CN210074075U - 一种锂离子电池卷芯及锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池卷芯及锂离子电池 Download PDF

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钟国兵
贺冠南
孟亚斌
王继生
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Abstract

本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池卷芯，包括，正极片、负极片和隔膜，所述正极片和所述负极片上具有200um～3mm的通孔，使所述正极片、所述隔膜、所述负极片和所述隔膜依次叠层卷绕成卷芯后，在所述卷芯的一侧边形成贯通至卷芯中心的孔道。本实用新型锂离子电池卷芯一侧形成的孔道为微米至毫米级，直接贯通至卷芯中心，在封装过程中极大了缩短了电芯内部多余电解液和气体的扩散路径，缩短了封装、烘烤等工艺时间，提高了生产效率，提高了电池良品率，提升电池的电化学性能，提高电解液对卷芯的浸润效果。

Description

一种锂离子电池卷芯及锂离子电池
技术领域
本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池卷芯及锂离子电池。
背景技术
随着电子信息设备，现代社会科技与经济的高速发展，锂离子电池的应用越来越普遍，不但对锂离子电池的性能要求和需求量也越来越高，而且对锂离子电池的安全性也要求越来越高。在发展高比容量、高比功率、可快速充放电等优异性能锂离子电池的同时，电池的安全性显得尤为重要。
现有的锂离子电池为了迎合丰富的市场需求，越来越多宽长型号的电池出现，但是在我们实际生产过程中这类宽大型号的电芯往往会出现一些制程导致的不良问题。比如：在二封过程中，压料板挤压抽真空和封口的操作，将电芯内部多余的电解液和气体排出，大多数卷绕式的这类电芯内部电解液和气体的排出路径都是从内部扩散至电芯两端后再往气囊方向扩散(如附图3所示)。这种扩散路径和电芯的宽度和长度正相关，当扩散路径较长时，就会导致电芯内部气体和多余电解液排除不充分，或者排除不均匀，不但直接导致电芯分容后低容，电化学性能变差，电池发软等现象，而且增加了电池胀气爆炸等风险，严重影响电池安全性。
现有技术中针对长宽尺寸较大的卷绕式电芯，在二封过程中的多电解液和气体扩散的技术问题，往往通过延长二封过程的抽真空时间，但是增加抽真空时间既加剧了卷芯内电解液和气体的排除不均匀，导致卷芯出现局部(尤其是卷芯两端位置)电解液的保有量降低的问题，影响卷芯性能，也降低了生产效率。目前锂离子电池制程中针对长宽尺寸较大的卷绕式电芯中多余电解液和气体的扩散问题，仍缺乏有效的解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种锂离子电池卷芯，旨在解决现有锂离子电池制程中针对长宽尺寸较大的卷绕式电芯中多余电解液和气体的扩散缺乏有效的解决方案的技术问题。
本实用新型的另一目的在于提供一种锂离子电池。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种锂离子电池卷芯，包括，正极片、负极片和隔膜，所述正极片和所述负极片上具有200um～3mm的通孔，使所述正极片、所述隔膜、所述负极片和所述隔膜依次叠层卷绕成卷芯后，在所述卷芯的一侧边形成贯通至卷芯中心的孔道。
进一步地，封装所述锂离子电池卷芯时，将所述卷芯具有所述孔道的侧边朝向锂离子电池的二封边。
进一步地，所述正极片上的正极通孔孔径大于所述负极片上的负极通孔孔径。
进一步地，所述正极片上的正极通孔孔径为1mm～3mm。
进一步地，所述负极片上的负极通孔孔径为200um～1mm。
进一步地，所述锂离子电池卷芯的宽大于等于50mm，长大于等于50mm。
进一步地，所述孔道的数量至少为1个。
进一步地，相邻所述孔道之间的间距为1～2厘米。
