一種軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池，具體是一種動(dòng)力電池的卷芯結(jié)構(gòu)，該卷芯結(jié)構(gòu)是疊片式與卷繞式相結(jié)合的特殊結(jié)構(gòu)，從而結(jié)合了卷繞方式的生產(chǎn)高效性和疊片方式的優(yōu)良大電流放電性能及安全性能。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鋰電池技術(shù)逐漸趨于成熟，各國大力發(fā)展電動(dòng)汽車，一方面解決日益貧乏的石油燃?xì)赓Y源，另一方面解決自然環(huán)境受到破環(huán)的危機(jī)感與日劇增。因此，目前政府投入大力資金，來發(fā)展電動(dòng)汽車。鋰電池作為電動(dòng)力汽車關(guān)鍵部件，其充電時(shí)間太長一直成為動(dòng)力汽車廣泛推廣應(yīng)用的主要限制條件之一。而作為鋰電池的核心部件，電芯的制作直接影響到鋰電池的性能，因此目前對(duì)鋰電池的改進(jìn)主要圍繞鋰電池的電芯來展開。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，鋰電池的電芯根據(jù)制作方法可以分為兩種，卷繞式電芯和疊片式電芯。其中，卷繞式電芯，一般是由一片負(fù)極極片、一片隔膜、一片正極極片卷繞而成。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是鋰離子電池一致性高、生產(chǎn)效率高；缺點(diǎn)是卷繞的層數(shù)和極片的大小受到一定的限制，否則電芯容易出現(xiàn)打皺、張力分布不均的現(xiàn)象，因此行業(yè)內(nèi)一般是對(duì)于容量小于5Ah的電芯采用卷繞工藝。疊片式電芯，是由負(fù)極極片和正極極片交替放入隔膜中，隔膜呈Z字型的結(jié)構(gòu)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是電芯的層數(shù)以及極片的尺寸不受限制，行業(yè)內(nèi)一般對(duì)于容量大于5Ah的電芯采用疊片工藝；缺點(diǎn)是該方法制備的極芯在化成后容易夾雜氣泡，并且在疊片的過程中容易出現(xiàn)錯(cuò)位的現(xiàn)象，另外生產(chǎn)效率低、不適宜規(guī)模化生產(chǎn)等。而要成為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池，鋰電池必須是大容量型鋰離子電池，痛毆而由上分析可知，對(duì)于大容量鋰電池的電芯，常規(guī)的卷繞式和疊片式結(jié)構(gòu)都不是最佳的選擇。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]因此，針對(duì)上述的問題，本實(shí)用新型提出一種新型的軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，對(duì)現(xiàn)有的電芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合了卷繞式結(jié)構(gòu)和疊片式結(jié)構(gòu)的電芯的優(yōu)勢(shì)，制作成一種一致性高、生產(chǎn)效率高且大容量的鋰電池。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，包括極組、正極耳和負(fù)極耳；其中，極組包括第一隔膜、正極片、第二隔膜和負(fù)極片，負(fù)極片的端部向外延伸有負(fù)極空箔，負(fù)極耳設(shè)于該負(fù)極空箔上；正極片的端部向外延伸有正極空箔，正極耳設(shè)于該正極空箔上；第一隔膜、負(fù)極片、第二隔膜和正極片依次排列，并通過半自動(dòng)卷繞機(jī)卷繞形成一層狀結(jié)構(gòu)；正極耳和負(fù)極耳均伸出該層狀結(jié)構(gòu)之外，且正極耳和負(fù)極耳均與該層狀結(jié)構(gòu)的卷繞方向平行。
[0006]其中，所述正極片包括一層厚度為16 μ m-25 μ m的鋁箔，該鋁箔上涂覆有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料(鎳鈷錳三元電池材料簡(jiǎn)稱三元材料)等正極料中的一種或多種。所述負(fù)極片包括一層厚度為9 μπι-12 μπι的銅箔，該銅箔上涂覆有石墨、鈦酸鋰等負(fù)極料的一種或多種。所述正極耳和負(fù)極耳是由一定尺寸的改性聚丙烯膠帶(改性聚丙烯是由聚丙烯填充石灰粉、玻璃纖維或者其他的塑料共聚或是混合、染色、添加成核劑、阻燃劑等其他助劑等等而形成)與金屬帶組成。所述第一隔膜和第二隔膜是由單向熱拉伸形成的，是為了防止電池電子短路、而讓離子通過，其是由特殊的聚丙烯材料制成。本實(shí)用新型的卷芯與常規(guī)卷芯的不同之處在于，本實(shí)用新型的卷芯的正負(fù)兩個(gè)極耳的焊接位置在卷芯的外部，與卷繞方向平行，而常規(guī)的卷芯在卷芯內(nèi)部，與卷繞方向垂直。
[0007]進(jìn)一步的，所述負(fù)極空箔采用銅箔實(shí)現(xiàn)。所述正極空箔采用鋁箔實(shí)現(xiàn)。
