CN204204984U - 圆柱动力锂离子电池中间极耳卷芯结构及卷芯制作方法 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构及卷芯制作方法，中间极耳卷芯结构包括中间极耳正极片、负极片和隔膜，中间极耳正极片包括正极耳和正极材料层，正极材料层中间具有空白段，正极耳固定在空白段处，负极片包括负极材料层，中间极耳正极片、负极片和隔膜螺旋卷绕贴合在一起，负极片的负极材料层通过隔膜与中间极耳正极片的正极材料层无间隙卷绕贴合，即正极耳与负极材料层避让开，不存在正极耳凸出单独与负极材料层接触受力，避免了随着的极片膨胀和收缩造成的正极耳两边的箔材发生透光和断裂，提高了动力电池的循环使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂电池制作领域，具体涉及一种圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构及卷芯制作方法。
背景技术
圆柱动力锂离子电池作为一种能量密度高，环境友好的绿色新能源，吸引了世界各国的广泛关注。欧美、日韩等一流锂电生产商早年便开始了动力电池相关技术的研发及产业化工作。近年来国内企业也对动力电池的寿命、安全、稳定可靠性和电芯一致性方面开展了大量的分析和研究工作。
目前，为减小动力电池循环使用过程中因电池发热造成的副反应和不可逆容量损失恶化循环寿命，主要通过降低动力电池内阻来实现，即采用中间极耳卷绕结构代替边极耳结构，中间极耳卷绕结构比普通边极耳结构内阻值降低达7mΩ,约15%内阻降幅。且采集不同倍率放电下的电池温升数据发现，中间极耳结构较边极耳设计电池表面温升明显偏低，发热量明显减少。
但随着循环工作的逐步开展，发现中间极耳卷芯结构存在一定设计缺陷，即正极耳两边的箔材容易产生透光甚至断裂现象。如图1所示，中间极耳正极片1结构中，正极耳11厚度为100um,宽度为3mm,焊接在11mm空白段的铝箔13上，铝箔13其它区域全涂覆料层形成正极材料层12，单层料的厚度约65um；如图2所示，负极片5结构中，负极耳51焊接在铝箔53的一端上，其他区别均涂覆负极材料形成负极材料层52；上述结构的中间极耳正极片1和负极片5外加隔膜3卷绕后形成的中间极耳卷芯结构，在充电过程中因负极石墨发生嵌锂反应，材料结构发生膨胀，此时负极材料层52对存在厚度差异的正极耳11和正极材料层12造成的施压有明显差别，此时负极材料层52与正极材料层12在正极耳11附近具有一定间隙，此段贴合处只有正极耳11与负极材料层52接触，显而易见，最厚处的正极耳11位置受挤严重，且与正极耳11交接处的铝箔延展率有限，因而反复的循环使用伴随着的正极片11膨胀和收缩，极易造成正极耳11两边的箔材发生透光和断裂。
发明内容
本实用新型提供一种循环使用寿命长的、不易挤压受损的圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构及卷芯制作方法。
根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供一种圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构, 包括中间极耳正极片、负极片和隔膜，中间极耳正极片包括正极耳和正极材料层，正极材料层中间具有空白段，正极耳固定在空白段处，负极片包括负极材料层，中间极耳正极片、负极片和隔膜螺旋卷绕贴合在一起，负极片的负极材料层通过隔膜与中间极耳正极片的正极材料层无间隙卷绕贴合。
在一种实施例中，中间极耳正极片的正极耳凸出于正极材料层，负极片的负极材料层面对正极耳的面上设有相对应的凹槽，正极耳凸出正极材料层的部分容置于负极材料层的凹槽内。
在其他实施例中，中间极耳正极片的正极耳厚度不高于正极材料层的厚度。
进一步地，中间极耳正极片的正极耳厚度与正极材料层的厚度相等。
进一步地，凹槽的宽度值在11～15mm范围内。
进一步地，凹槽的宽度值为12mm。
根据本实用新型的第二方面，本实用新型提供一种圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构的卷芯制作方法，包括如下步骤：
中间极耳正极片与负极片卷绕的两个面分别贴合隔膜；
将负极片隔着隔膜贴合到中间极耳正极片具有正极耳的面上，负极片的负极材料层通过隔膜分别与中间极耳正极片的正极材料层无间隙贴合；
将中间极耳正极片、负极片和隔膜卷绕成型，此时，隔膜将中间极耳正极片和负极片分隔开，且负极片处于外层包裹住中间正极片。
进一步地，中间极耳正极片的正极耳凸出于正极材料层，负极片的负极材料层面对正极耳的面上设有相对应的凹槽，正极耳凸出正极材料层的部分容置于负极材料层的凹槽内。
