CN102456907A - 一种方形电池电芯结构和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方形电池电芯，包括负极、正极、隔膜，其中隔膜设置在负极和正极之间。所述电池电芯为所述复合结构通过整体卷绕形成的“Z”字形半包围结构，其中正极片与负极片为整块连续结构，分别连接有一个正极极耳和负极极耳。该电池电芯能有效地利用电池内容积，进而最大化电极反应面积，达到单位体积内容量密度的最大化；同时能够降低制造成本，增加电池的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及到电池领域，具体地说，涉及一种方形电池电芯结构和制备方法。
背景技术
随着技术的发展，各种电子设备，特别是便携式电子设备如手机、手提电脑、电子记事本、电子玩具等往小型化、薄型化发展，对电池电源提出了新的要求，要求电池不仅要有高能量密度，而且要具有质量轻、体积小的特点，催生了方形结构电池的大量使用。方形电池作为电池结构，普遍存在于各种一次性电池和可充电电池中。
现有技术中方形电池的电芯结构设计多为如图1所示卷绕式电芯结构和如图2a、b所示的分离叠片式电芯结构。图1中卷绕式电芯结构是极片和隔膜围绕着中轴卷绕而成，由于其电芯面积是由内而外逐步增加，难以获得最大的电极反应面积，不能使电池达到容量密度和能量密度的最大化；如图2a所示，的制备方法是将正极片、负极片和隔膜进行切片，把切片后的正极片202、负极片204和隔膜203按次序叠加到规定的层数，在叠片后需要将正、负极连接片分别设置极耳201，如图2b所示，再将这些极耳并接起来后形成正极极耳205和负极极耳206。分离叠片式电芯结构增大了电极反应面积，但需要分别进行切片，并且需要在分切后的每片极片设置极耳，这增加了制造成本，而且在极耳并接时容易留下短路的隐患，电池的安全性下降。
发明内容
本发明提供一种方形电池电芯结构和制备方法，能有效地利用电池内容积，进而最大化电极反应面积，达到单位体积内容量密度的最大化；同时能够降低制造成本，增加电池的安全性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种方形电池电芯结构，包括正极片、负极片以及位于正负极片之间的隔膜，所述电芯结构通过整体卷绕形成的“Z”字形半包围结构，其中正极片与负极片分别为整块连续结构，分别连接有一个正极极耳和负极极耳。
所述的方形电池电芯结构，其正极片的集流体为整块连续结构。
所述的方形电池电芯结构，其负极片的集流体为整块连续结构。
所述的方形电池电芯结构的制备方法，包括：
制作正极片、负极片和隔膜；
将正极片、负极片和隔膜叠加在一起形成复合结构，其中隔膜位于正极片与负极片中间；
将所述复合结构进行整体“Z”状卷绕；
分别将正极极耳和负极极耳分别连接在正极片和负极片上。
所述的制备方法，其分别制作正极片、负极片和隔膜包括：
对于厚度为0.45mm以上的极片，将电极材料、粘合剂以及溶剂以一定比例拌和均匀后制成膏状，用碾磨机碾压成适当厚度的极片。分切并复压在集流体上，并在冲切时留下折叠的空隙以方便折叠，从而完成整体连续叠片。
所述的制备方法，其分别制作正极片、负极片和隔膜包括：
对于厚度为0.15mm至0.45mm的极片，选择涂布工艺，在涂布时留下折叠空隙，实现整体连续叠片。
所述的制备方法，其分别制作正极片、负极片和隔膜包括：
对于厚度为0.05mm至0.14mm的正极片，用直接整体涂布工艺，实现整体连续叠片。
本发明的电芯结构，所有叠片是整块连续结构，不需要在每片叠片上设置正极极耳和负极极耳，再用连接片并接正极极耳和负极极耳，只需要连接一对正负极极耳，减少了制造成本。而且减少了连接片连接多个极耳带来的短路风险，提高了电池的安全性能。
附图说明
图1为现有技术中卷绕式电芯结构的结构示意图；
图2a和b为现有技术中分离叠片式电芯结构的结构示意图；
图3为本发明实施例方形电池电芯的结构示意图；
图4为本发明实施例方形电池电芯的展开示意图；
图5为本发明实施例方形电池电芯的折叠结构示意图；
图6为本发明实施例方形电池电芯的折叠结构示意图；
图7a和b为本发明实施例的超薄型方形电池的结构示意图。
具体实施方式
如图3所示，本发明实施例提供一种新型方形电池电芯结构，这种电芯结构适用于一次性电池，也适用于可充电电池；其中可充电电池可以是锂离子电池，一次性电池可以为锂锰电池。
与现有技术的分离叠片式结构不同的是，本发明实施例提供一种连续叠片式结构的电芯。这种连续叠片式结构中包含至少两层叠片，每层叠片包括正极片和负极片，以及正极片和负极片之间的隔膜。连续叠片式结构与分离叠片式结构最大的区别点在于，分离叠片式结构中每层叠片是相互分离的，每层叠片是一个相对独立的子单位，而连续叠片式结构中上下叠片之间是直接相连的，上下叠片中间的正极片309、负极片310和隔膜303也是各自直接连接。如图4所示，整个电芯结构是由一个“Z”字形半包围结构，即对包含有正极片309、负极片310和隔膜303的复合结构进行整体“Z”状卷绕得到，其中整个正极或负极的集流体为一整块连续的铝箔或铜箔。