[0008]本實(shí)用新型采用了上述結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn):1、正極片的鋁箔與正極空箔(鋁箔)、負(fù)極片的銅箔與負(fù)極空箔(銅箔)之間分別通過正極耳、負(fù)極耳連接在一起，增加電池充放電時(shí)大電流放電性能；2、由于卷芯外端有作為負(fù)極空箔的銅箔、以及作為正極空箔的鋁箔，便于散熱，有效解決電池濫用的熱失控造成爆炸，燃燒的問題；3、本實(shí)用新型同樣采用卷繞生產(chǎn)方式，通過特殊的卷芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合了卷繞方式的生產(chǎn)高效性和疊片方式的優(yōu)良大電流放電性能及安全性能，比疊片生產(chǎn)方式的效率有明顯提高。
【附圖說明】
[0009]圖1為現(xiàn)有的普通軟包裝鋰電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為現(xiàn)有的普通軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3為本實(shí)用新型的軟包裝鋰電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4為本實(shí)用新型的軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0014]現(xiàn)有制作軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)的工藝中，卷繞工藝的優(yōu)勢(shì)在于制成容易，疊片工藝的優(yōu)勢(shì)在于電池容量大且質(zhì)量好。而當(dāng)疊片電池在實(shí)際生產(chǎn)中制備不易，在遇到各種問題時(shí)，電池的最終質(zhì)量就難以得到保證。因此，本實(shí)用新型對(duì)現(xiàn)有鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其具有疊片結(jié)構(gòu)，然后采用簡(jiǎn)單易行的卷繞工藝制備，從而實(shí)現(xiàn)一種既有卷繞式電芯的一致性高、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，又有疊片式電芯的大容量且質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)的鋰電池。
[0015]具體的，本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)方案如下:一種軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，包括極組和正負(fù)兩個(gè)極耳；極組由兩層隔膜，一層正極片，一層負(fù)極片組成，通過半自動(dòng)卷繞機(jī)卷成一個(gè)類長方體層狀物。隔膜是由單向熱拉伸形成一種防止電池電子短路，而讓離子通過的特殊的聚丙烯材料。正極片由一層厚度16 μ m-25 μπι鋁箔與涂覆其上的正極料區(qū)(磷酸鐵鋰，三元材料，錳酸鋰等)組成；負(fù)極片是由一層厚度9 μm-12 μπι銅箔與涂覆其上的負(fù)極料區(qū)(石墨，鈦酸鋰等)組成；正負(fù)兩個(gè)極耳由一定尺寸的改性聚丙烯膠帶與金屬帶組成。
[0016]作為一個(gè)具體的實(shí)施方式，參見圖3和圖4，本實(shí)用新型的一種軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)極組1、一個(gè)正極耳2和一個(gè)負(fù)極耳3。極組I由一條正極片4，一條負(fù)極片5和兩層隔膜6 (記為第一隔膜61和第二隔膜62)通過半自動(dòng)卷繞機(jī)卷繞而成類似長方體的疊層物。正極片4由占整個(gè)正極片4面積的1/8-1/10的空鋁箔7和正極片4面積的7/8-9/10的涂覆有正極料區(qū)8的鋁箔組成，負(fù)極片5由占整個(gè)負(fù)極片5面積的1/8-1/10的空銅箔9和占整個(gè)負(fù)極片5面積的7/8-9/10的涂覆有負(fù)極料區(qū)10的銅箔組成。正極片4和負(fù)極片5之間對(duì)應(yīng)放置一層隔膜6。隔膜6為特殊的聚丙烯材料。卷繞完成后，用超聲波焊接機(jī)將正極耳2焊接在伸出極組外端的堆疊的空鋁箔7上，同樣負(fù)極耳3焊接在伸出極組外端的堆疊的空銅箔7上，即為一種軟包鋰電疊片式與卷繞式結(jié)合的特殊結(jié)構(gòu)。
[0017]總之，堆疊的空鋁箔7與正極耳2連接，堆疊的空銅箔9與負(fù)極耳3連接，集流體厚度增加，根據(jù)R=P*L/S，降低了電池的歐姆電阻。電池放電時(shí)，電流通過正極耳2與負(fù)極耳3，分別進(jìn)入各層正極片4與負(fù)極片5，相當(dāng)于極組I之間分成數(shù)個(gè)獨(dú)立小電池的并聯(lián)，大電流放電性能增加；同時(shí)在針刺，短路，重物沖擊等電池濫用測(cè)試條件下，由于熱量是沿著與電池寬面平面平行的方向迅速傳開的，此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)堆疊的卷芯外端有空銅箔9與空鋁箔7，非常容易散熱，解決了電池濫用的熱失控造成爆炸，燃燒的問題；此外由于同樣采用卷繞生產(chǎn)方式，效率明顯比疊片生產(chǎn)方式提升。
