CN108336286A - 一种大软包锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大软包锂离子电池及其制备方法，所述的制备方法包括步骤有：至少一个全极耳卷芯，该全极耳卷芯的极耳焊接区相应设有绝缘垫片，使得所述极耳焊接区的总体厚度与所述全极耳卷芯的主体厚度一致。本发明在极耳焊接区设置了绝缘垫片，克服了凹陷的不平的现象，避免了封装后正、负极极片的过度压紧而引起的自放电及短路现象，提高了电池的稳定性和安全性。还可防止成组时弯折极耳对极耳焊接区附近的正负极极片涂层发生移位、短路，提高了成组的可靠性。此外，进行绝缘垫片处理后的电池，卷芯平整，美观，成本低。本发明尤其适用于较厚大软包电池的制备，电池的厚度可以大于10.0mm。

Description

一种大软包锂离子电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池生产领域，尤其涉及一种较厚大软包锂离子电池及其制备方法。

背景技术

相对于圆柱型电池和铝壳方形电池，采用铝塑膜的软包电池具有重量轻、体积小、外形尺寸设计灵活、安全性高的优势，所以其应用领域广泛，受到众多客户的青睐。软包电池在电动汽车领域的应用得到不断的推广，这是锂离子电池在3C市场应用达到基本饱和之后，推动锂离子电池市场应用的一大新兴领域。锂离子电池在储能领域的应用潜力巨大，储能市场将是推动锂离子电池发展的另一块市场。储能市场的主要应用在可再生能源并网、分布式发电及微网领域和户用储能方面。大容量卷芯在一致性和电池管理方面具有优势，因此在电动汽车领域和储能领域等需求批量卷芯应用的场合更适合。

大软包电池卷芯大部分是采用叠片方式组装，尤其是较厚大软包电池，如，厚度超过10.0mm的电池，较少通过卷绕方式形成。因为通过卷绕形成的厚大软包电池在平整性方面较难保证，所以现有技术通过并联多个卷芯的方法来改善大软包电池的平整性，同时可获得更高的生产效率。此外，相比于单极耳模式，采用全极耳卷绕方式，可显著提高电池的倍率性能。然而，全极耳卷芯采用软包封装时，存在极耳平面与卷芯整体厚度不一致，导致卷芯不平整。极耳平面与卷芯主体之间存在的不平整性，会对后期电池成组带来麻烦和产生短路的安全隐患。此外，软包电池在二封工序，需要真空抽气，由于全极耳的厚度较卷芯主体薄，真空抽气后，极耳处的铝塑膜凹陷下去，使得此处的正负极极片和隔膜紧贴，易于引起正负极涂层过渡区微短路而引起的自放电的问题。

因此，开发一种制作成本低、平整性好、稳定性高的的大软包锂离子电池及其制备方法是业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明为了解决现有大软包锂离子电池的制作成本高、平整性差、稳定性不高的技术问题，提出一种制作成本低、平整性好、稳定性高的大软包锂离子电池及其制备方法。

本发明提出的一种大软包锂离子电池，其包括：至少一个全极耳卷芯，该全极耳卷芯的极耳焊接区相应设有绝缘垫片，使得所述极耳焊接区的总体厚度与所述全极耳卷芯的主体厚度一致。

较优的，所述的大软包锂离子电池的厚度可以大于10.0mm。

较优的，所述的全极耳卷芯由正极极片、隔膜和负极极片层叠卷绕而得；所述的正极极片和负极极片未涂布的一侧为所述的极耳焊接区，所述正极极片一表面的一侧涂覆有正极涂层、另一侧未涂布涂层；负极极片一表面的一侧涂覆有负极涂层、另一侧未涂布涂层；所述正极极片和负极极片的未涂布涂层的一侧为所述的极耳焊接区，所述全极耳卷芯两端的极耳焊接区分别焊接有正极极耳、负极极耳。

