针平压成型，制作同样型号的100只锂离子电池做为对比例，测量电芯电解液量、自放电、配组率、循环性能。具体对比结果如表1、表2所示：

表1

表2

卷芯结构	2000次循环容量保持率	2000次循环后厚度变化率
			对比例	88.9%	4.22%（1.52mm）
试验例	82.3%	0.94%（0.34mm）

由表1，采用本实用新型卷绕方法制作的电芯，电解液用量减少了33.3%，30天搁置后自放电率降低了1.74%，通过配组率的比较可知电芯的一致性有明显提高。由表2 可知，由于消除了电芯的鼓胀现象，电芯循环性能也有明显提升。

通过以上的试验可知，采用本实用新型方形动力锂离子电池的卷绕方法制作的电芯，可以明显提高电芯的一致性，消除活性物质的脱落现象，降低自放电率，消除了电芯的鼓胀现象，循环性能得到明显提升。同时也极大的减少了电解液用量，节约了成本。

本技术方案中，通过采用薄形卷针并且卷针不拔出，卷芯内部没有明显空隙，卷芯不需平压而且卷芯不变形，提高了电芯的一致性。本技术方案中，卷针留在卷芯内部而且卷针边缘呈弧形，增加了电极片的曲率半径，消除了高曲率造成卷绕式电芯活性物质脱落的技术问题。本技术方案中，卷针留在卷芯内部，使电极片存在张力，降低了循环后电极片的变形，消除了方形电芯的鼓胀现象，提高了电芯电化学性能与安全性能。本技术方案中，不同卷芯的极耳焊接在盖板极耳连接片的不同位置，避免了极耳堆叠，极耳占据空间小。本技术方案中，卷针将卷芯固定在电芯内部，即使剧烈振动也使其无法活动，提高了电芯安全性。本技术方案中，卷针挡板与绝缘垫片共同保护隔膜横向端面避免受到挤压与损伤，提高了电芯安全性。本实用新型的另一有益之处是，卷绕紧密平整，卷芯内部无明显空隙，而且在循环后无鼓胀现象，因此不需要大量电解液进行填充，大大节约了电解液用量。同时电解液用量减少还提高了电芯的安全性能。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和保护范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种卷绕式方形动力锂离子电池卷针，包括卷芯（1），其特征是：卷针（7）的两端分别安装挡板（5），挡板（5）上设有极耳槽（6），卷芯（1）缠绕在卷针（7）上，卷芯（1）的两侧引出极耳（3），极耳（3）穿过极耳槽（6）。

2.根据权利要求1所述的一种卷绕式方形动力锂离子电池卷针，其特征在于：所述卷针（7）内部设有加强筋（8）。

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