[0018]圖1和圖2為現(xiàn)有技術(shù)的普通軟包裝鋰電池的結(jié)構(gòu)示意圖，圖示中的標(biāo)號(hào)代表部件如下:100為正極耳、200為負(fù)極耳、201為正極片、101為負(fù)極片、300為隔膜；圖3和圖4為本實(shí)用新型的軟包裝鋰電池的結(jié)構(gòu)示意圖。對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)的圖1和圖2，本實(shí)用新型的新型卷芯與常規(guī)卷芯不同之處在于，新型卷芯兩個(gè)極耳焊接位置在卷芯外部，與卷繞方向平行，而常規(guī)卷芯在卷芯內(nèi)部，與卷繞方向垂直。
[0019]綜上，本實(shí)用新型提供的上述軟包鋰電，采用疊片式與卷繞式相結(jié)合的特殊卷芯結(jié)構(gòu)，大大提高了電池的生產(chǎn)效率、安全性能與大電流放電性能，且方便實(shí)用，具有很好的實(shí)用性。
[0020]盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本實(shí)用新型做出各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括極組、正極耳和負(fù)極耳；其中，極組包括第一隔膜、正極片、第二隔膜和負(fù)極片，負(fù)極片的端部向外延伸有負(fù)極空箔，負(fù)極耳設(shè)于該負(fù)極空箔上；正極片的端部向外延伸有正極空箔，正極耳設(shè)于該正極空箔上；第一隔膜、負(fù)極片、第二隔膜和正極片依次排列，并通過半自動(dòng)卷繞機(jī)卷繞形成一層狀結(jié)構(gòu)；正極耳和負(fù)極耳均伸出該層狀結(jié)構(gòu)之外，且正極耳和負(fù)極耳均與該層狀結(jié)構(gòu)的卷繞方向平行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述正極片包括一層厚度為16 μ m-25 μ m的鋁箔，該鋁箔上涂覆有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料中的一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述正極空箔采用鋁箔實(shí)現(xiàn)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述正極片由占整個(gè)正極片面積的1/8-1/10的空鋁箔和占整個(gè)正極片面積的7/8-9/10的涂覆有正極料區(qū)的鋁箔組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述負(fù)極片包括一層厚度為9 μπι-12 μπι的銅箔，該銅箔上涂覆有石墨、鈦酸鋰中的一種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述負(fù)極空箔采用銅箔實(shí)現(xiàn)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述負(fù)極片由占整個(gè)負(fù)極片面積的1/8-1/10的空銅箔和占整個(gè)負(fù)極片面積的7/8-9/10的涂覆有負(fù)極料區(qū)的銅箔組成。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種軟包裝鋰電池的卷芯結(jié)構(gòu)，該卷芯結(jié)構(gòu)包括極組、正極耳和負(fù)極耳；其中，極組包括第一隔膜、正極片、第二隔膜和負(fù)極片，負(fù)極片的端部向外延伸有負(fù)極空箔，負(fù)極耳設(shè)于該負(fù)極空箔上；正極片的端部向外延伸有正極空箔，正極耳設(shè)于該正極空箔上；第一隔膜、負(fù)極片、第二隔膜和正極片依次排列，并通過半自動(dòng)卷繞機(jī)卷繞形成一層狀結(jié)構(gòu)；正極耳和負(fù)極耳均伸出該層狀結(jié)構(gòu)之外，且正極耳和負(fù)極耳均與該層狀結(jié)構(gòu)的卷繞方向平行。本實(shí)用新型采用疊片式與卷繞式相結(jié)合的特殊卷芯結(jié)構(gòu)，大大提高了電池的生產(chǎn)效率、安全性能與大電流放電性能，且方便實(shí)用，具有很好的實(shí)用性。
【IPC分類】H01M10/0587, H01M2/20
【公開號(hào)】CN204857827
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520247034
【發(fā)明人】于理茲, 廖劍樹
【申請(qǐng)人】深圳市斯盛能源股份有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年4月22日