进一步地，凹槽的宽度值在11～15mm范围内。
进一步地，凹槽的宽度值为12mm。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用负极片的负极材料层通过隔膜与中间极耳正极片的正极材料层无间隙卷绕贴合，即正极耳与负极材料层避让开，不存在正极耳凸出单独与负极材料层接触受力，避免了随着的极片膨胀和收缩造成的正极耳两边的箔材发生透光和断裂，提高了动力电池的循环使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中间极耳正极片的结构示意图；
图2为现有技术负极片的结构示意图；
图3为本实用新型中间极耳正极片一种实施例的结构示意图；
图4为本实用新型中间极耳贴合结构示意图；
图5为本实用新型中间极耳正极片另一种实施例的结构示意图；
图6为本实用新型中间极耳卷绕制作方法的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
实施例一：
本实用新型提供一种圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构，其包括中间极耳正极片1、负极片2和隔膜3。
请参考图1，中间极耳正极片1包括正极耳11、正极材料层12和铝箔13，铝箔13的中间具有空白段不涂正极材料覆盖层，其中空白段的宽度为11mm，铝箔13其他区域两侧均涂覆正极材料形成正极材料层12，铝箔13两侧涂覆的正极材料层12的单层厚度均为65um，正极耳11的宽度为3mm，高度为100um，正极耳11焊接在空白段的铝箔13上，且正极耳11位于空白段中间。正极耳11凸出正极材料层12的厚度为35um。
请参考图3，负极片2包括负极耳21，负极材料层22和铝箔23，铝箔23的一端具有用于焊接负极耳21的空白段，负极耳21焊接在空白段的铝箔23上，铝箔23在相对焊接负极耳21的另一侧的中间设有中间空白段，其他区域均均涂覆负极材料形成负极材料层22，涂覆负极材料层22后在中间空白段形成凹槽221。优选的，凹槽221的宽度为12mm，在其他实施例中，凹槽221宽度在11～15mm范围内均可。凹槽221的位置与正极片1的正极耳11相对应，即正极片1与负极片2贴合时，凸出正极材料层22的正极片1的凸出部分容置于负极片2的凹槽221中，使得正极片21不会对凸出单独与负极片2接触受力。
请参考图4，中间极耳正极片1、负极片2和隔膜3卷绕成型，隔膜3将中间极耳正极片1和负极片2隔开，负极片2在最外层将中间极耳正极片1包裹住，中间极耳正极片1的正极耳11的凸出部分镶嵌在负极片2的凹槽221内，正极耳11没有单独与负极片2接触受力，防止了在长期使用过程中，极片膨胀和收缩对两边的箔材进行的受力挤压，避了箔材的透光和断裂，提高了动力电池的循环使用寿命。
本实施例的负极片2可在现有的成型的负极片5上直接挖出凹槽221即可得到，实现了对原有剩余产品的回收利用，节约了大量的成本。
为了检验本实用新型的圆柱动力电池中间极耳卷芯结构与现有技术的卷芯的优劣，做了如下实验。
两种负极片结构在18650-2.4Ah电芯中进行卷芯制作对比，其中现有负极片卷芯结构为方案A，本实施例的负极片结构卷芯为方案B。测试中对两种方案电芯的容量、内阻、循环以及循环过程中的极片拆解透光断裂分析，具体如下表所示：
从表中数据可知，方案B卷芯在容量，内阻和倍率方面与方案A相当，循环容量保持率方面明显优于方案A。对循环优异的方案B和循环较差的方案A均进行解剖分析，结果显示方案B均无铝箔透光或断裂，而方案A铝箔透光和断裂比率高达80%。
上述实验表明，本实用新型的具有凹槽221的负极片2卷芯成型的结构彻底根除了铝箔透光和断裂的现象，提高了电池的使用寿命。
实施例二：
本实施例提供的一种圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构，与上述实施例相比主要的改进点在正极片1上，负极片和现有技术一样。
如图5所示，中间极耳正极片4包括正极耳41、正极材料层42和铝箔43，优先的，正极耳41与正极材料层42的厚度相等均为65um，正极耳41的宽度约为4.6mm，正极耳41的厚度减少而宽度增加，保证正极耳41与现有正极耳11的横截面积0.3mm2不变，使得改变厚度和宽度的正极耳41与现有正极耳1具有相同的性能，且避开了卷绕后正极耳41与负极片5单独接触受力，同样实现了彻底根除铝箔透光和断裂的现象，提高了电池的使用寿命。
在其他实施例中，正极耳41的厚度可以略小于正极材料层42的厚度，当正极耳41越小时，其宽度应相应增大，保证其截面面积不便即可。
实施例三：
本实施例提供了一种圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构的卷芯制作方法，如图6所示，具体步骤如下：