进一步地，所述锂离子电池卷芯还包括正极耳和负极耳，所述正极耳连接在所述正极片上，所述负极耳连接在所述负极片上。
一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述的锂离子电池卷芯，所述卷芯具有所述孔道的侧边朝向锂离子电池的二封边。
本实用新型的有益效果：本实用新型实施例提供的锂离子电池卷芯包括正极片、负极片和隔膜，在正极片和负极片上具有200um～3mm的通孔，正负极片上的通孔使卷芯按正极片、隔膜、负极片和隔膜的顺序依次叠层卷绕起来形成卷芯时，在卷芯的一侧边形成贯通至卷芯中心的孔道。形成的孔道为微米至毫米级，直接贯通至卷芯中心，在封装过程中将孔道朝向二封区极大了缩短了电芯内部多余电解液和气体的扩散路径，一方面，缩短了封装、烘烤等工艺时间，提高了生产效率；另一方面，使电芯内部多余的电解液和气体能有效的，充分的排出，避免了卷芯水分气体未抽干净导致的发软、性能恶化等现象，提高了电池良品率，提升电池的电化学性能。并且，本实用新型实施例贯通至卷芯中心的孔道还能有效提高电解液对卷芯的浸润效果，使电解液均匀的浸润卷芯各个部位。
本实用新型实施例提供的锂离子电池由于包含有上述电化学性能优良，安全性高的卷芯，因而本实用新型实施例的锂离子电池也具有较好的电化学性能和安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据使这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的锂离子电池卷芯侧面图的结构示意图。
图2为本实用新型实施例提供的锂离子电池卷芯内部气体和电解液的扩散示意图。
图3为现有技术中锂离子电池卷芯内部气体和电解液的扩散示意图。
其中，图中各附图标记：
1—卷芯 2—正极通孔 3—负极通孔 4—极耳 41—负极耳 42—正极耳 5—二封区 6—气囊 7—扩散路径 8—二封边 9—孔道
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1～2所示，本实用新型提供了一种锂离子电池卷芯包括，正极片、负极片和隔膜，所述正极片和所述负极片上具有200um～3mm的通孔，使所述正极片、所述隔膜、所述负极片和所述隔膜依次叠层卷绕成卷芯1后，在所述卷芯1的一侧边形成贯通至卷芯1中心的孔道9。
本实用新型实施例提供的锂离子电池卷芯1包括正极片、负极片和隔膜，在正极片和负极片上具有200um～3mm的通孔，正负极片上的通孔使卷芯1按正极片、隔膜、负极片和隔膜的顺序依次叠层卷绕起来形成卷芯1时，在卷芯1的一侧边形成贯通至卷芯1中心的孔道9。形成的孔道9为微米至毫米级，直接贯通至卷芯1中心，在封装过程中将孔道朝向二封区极大了缩短了电芯内部多余电解液和气体的扩散路径7，一方面，缩短了封装、烘烤等工艺时间，提高了生产效率；另一方面，使电芯内部多余的电解液和气体能有效的，充分的排出，避免了卷芯水分气体未抽干净导致的发软、性能恶化等现象，提高了电池良品率，提升电池的电化学性能。并且，本实用新型实施例贯通至卷芯1中心的孔道还能有效提高电解液对卷芯1的浸润效果，使电解液均匀的浸润卷芯1各个部位。
具体地，本实用新型实施例正极片包括正极浆料和正极集流体，所述正极集流体为铝箔；所述正极浆料包括钴酸锂、三元、磷酸铁锂或锰酸锂等活性物质，聚偏氟乙烯(PVDF)或LA133(丙烯腈多元共聚物的水分散液)等粘结剂，CNT(碳纳米管)、Super-p(高导电炭黑)、石墨烯一种或多种的复合导电剂。负极片包括负极浆料和负极集流体，所述负极集流体为铜箔；所述负极浆料包括石墨或石墨的改性物(如硅碳复合石墨)等负极功能材料，油系的PVDF或是水系的SBR+CMC(苯乙烯丁二烯人造橡胶+羧甲基纤维素)等粘结剂，CNT(碳纳米管)、Super-p、石墨烯一种或多种的复合导电剂。本实用新型实施例正负极材料均采用乳化均质高速分散成均匀稳定的浆料。
