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CN112397683B - 一种无极耳锂电池及其制备方法 - Google Patents

一种无极耳锂电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种无极耳锂电池及其制备方法。一种无极耳锂电池，包括锂电池电芯，所述的锂电池电芯是负极片、隔膜、正极片、隔膜经叠加后卷绕制成；负极片从上至下依次为基带层Ⅰ、绝缘层Ⅰ、涂浆层Ⅰ，正极片从上至下依次为涂浆层Ⅱ、绝缘层Ⅱ、基带层Ⅱ；叠加后隔膜的上端与绝缘层Ⅰ的上端高度一致，隔膜的下端与绝缘层Ⅱ的下端高度一致；卷绕后基带层Ⅰ、基带层Ⅱ向轴心方向90°折边，折边后，与金属集流片焊接。得到锂电池电芯。该无极耳锂电池能够杜绝大电流输入输出时因急剧发热产生的安全和功能上的缺患。

Description

一种无极耳锂电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种无极耳锂电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种可以反复充放电的化学电源。充电时，锂离子从正极脱离，嵌入负极；放电时过程相反，因此锂离子电池又俗称“摇椅电池”
通常地，锂离子电池的结构包含几个必不可少的部件。正极、负极、多孔隔离膜、电解液、外壳密封组件等。其中正、负极的制造流程一般如下。粉末状活性物质和导电剂、粘接剂及其它添加剂经高速搅拌分散成均匀的浆料后被涂覆到导电基材如金属箔材或网状金属的两面，烘干后经压辊压实，再分切成任意长宽的长方形极片。极片头尾部或中间的部分区域两面没有活性物质，在这些空白区域焊接一条或几条金属箔材，在电池行业内俗称“极耳”。两电极的“极耳”分别与电池的金属壳体或顶部金属部件通过焊接相连。正极的导电基材一般为铝或其合金材料，负极的导电基材一般为铜或其合金。“极耳”一般为铝、镍、铜等金属材料。
以圆柱型电池为例，正极和负极以及多孔塑料薄膜通过卷绕方式组成电芯组件，电芯组件置于金属拉伸形成的罐状壳体中，其中一个电极“极耳”与壳体焊接相连，另一个电极的“极耳”与电池的顶部金属部件焊接相连，顶部金属部件预先放置在一塑料环状部件中，该部件的内径和外径分别与顶部金属外侧和壳体内侧紧密配合。向壳体内部注入电解质溶液后，通过机械模具和冲压装置对外壳顶部进行压缩，达到电池密封的目的。
然而常规锂离子电池的结构和制造技术存在一些不足。如极片的导流以及电极与外壳金属部件都是通过有限面积的箔材(即极耳)完成，这样的结构会导致电极活性物质发挥的不充分，而且电能输出和输入的损耗较大，尤其是输出输入电流比较大的场合，如快速充电或快速放电的情况，会导致因大电流通过而使极耳极度发热引发电池在安全和功能上的缺患。
发明内容
为解决上述问题本发明提供了一种无极耳锂电池的制备方法，通过多点面接触将锂电池电流从锂电池正、负极片的集流体直接导通到锂电池外壳的正、负极两端。
本发明采用的技术方案为：一种无极耳锂电池，包括锂电池电芯，所述的锂电池电芯是负极片、隔膜、正极片、隔膜经叠加后卷绕制成；负极片从上至下依次为基带层Ⅰ、绝缘层Ⅰ、涂浆层Ⅰ，正极片从上至下依次为涂浆层Ⅱ、绝缘层Ⅱ、基带层Ⅱ；叠加后隔膜的上端与绝缘层Ⅰ的上端高度一致，隔膜的下端与绝缘层Ⅱ的下端高度一致；卷绕后基带层Ⅰ、基带层Ⅱ向轴心方向90°折边，得到锂电池电芯。
上述的一种无极耳锂电池，所述的涂浆层Ⅰ的宽度小于涂浆层Ⅱ的宽度。
上述的一种无极耳锂电池，所述的涂浆层Ⅰ和涂浆层Ⅱ表面涂有锂电池活性物质浆料。
上述的一种无极耳锂电池，所述的绝缘层Ⅰ和绝缘层Ⅱ是绝缘材料涂布得到的，所述的绝缘材料是具有电化学惰性的、热稳定性的材料；所述的绝缘材料是硅胶、陶瓷、Al2O3、Ba2O3、SiO2中的一种或多种。
上述的一种无极耳锂电池，所述的正极片、负极片是铝箔或铜箔。