S101：中间极耳正极片1贴合隔膜3；
中间极耳正极片1与负极片2卷绕的两个面上分别贴合隔膜3，优选的，隔膜贴5-6层。
S102：负极片2隔着隔膜3贴合到中间极耳正极片1具有正极耳11的面上；
负极片2的负极材料层22通过隔膜3与中间极耳正极片1的正极材料层12无间隙贴合，即正极耳11与负极片2不是处于最大受力接触位置。
针对实施例一种的具有凹槽221的负极片2的贴合，在贴合过程中，凹槽221与正极耳11对应贴合，使得正极耳11的凸出部分容置于凹槽221中，现实对正极耳11的避让。
S103：将中间极耳正极片1、负极片2和隔膜3卷绕成型。
此时，所述隔膜3将中间极耳正极片1和负极片2分隔开，且负极片2处于外层包裹住所述中间正极片1。
以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (10)
1.一种圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构, 包括中间极耳正极片（1）、负极片（2）和隔膜（3），所述中间极耳正极片（1）包括正极耳（11）和正极材料层（12），正极材料层（12）中间具有空白段，所述正极耳（11）固定在所述空白段处，所述负极片（2）包括负极材料层（22），所述中间极耳正极片（1）、负极片（2）和隔膜（3）螺旋卷绕贴合在一起，其特征在于，所述负极片（2）的负极材料层（22）通过隔膜（3）与中间极耳正极片（1）的正极材料层（12）无间隙卷绕贴合。
2.如权利要求1所述的圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构，其特征在于，所述中间极耳正极片（1）的正极耳（11）凸出于正极材料层（12），所述负极片（2）的负极材料层（22）面对正极耳（11）的面上设有相对应的凹槽（221），所述正极耳（11）凸出正极材料层（12）的部分容置于所述负极材料层（22）的凹槽（221）内。
3.如权利要求1所述的圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构，其特征在于，所述中间极耳正极片（1）的正极耳（11）厚度不高于正极材料层（12）的厚度。
4.如权利要求3所述的圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构，其特征在于，所述中间极耳正极片（1）的正极耳（11）厚度与正极材料层（12）的厚度相等。
5.如权利要求2所述的圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构，其特征在于，所述凹槽（221）的宽度值在11～15mm范围内。
6.如权利要求5所述的圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构，其特征在于，所述凹槽（221）的宽度值为12mm。
7.一种圆柱电力锂离子电池中间极耳卷芯结构的卷芯制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
中间极耳正极片（1）与负极片（2）卷绕的两个面分别贴合隔膜（3）；
将负极片（2）隔着隔膜（3）贴合到中间极耳正极片（1）具有正极耳（11）的面上，所述负极片（2）的负极材料层（22）通过隔膜（3）与中间极耳正极片（1）的正极材料层（12）无间隙贴合；
将中间极耳正极片（1）、负极片（2）和隔膜（3）卷绕成型，此时，所述隔膜（3）将中间极耳正极片（1）和负极片（2）分隔开，且负极片（2）处于外层包裹住所述中间正极片（1）。
8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述中间极耳正极片（1）的正极耳（11）凸出于正极材料层（12），所述负极片（2）的负极材料层（22）面对正极耳（11）的面上设有相对应的凹槽（221），所述正极耳（11）凸出正极材料层（12）的部分容置于所述负极材料层（22）的凹槽（221）内。
9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述凹槽（221）的宽度值在11～15mm范围内。
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述凹槽（221）的宽度值为12mm。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150311 Termination date: 20151009 |
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