作为优选实施例，所述卷芯具有所述孔道9的侧边朝向锂离子电池的二封边8，如附图2所示。本实用新型实施例锂离子电池卷芯1采用铝塑膜进行封装，在封装过程中将卷芯1具有所述孔道9的侧边朝向二封区5的二封边8，使卷芯1内部的气体和液体的扩散路径7直接通向二封区5，一方面，更有利于在封装过程中注入的电解液更高效快速的浸润到卷芯1内部，使卷芯1内电解液的保有量达到均衡稳定；另一方面，孔道9朝向二封区5的二封边8，更有利于后续在二封过程中迅速高效的将多余的电解液和气体排出，提高电芯的稳定性和安全性。
在一些实施例中，二封区5还设置有气囊6，将所述卷芯1具有所述孔道9的侧边朝向二封区5的气囊6一侧。
作为优选实施例，所述正极片上的正极通孔2孔径大于所述负极片上的负极通孔3孔径，如附图1所示。本实用新型实施例所述正极片上的正极通孔2孔径大于所述负极片上的负极通孔3孔径，使从正极片脱出的锂离子经过电解液，隔膜嵌入负极材料中，有效防止从正极脱出的锂离子无法嵌入负极，出现析锂现象，造成低电压，低容量，低寿命，电池膨胀，极易燃烧起火的危害。
作为优选实施例，所述正极片上的正极通孔2孔径为1mm～3mm。本实用新型实施例正极通孔2的孔径为1mm～3mm，该孔径大小更有利于卷芯1在封装工序中有效充分的导出多余的电解液和气体。在封装工序的二封过程中，通过抽真空的方式将多余的电解液和气体抽出，然后马上沿二封边8进行二封，保证电芯的气密性。二封抽真空时间极短，一般抽真空时间只有5～10秒，真空压力达到0.080-0.095MPa，若正极通孔2的孔径太小，阻力越大在相同时间内对多余的电解液和气体的导出效果不理想，二封抽真空过程中强大的真空压力会把孔径扩大甚至撕裂极片，破坏卷芯1的性能；若正极通孔2孔径过大将在成正极浆料的损失，从而影响电芯容量，使容量降低，能量密度降低。在一些实施例中，所述正极片上的正极通孔2孔径可以是1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm。
作为优选实施例，所述负极片上的负极通孔3孔径为200um～1mm。本实用新型实施例负极通孔3孔径为200um～1mm，该孔径大小更有利于卷芯1在封装工序中有效充分的导出多余的电解液和气体。在封装工序的二封过程中，通过抽真空的方式将多余的电解液和气体抽出，然后马上沿二封边8进行二封，保证电芯的气密性。二封抽真空时间极短，一般抽真空时间只有5～10秒，真空压力达到0.080-0.095MPa，若负极通孔3的孔径太小，阻力越大在相同时间内对多余的电解液和气体的导出效果不理想，二封抽真空过程中强大的真空压力会把孔径扩大甚至撕裂极片，破坏卷芯1的性能；若负极通孔3孔径过大将在成正极浆料的损失，从而影响电芯容量，使容量降低，能量密度降低。在一些实施例中，所述负极片上的负极通孔3孔径可以是200um、500um、700um、900um或1mm。
在一些实施例中，所述正极片上的正极通孔2孔径为1mm～3mm，所述负极片上的负极通孔3孔径为200um～1mm。
在一些实施例中，所述正极片上的正极通孔2孔径为1mm～2mm，所述负极片上的负极通孔3孔径为500um～1mm。
作为优选实施例，所述锂离子电池卷芯1的宽大于等于50mm，长大于等于50mm。本实用新型实施例锂离子电池卷芯1对于长宽尺寸较大的卷芯1，如宽大于等于50mm，长大于等于50mm的卷芯1内多余电解液和气体也有较好的的导出效果，由于卷芯1侧边的通孔贯通至卷芯1中心，因而即使是长宽尺寸较大的卷芯1也能高效快速的将卷芯1内部的电解液和气体导出。
作为优选实施例，所述孔道9的数量至少为1个。本实用新型实施例锂离子电池卷芯1的一侧边形成贯通至卷芯1中心的孔道9数量至少为1个，也可以是更多个，可以根据卷芯1尺寸进行合理的设置，使其更好实现导出卷芯1内部多余电解液和气体的效果。
作为优选实施例，相邻所述孔道9之间的间距为1～2厘米。本实用新型实施例锂离子电池卷芯1侧边的孔道9以1～2厘米的间距均匀分布，更有利于均匀的导出卷芯1内部多余的电解液和气体。
作为优选实施例，所述锂离子电池卷芯1还包括极耳4，所述极耳4分为正极耳41和负极耳42，所述正极耳41连接在所述正极片上，所述负极耳42连接在所述负极片上。