上述的任一项所述的无极耳锂电池，所述的锂电池电芯包括如下步骤：
1)在正极片从上至下分别涂覆锂电池活性物质浆料、绝缘材料，得到涂浆层Ⅱ、绝缘层Ⅱ、正极片下方留白得到基带层Ⅱ；
2)负极片从下至上分别涂覆锂电池活性物质浆料、绝缘材料，得到涂浆层Ⅰ、绝缘层Ⅰ负极片上方留白得到基带层Ⅰ；
3)将负极片、隔膜、正极片、隔膜依次叠加，使隔膜的上端与绝缘层Ⅰ的上端高度一致，隔膜的下端与绝缘层Ⅱ的下端高度一致；
4)叠加后以一端为起始端卷绕，卷绕后而得的卷芯两端的基带层Ⅰ、基带层Ⅱ再分别向轴心方向90°折边，制得锂电池电芯。
上述的一种无极耳锂电池的制备方法，步骤1)中，涂浆层Ⅰ、涂浆层Ⅱ的宽度为1～3mm。
上述的一种无极耳锂电池的制备方法，步骤1)中，基带层Ⅰ、基带层Ⅱ的宽度为0.3～2.5mm。
上述的一种无极耳锂电池的制备方法，所述的卷绕是通过辊轮进行的，所述的辊轮步进速度或步进进程＝f(卷绕速度，卷针直径，卷针初始位置，负极片厚度，正极片厚度，隔膜厚度)。
上述的一种无极耳锂电池的制备方法，还包括如下步骤，基带层Ⅰ、基带层Ⅱ分别向轴心方向90°折边后，与金属集流片焊接。
本发明的有益效果是：
极片的电荷导流，尤其是在大电流输出输入的场合下，会因阻抗增大而产生大量热量，本发明方法不需要额外极耳部件，借用导电性能优良的集流体的箔材本身通过多点连通将电芯上的电流快速输入或输出，并且由于极片箔材上有多点电流输入或输出通道，亦可以缩短电流输入或输出路径、降低阻抗、使锂电池活性物质的发挥更高效、充分。本发明方法能够杜绝因此产生的安全和功能上的缺患；在制备工艺流程上也更完美、易行。
附图说明
图1是正极极片展开示意图；
图2是锂电池电芯展开示意图；
图3是锂电池卷绕示意图。
图4a是锂电池电芯端面示意图；
图4b是纵剖图的折边部分示意图；
图5是各种类型金属集流片示意图；
图6是锂电池电芯焊接端面示意图；
其中：1-负极片；2-基带层Ⅰ；3-绝缘层Ⅰ；4-涂浆层Ⅰ；5-隔膜；6-正极片；7-基带层Ⅱ；8-绝缘层Ⅱ；9-涂浆层Ⅱ。
具体实施方式
实施例1一种无极耳锂电池的制备方法
1)在正极片6从上至下分别涂覆锂电池活性物质浆料、绝缘材料，得到涂浆层Ⅱ9、绝缘层Ⅱ8、正极片6下方留白得到基带层Ⅱ7；基带层Ⅱ7的宽度为0.3～2.5mm，涂浆层Ⅱ9的宽度为1～3mm。
2)负极片1从下至上分别涂覆锂电池活性物质浆料、绝缘材料，得到涂浆层Ⅰ4、绝缘层Ⅰ3负极片1上方留白得到基带层Ⅰ2；如图1所示。涂浆层Ⅰ4的宽度为1～3mm。基带层Ⅰ2的宽度为0.3～2.5mm。涂浆层Ⅰ4的宽度大于涂浆层Ⅱ9的宽度。
绝缘层Ⅰ3、绝缘层Ⅱ8其目的一是保护所述极片活性物质涂布区域在电池制备过程中不掉粉，二是对所述极片空白区域折边时有支撑作用；
3)将负极片1、隔膜5、正极片6、隔膜5依次叠加，使隔膜5的上端与绝缘层Ⅰ3的上端高度一致，隔膜5的下端与绝缘层Ⅱ8的下端高度一致。
4)叠加后以一端为起始端卷绕，基带层Ⅰ2、基带层Ⅱ7向轴心方向90°折边，折边时控制电芯旋转，固定折边步进辊轮、并使之只在水平方向前进或后退。所述极片的折边的折线处位于所述极片的所述基带层和绝缘层交界处或附近的所述基带层内。制得无极耳锂电池。所述的卷绕是通过辊轮进行的，折边步进辊轮的布进速度可根据锂电池型号、要求而设计的极片、隔膜厚度和宽度做相应的调整，并满足如下的函数关系：所述的辊轮步进速度或步进进程＝f(卷绕速度，卷针直径，卷针初始位置，负极片厚度，正极片厚度，隔膜厚度)；所述折边步进辊轮的控制可以是机械曲轮控制、或电机自动控制、或其它可达到相同效果的任一控制方法，并在完成一个锂电池电芯组件折边后，回到折边初始时的位置。
5)基带层Ⅰ2、基带层Ⅱ7分别向轴心方向90°折边后，折边后的锂电池电芯两个端面是正极片、负极片折边形成的平面，见附图4。折边后形成的平面与金属集流片进行焊接，完成所述锂电池电芯的组装，所述的金属集流片可以是附图5显示的任意一种，不局限于图5所示，附图6显示部分方式的焊线形状和焊点位置。

