專利名稱：一種卷繞式疊片方形鋰離子電芯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及鋰離子電池的電芯，特別是卷繞式疊片方形鋰 離子電芯及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池因?yàn)槠涔ぷ麟妷焊?，比能量大，自放電小等突出特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于諸 多領(lǐng)域，特別是手機(jī)、電子行業(yè)。隨著鋰電池應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)也逐漸將鋰電 池用于提供動(dòng)力。目前常用的鋰離子電池結(jié)構(gòu)主要為疊片式和卷繞式，由于在常規(guī)正負(fù) 極疊片技術(shù)中，極片和隔離膜中間沒(méi)有張力，電池在放電過(guò)程中由于極片的膨脹會(huì)使電芯 產(chǎn)生很大的變形，造成鼓殼，同時(shí)使隔離膜容易起皺，鋰容易存積在起皺處，影響電池性能 (容量變小，循環(huán)次數(shù)變低，自放電變高等)，并且疊片式鋰離子電池的生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 卷繞式鋰離子電池。目前卷繞式鋰離子電池的電芯包括有卷繞針、正極片、負(fù)極片、隔離膜、正極耳和 負(fù)極耳，通常采用正負(fù)極片之間用隔離膜隔開(kāi)，整體卷繞在卷繞針上制成，采用這種方法制 成的方形鋰離子電池只適合非常薄(厚度不超過(guò)IOmm)的方形電池的電芯卷繞，對(duì)于容量 大的厚電池來(lái)說(shuō)，不但壓平比較困難，而且在卷繞或壓平時(shí)，由于曲率半徑太小，電芯的兩 端側(cè)面(卷繞針兩側(cè)邊)端彎角處的極片不容易屈服，造成極片上的電極材料的脫落或產(chǎn) 生裂紋，從而降低了電池的性能，增大了電池的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種卷繞 式疊片方形鋰離子電芯及其制備方法，該卷繞式疊片方形鋰離子電芯的兩端側(cè)面(卷繞針 兩側(cè)邊)端彎角處的極片容易屈服，不會(huì)造成極片上的電極材料的脫落或產(chǎn)生裂紋。本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用解決方案為一種卷繞式疊片方形鋰離子電芯，它包括板狀卷繞針，卷繞針上卷繞有帶狀的極 片；所述極片包括帶狀基層，基層的面上涂布有電極材料；其特征在于極片上包括電極材 料的涂布區(qū)域和用于將涂布區(qū)域斷開(kāi)的隔離區(qū)域，隔離區(qū)域位于卷繞于卷繞針兩側(cè)邊的極 片上，隔離區(qū)域的范圍包含整個(gè)卷繞于卷繞針兩側(cè)邊的極片。上述方案中，所述隔離區(qū)域?yàn)橄噜弮赏坎紖^(qū)域之間沒(méi)有涂布電極材料的區(qū)域。上述方案中，所述隔離區(qū)域?yàn)椴萌ゲ糠謽O片后所形成的區(qū)域。上述方案中，所述極片包括正極片和負(fù)極片，正極片和負(fù)極片疊層卷繞在卷繞針 上，負(fù)極片上的涂布區(qū)域大于并覆蓋疊層相鄰的正極片上的涂布區(qū)域。卷繞式疊片方形鋰離子電芯的制作方法，它包括制備帶狀極片的步驟和將制備好 的帶狀極片卷繞在板狀卷繞針上的步驟； 所述制備帶狀極片的步驟具體為 計(jì)算出各隔離區(qū)域的寬度和處于極片上的位置，然后采用
連續(xù)涂布電極材料后裁去部分極片的方法、或者，連續(xù)涂布電極材料后去除部分涂布有電極材料的方法、或者，間歇涂布的方法制成帶狀極片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于極片上包括電極材料的涂布區(qū)域和用于將涂布區(qū)域斷開(kāi)的隔離區(qū)域，隔離區(qū)域位 于卷繞于卷繞針兩側(cè)邊的極片上，隔離區(qū)域的范圍包含整個(gè)卷繞于卷繞針兩側(cè)邊的極片； 即隔離區(qū)域中沒(méi)有電極材料，隔離區(qū)域又位于電芯的兩端側(cè)面的端彎角處，因此該處的極 片容易屈服，使得方形鋰離子電池容易被壓平，不會(huì)造成極片上的電極材料的脫落或產(chǎn)生 裂紋，從而提高了電池的性能，保證了電池的安全性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例制備時(shí)的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明實(shí)施例內(nèi)部結(jié)構(gòu)3是本發(fā)明實(shí)施例電極片表面涂布結(jié)構(gòu)之一圖4是本發(fā)明實(shí)施例電極片表面涂布結(jié)構(gòu)之二圖5是本發(fā)明實(shí)施例電極片表面涂布結(jié)構(gòu)之三圖6是本發(fā)明實(shí)施例電極片表面涂布結(jié)構(gòu)之四圖7是本發(fā)明實(shí)施例電極片表面涂布結(jié)構(gòu)之五圖中1_滾軸，2-電芯，3-卷繞針，4-正極片，5-負(fù)極片，6-隔離膜，7-正極耳， 8-負(fù)極耳，9-正極板，10-負(fù)極板，11-隔離區(qū)域。