如图3所示正、负极片上分别连接有一个正极极耳301和负极极耳302，正极极耳和负极极耳可以通过极耳胶与正极片和负极片连接，也可以是通过焊接与正极片与负极片连接。
在连续叠片式结构中，由于所有叠片是整块连续结构，那么不需要在每片叠片上设置正极极耳和负极极耳，再用连接片并接正极极耳和负极极耳，只需要连接一对正极耳或负极耳，减少了制造成本。而且减少了连接片连接带来的短路风险，提高电池的安全性能。
本发明实施例还提供这种方形电池连续叠片式电极结构的制备方法。
S1：分别制作正极片、负极片和隔膜
具体地，一次锂电池的负极为按电池容量设计的与正极厚度相当的金属锂带或锂箔，该金属锂带或锂箔可以单独使用。优选的方法是将锂带或锂箔单面或双面复合在集流体上(如铜箔、不锈钢网)
用粉未材料制作极片(正极或负极片)则应根据极片厚度的不同采取不同的极片制备方法：
S11：对于厚度为0.45mm以上的极片，采用碾膜工艺，将电极材料、粘合剂以及溶剂以一定比例拌和均匀后制成膏状，用碾磨机碾压成适当厚度的极片。分切并复压在集流体上，并在冲切时留下折叠的空隙以方便折叠，从而完成整体连续叠片。
S12：对于中等厚度的极片(0.15～0.45mm)，则选择涂布工艺，在涂布时留下折叠空隙，从而实现整体连续叠片。
具体地，在中等厚度的极片之集流体上选择涂布极片材料的区域，留下中间无涂层留白处，留白处为折叠空隙。
通过这两种方式，保持了极片集流体的连通，同时也方便折叠，便于后续制作电芯结构。
S13：对于薄型的极片(0.05～0.14mm)，采用直接整体涂布工艺，实现整体连续叠片。
具体地，对于薄型的极片，在集流体的一面上连续涂布极片材料。与极耳联接处去除极片材料后再焊接。
S14：对于电池的厚度在0.45mm以下的超薄型电池，采用单面涂布工艺，冲切后与隔膜、负极直接叠片组成电池。
具体地，如图7a所示，在单层正极片709和负极片710的集流体上分别涂布活性物质，并分别连接正极极耳701和负极极耳702，在正极片709和负极片710中间放置隔膜703，形成如7b所示的电芯结构。
S2：将正极片、负极片和隔膜叠加在一起形成复合结构
在正极片709和负极片710中间放置隔膜703，形成如7b所示的电芯结构。
S3：将复合结构按照实际需要进行整体“Z”状卷绕
将包含有正极片、负极片和隔膜的复合结构按照实际需要进行“Z”状卷绕，具体地，按照预先设置的折叠空隙进行“Z”状卷绕。
S4：分别将正极极耳和负极极耳分别连接在正极片和负极片上。
具体地，是将极耳通过焊接的方式分别将正极极耳和负极极耳分别连接在正极片和负极片上。
在连续叠片式结构中，由于所有叠片是整块连续结构，就不需要在每片叠片上设置正极极耳和负极极耳，再用连接片并接正极极耳和负极极耳；只需要连接一对正、负极极耳，减少了制造成本。而且减少了连接片连接带来的短路风险，提高电池的安全性能。
这种高安全性能的方形电池用于对电池有高容量高功率要求的产品上，如RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种方形电池电芯结构，包括正极片、负极片以及位于正负极片之间的隔膜，其特征在于，所述电芯结构通过整体卷绕形成的“Z”字形半包围结构，其中正极片与负极片分别为整块连续结构，分别连接有一个正极极耳和负极极耳。
2.如权利要求1所述的方形电池电芯结构，其特征在于，所述正极片的集流体为整块连续结构。
3.如权利要求1所述的方形电池电芯结构，其特征在于，所述负极片的集流体为整块连续结构。
4.一种方形电池电芯结构的制备方法，其特征在于，包括：
制作正极片、负极片和隔膜；
将正极片、负极片和隔膜叠加在一起形成复合结构，其中隔膜位于正极片与负极片中间；
将所述复合结构进行整体“Z”状卷绕；
分别将正极极耳和负极极耳分别连接在正极片和负极片上。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分别制作正极片、负极片和隔膜包括：
对于厚度为0.45mm以上的极片，将电极材料、粘合剂以及溶剂以一定比例拌和均匀后制成膏状，用碾磨机碾压成适当厚度的极片。分切并复压在集流体上，并在冲切时留下折叠的空隙以方便折叠，从而完成整体连续叠片。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分别制作正极片、负极片和隔膜包括：
对于厚度为0.15mm至0.45mm的极片，选择涂布工艺，在涂布时留下折叠空隙，实现整体连续叠片。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分别制作正极片、负极片和隔膜包括：
对于厚度为0.05mm至0.14mm的正极片，用直接整体涂布工艺，实现整体连续叠片。
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