本实用新型还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述锂离子电池卷芯。
本实用新型实施例提供的锂离子电池由于包含有上述电化学性能优良，安全性高的卷芯，因而本实用新型实施例的锂离子电池也具有较好的电化学性能和安全性能。
具体地，本实用新型实施例锂离子电池可以通过以下工艺步骤制得：
S10.制备正极片：以磷酸铁锂，PVDF，LA133，CNT和super-p为正极浆料，通过乳化均质高速分散成均匀稳定的浆料；然后采用挤压喷涂法将正极浆料涂布在铝箔上，干燥，得到正极片。
S20.制备负极片：以石墨，水系的SBR和CMC，CNT和super-p为负极浆料，通过乳化均质高速分散成均匀稳定的浆料；然后采用挤压喷涂法将负极浆料涂布在铝箔上，干燥，得到负极片。
S30.将大卷的极片经过对辊后碾压至工艺厚度。
S40.确定打孔位置：以同规格的卷芯为模板，卷绕之后在侧边打孔，在卷芯侧边形成贯通至卷芯中心的通孔，然后展开卷芯，根据展开的模板卷芯上孔位置，确定正负极片上需打孔的位置，保证卷绕时正负极孔位置对应。
S50.打孔：根据展开的模板卷芯中正负极片上的孔位置，确定正负极片的打孔位置，通过机械打孔等方式，在正负极片上打孔，正极片孔径为1～3mm，负极片孔径为200um～1mm。
S60.分切：分切工艺可采用整卷分成小卷极片的工艺使用自动分切机。
S70.卷绕：卷芯采用卷绕结构，隔膜选用的是凝胶隔膜。
S80.注液：在手套箱内通过注液口进行自动或半自动注液，将电解液注入电芯，封口。
S90.化成：采用聚合物化成设备对电芯热压化成，气囊6方向朝外。
S100.二封：化成完电芯，首先由铡刀将气袋刺破，同时抽真空，然后马上沿二封边8在二封区5进行封装，保证电芯的气密性。最后把封装完的电芯剪去气袋，得到锂离子软包电芯。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池卷芯，其特征在于：包括，正极片、负极片和隔膜，所述正极片和所述负极片上具有200um～3mm的通孔，使所述正极片、所述隔膜、所述负极片和所述隔膜依次叠层卷绕成卷芯后，在所述卷芯的一侧边形成贯通至卷芯中心的孔道。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池卷芯，其特征在于，所述卷芯具有所述孔道的侧边朝向锂离子电池的二封边。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池卷芯，其特征在于：所述正极片上的正极通孔孔径大于所述负极片上的负极通孔孔径。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池卷芯，其特征在于：所述正极片上的正极通孔孔径为1mm～3mm。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池卷芯，其特征在于：所述负极片上的负极通孔孔径为200um～1mm。
6.根据权利要求1或5所述的锂离子电池卷芯，其特征在于：所述锂离子电池卷芯的宽大于等于50mm，长大于等于50mm。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池卷芯，其特征在于：所述孔道的数量至少为1个。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池卷芯，其特征在于：相邻所述孔道之间的间距为1～2厘米。
9.根据权利要求1或8所述的锂离子电池卷芯，其特征在于，所述锂离子电池卷芯还包括正极耳和负极耳，所述正极耳连接在所述正极片上，所述负极耳连接在所述负极片上。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1～9任意一项所述的锂离子电池卷芯，所述卷芯具有所述孔道的侧边朝向锂离子电池的二封边。
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