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明如圖1、2所示的本發(fā)明卷繞式疊片方形鋰離子電芯實(shí)施例，它包括板狀方形卷繞 針3，卷繞針3上卷繞有帶狀的極片；所述極片包括帶狀基層，基層的面上涂布有電極材料。 極片上包括電極材料的涂布區(qū)域和用于將涂布區(qū)域斷開(kāi)的隔離區(qū)域11，隔離區(qū)域11位于 卷繞于卷繞針3兩側(cè)邊的極片上，隔離區(qū)域11的范圍包含整個(gè)卷繞于卷繞針3兩側(cè)邊的極 片。所述極片包括正極片4和負(fù)極片5，正極片4和負(fù)極片5疊層卷繞在卷繞針3上， 負(fù)極片5上的涂布區(qū)域(負(fù)極板10)大于并覆蓋疊層相鄰的正極片4上的涂布區(qū)域(正極 板9)。正極片4由帶狀鋁箔和涂布在鋁箔上的正電極涂布層組成，負(fù)極片5是由帶狀銅 箔和涂布在銅箔上負(fù)電極涂布層組成，在正極片4和負(fù)極片5之間設(shè)置有隔離膜6隔開(kāi)，并 在側(cè)邊上分別設(shè)置有正極耳7和負(fù)極耳8，正極耳7和負(fù)極耳8分別上下對(duì)齊。所述隔離區(qū)域11為相鄰兩涂布區(qū)域之間沒(méi)有涂布電極材料的區(qū)域或裁去部分極 片后所形成的區(qū)域。本發(fā)明實(shí)施例的制作方法包括制備帶狀極片的步驟和將制備好的帶狀極片卷繞 在板狀卷繞針3上的步驟；所述制備帶狀極片的步驟具體為
計(jì)算出各隔離區(qū)域11的寬度和處于極片上的位置，然后采用連續(xù)涂布電極材料后裁去部分極片的方法、或者，連續(xù)涂布電極材料后去除部分涂布有電極材料的方法、或者，間歇涂布的方法制成帶狀極片。實(shí)際制作時(shí)，在30X40X50(內(nèi)框尺寸厚30mm，寬40mm，高50mm)方形電池中， 采用銅箔制作負(fù)極片5，負(fù)極片5寬度和厚度分別為36mm，0. 080mm，厚度為0. 010mm，采用 鋁箔制作正極片4，正極片4寬度厚度分別為34mm，0. 171mm,厚度為0. 015mm,隔離膜6厚 度為0. 020mm，卷繞針3寬度和厚度分別為37mm，0. 8mm。在涂布電極材料之前，通過(guò)卷繞針 3厚度，正負(fù)極片4和5厚的度和寬度，隔離膜6的厚度和不同的層先計(jì)算出極板與極板之 間的隔離區(qū)域11的寬度d，然后采用連續(xù)涂布后裁去部分極片的方法或者間歇性涂布的方 法，分別制造出制成帶狀正極片4和負(fù)極片5。然后按照正極片4、隔離膜6、負(fù)極片5、隔離 膜6的順序疊放在一起，最后通過(guò)滾軸1卷繞在卷繞針3上，在卷繞過(guò)程中，使隔離區(qū)域11 正對(duì)卷繞針3兩側(cè)邊(窄表面)，極板9和10正對(duì)卷繞針3的寬表面，開(kāi)始卷繞時(shí)隔離膜6 要卷繞1圈，然后是兩片負(fù)極板10緊貼卷繞針3，第一片負(fù)極板和第二片負(fù)極板的隔離區(qū)域 11的寬度為dl (負(fù))=0. 8+2x0. 020+2x0. 020+2x (37-36) /2 = 1. 88 (mm)，緊接著開(kāi)始卷繞正極板9，第一片正極板和第二片正極板的隔離區(qū)域dl (正)=0. 8+2x0. 020+2x0. 080+2x0. 020+2x(0. 020+0. 010+0. 020)+2 χ (37-34)/2 = 4. 14 (mm)，接下來(lái)卷繞負(fù)極板10，第二片負(fù)極板和第三片負(fù)極板的隔離區(qū)域?yàn)閐2 (負(fù))=0. 8+2x0. 020+2x0. 080+2x0. 020+2x0. 171+2x0. 020+2x (0. 020+0. 010+0. 020+0. 015+0. 020) +2x (37-36) /2 = 2. 591 (mm)，接下來(lái)卷繞正極板9，第二片正極板和第三片正極板的隔離區(qū)域?yàn)閐2 (正)=0. 8+2x (0. 020+0. 080+0. 020+0. 