Claims (9)

1.一种无极耳锂电池，其特征在于，包括锂电池电芯，所述的锂电池电芯是负极片（1）、隔膜（5）、正极片（6）、隔膜（5）经叠加后卷绕制成；负极片（1）从上至下依次为基带层Ⅰ（2）、绝缘层Ⅰ（3）、涂浆层Ⅰ（4），正极片（6）从上至下依次为涂浆层Ⅱ（9）、绝缘层Ⅱ（8）、基带层Ⅱ（7）；叠加后隔膜（5）的上端与绝缘层Ⅰ（3）的上端高度一致，隔膜（5）的下端与绝缘层Ⅱ（8）的下端高度一致；卷绕后基带层Ⅰ（2）、基带层Ⅱ（7）向轴心方向90°折边，得到锂电池电芯；
所述的涂浆层Ⅰ（4）的宽度小于涂浆层Ⅱ（9）的宽度。
2.根据权利要求1所述的一种无极耳锂电池，其特征在于，所述的涂浆层Ⅰ（4）和涂浆层Ⅱ（9）表面涂有锂电池活性物质浆料。
3.根据权利要求2所述的一种无极耳锂电池，其特征在于，所述的绝缘层Ⅰ（3）和绝缘层Ⅱ（8）是绝缘材料涂布得到的，所述的绝缘材料是具有电化学惰性的、热稳定性的材料；所述的绝缘材料是硅胶、陶瓷、Al2O3、Ba2O3、SiO2中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种无极耳锂电池，其特征在于，所述的正极片（6）、负极片（1）是铝箔或铜箔。
5.权利要求1-4任一项所述的无极耳锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）正极片（6）从上至下分别涂覆锂电池活性物质浆料、绝缘材料，得到涂浆层Ⅱ（9）、绝缘层Ⅱ（8）、正极片（6）下方留白得到基带层Ⅱ（7）；
2）负极片（1）从下至上分别涂覆锂电池活性物质浆料、绝缘材料，得到涂浆层Ⅰ（4）、绝缘层Ⅰ（3）负极片（1）上方留白得到基带层Ⅰ（2）；
3）将负极片（1）、隔膜（5）、正极片（6）、隔膜（5）依次叠加，使隔膜（5）的上端与绝缘层Ⅰ（3）的上端高度一致，隔膜（5）的下端与绝缘层Ⅱ（8）的下端高度一致；
4）叠加后以一端为起始端卷绕，卷绕后而得的卷芯两端的基带层Ⅰ（2）、基带层Ⅱ（7）再分别向轴心方向90°折边，制得锂电池电芯。
6.根据权利要求5所述的一种无极耳锂电池的制备方法，其特征在于，步骤1）中，涂浆层Ⅰ（4）、涂浆层Ⅱ（9）的宽度为1~3mm。
7.根据权利要求6所述的一种无极耳锂电池的制备方法，其特征在于， 步骤1）中，基带层Ⅰ（2）、基带层Ⅱ（7）的宽度为0.3~2.5mm。
8.根据权利要求7所述的一种无极耳锂电池的制备方法，其特征在于，所述的卷绕是通过辊轮进行的，所述的辊轮步进速度或步进进程 = f（卷绕速度，卷针直径，卷针初始位置，负极片厚度，正极片厚度，隔膜厚度）。
9.根据权利要求8所述的一种无极耳锂电池的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤，基带层Ⅰ（2）、基带层Ⅱ（7）分别向轴心方向90°折边后，与金属集流片焊接。
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