171+0. 020+0. 080+0. 020) +2χ (0· 020+0. 010+0. 020+0. 015+0. 020+0. 010+0. 020) +2x (37-34) /2 = 4. 852 (mm)以此類推，直到最后一層負(fù)極板10包住正極板9。如圖3所示的極片，它們的隔離區(qū)域11都是連續(xù)涂布后再用激光切割機(jī)或沖床 裁去部分極片后所形成，對(duì)于負(fù)極片5第一次激光切割或機(jī)械沖切dl (負(fù))為1. 88mm，第 二次激光切割或機(jī)械沖切d2 (負(fù))為2. 591mm,對(duì)于正極片4第一次激光切割或機(jī)械沖切 dl (正)為4. 14mm，第二次激光切割或機(jī)械沖切d2(正)為4. 852mm。其中，圖3是在極片 下邊留有2 4mm的不涂布邊作為連接邊。圖4是在隔離區(qū)域11內(nèi)留有2 4mm的相連邊不去除掉，對(duì)于圖3和圖4均只是 正反面都去除掉隔離區(qū)域11內(nèi)的涂布材料，而不切割掉鋁箔和銅箔；圖5是不留下邊，直 接用激光或機(jī)械方法將涂布材料連同鋁箔和銅箔一起切除掉。圖6的方法也是采用連續(xù)涂 布，保留鋁箔和銅箔，用激光和機(jī)械方法將隔離區(qū)域內(nèi)的正負(fù)極涂布材料正反面都清除掉。圖7所示是間歇性涂布，在涂布正負(fù)電極材料時(shí)直接將隔離區(qū)域11部分不涂布。對(duì)于100層的電池來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的疊片方法疊一片正負(fù)極就需要2秒，一個(gè)電芯需 要200秒的時(shí)間，而用上述方法可以做到疊片100層，只需要12秒時(shí)間，卷繞速度可以做到 5PPM，生產(chǎn)效率提高了近10倍。
權(quán)利要求
一種卷繞式疊片方形鋰離子電芯，它包括板狀卷繞針(3)，卷繞針(3)上卷繞有帶狀的極片；所述極片包括帶狀基層，基層的面上涂布有電極材料；其特征在于極片上包括電極材料的涂布區(qū)域和用于將涂布區(qū)域斷開(kāi)的隔離區(qū)域(11)，隔離區(qū)域(11)位于卷繞于卷繞針(3)兩側(cè)邊的極片上，隔離區(qū)域(11)的范圍包含整個(gè)卷繞于卷繞針(3)兩側(cè)邊的極片。
2.如權(quán)利要求1所述的卷繞式疊片方形鋰離子電芯，其特征在于所述隔離區(qū)域(11) 為相鄰兩涂布區(qū)域之間沒(méi)有涂布電極材料的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的卷繞式疊片方形鋰離子電芯，其特征在于所述隔離區(qū)域(11) 為裁去部分極片后所形成的區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的卷繞式疊片方形鋰離子電芯，其特征在于所述極片 包括正極片(4)和負(fù)極片(5)，正極片(4)和負(fù)極片(5)疊層卷繞在卷繞針(3)上，負(fù)極片 (5)上的涂布區(qū)域大于并覆蓋疊層相鄰的正極片(4)上的涂布區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的卷繞式疊片方形鋰離子電芯的制作方法，其特征在于它包括 制備帶狀極片的步驟和將制備好的帶狀極片卷繞在板狀卷繞針(3)上的步驟；所述制備帶狀極片的步驟具體為計(jì)算出各隔離區(qū)域(11)的寬度和處于極片上的位置，然后采用連續(xù)涂布電極材料后裁去部分極片的方法、或者，連續(xù)涂布電極材料后去除部分涂布有電極材料的方法、或者，間歇涂布的方法制成帶狀極片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種卷繞式疊片方形鋰離子電芯及其制備方法，卷繞式疊片方形鋰離子電芯，包括板狀卷繞針(3)，卷繞針(3)上卷繞有帶狀的極片；所述極片包括帶狀基層，基層的面上涂布有電極材料；極片上包括電極材料的涂布區(qū)域和用于將涂布區(qū)域斷開(kāi)的隔離區(qū)域(11)，隔離區(qū)域(11)位于卷繞于卷繞針(3)兩側(cè)邊的極片上，隔離區(qū)域(11)的范圍包含整個(gè)卷繞于卷繞針(3)兩側(cè)邊的極片。本發(fā)明卷繞式疊片方形鋰離子電芯的兩端側(cè)面(卷繞針兩側(cè)邊)端彎角處的極片容易屈服，不會(huì)造成極片上的電極材料的脫落或產(chǎn)生裂紋。
文檔編號(hào)H01M4/13GK101901934SQ20101023341
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者黃祥盛 申請(qǐng)人:黃祥盛