较优的，所述的极耳焊接区宽度可以为5-15mm。

较优的，所述的全极耳卷芯可以为二个~六个。

较优的，所述的绝缘垫片的长度小于或等于所述全极耳卷芯的宽度、绝缘垫片的宽度小于所述极耳焊接区的宽度。

较优的，所述的绝缘垫片为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、硅胶、聚乙烯醇或聚丙烯醇的一种。

本发明提出的所述大软包锂离子电池的制备方法，步骤如下：

步骤1：卷绕单个全极耳卷芯，采用超声波将正极极耳、负极极耳分别焊接到所述全极耳卷芯两端的极耳焊接区；

步骤2：在所述全极耳卷芯的极耳焊接区充填绝缘垫片, 使得所述极耳焊接区的总体厚度与全极耳卷芯层叠后的主体厚度一致；

或，将多个所述全极耳卷芯层叠，再在所述全极耳卷芯的极耳焊接区充垫绝缘垫片,使得所述极耳焊接区的总体厚度与多个全极耳卷芯层叠后的主体厚度一致；

步骤3：对单个所述全极耳卷芯的电池，直接进行封装，制备成电池；对于多个所述全极耳卷芯层叠而成的电池，垫完绝缘垫片后，进行封装，制备成电池。

较优的，单个所述全极耳卷芯焊接极耳后，所述的极耳焊接区的一侧面比全极耳卷芯的主体表面低2~5mm，相应设置的所述绝缘垫片的厚度为2-5mm、宽度5-15mm；对于两个全极耳卷芯的极耳焊接区之间的空间，设置的绝缘垫片的厚度为4~10mm。

较优的，所述全极耳卷芯外侧的绝缘垫片由电池专用胶纸将其与全极耳卷芯的主体固定。

本发明在全极耳卷芯的极耳焊接区设置了合适厚度和宽度的绝缘垫片，封装后极耳焊接区不会发生凹陷的不平整现象，避免了在真空封装后处于极耳焊接区附近的正、负极极片的过度压紧而引起的自放电现象，甚至引起内部短路，提高了电池的稳定性和安全性。此外，进行了结缘垫片处理后的电池，卷芯平整，美观。另外，由于有绝缘垫片的保护，防止成组时弯折极耳对卷芯内部极耳焊接区附近的正负极涂层发生移位，甚至短路，提高了成组的可靠性。这种卷芯在保证倍率性的同时，具有成本低、平整性好、稳定性高的优势，同时与铝壳卷芯比，具有更高的能量密度，并在安全性方面具有优势。本发明尤其适用于的较厚大软包电池的制备，电池的厚度可以大于10.0mm。

附图说明

图1为本发明全极耳正极极片或负极极片的示意图；

图2为图1极片卷绕获得的全极耳卷芯示意图；

图3为图2的全极耳卷芯焊接极耳后的示意图；

图4为图3的全极耳卷芯在其极耳焊接区垫放绝缘垫片的位置示意图；

图5为本发明较佳实施例三个全极耳卷芯层叠并联后设有绝缘垫片的示意图。

其中，1-涂层、2-未涂布区、3-全极耳卷芯、4-极耳焊接区、5-正极极耳、6-绝缘垫片、

7-负极极耳、8-电池专用胶纸。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。

如图5所示，为本发明提供的一种大软包锂离子电池较佳实施例的构成。所述的大软包锂离子电池，其包括：至少一个全极耳卷芯3，该全极耳卷芯的极耳焊接区4处相应设有绝缘垫片6，使得所述极耳焊接区4的总体厚度与全极耳卷芯3的主体厚度一致。大软包锂离子电池的厚度可以大于10.0mm。全极耳卷芯3可以为二个~六个。绝缘垫片6可以选择聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、硅胶、聚乙烯醇或聚丙烯醇其中的一种。本实施例中，所述的大软包锂离子电池由三个全极耳卷芯3的层叠并联而成。

如图1~4所示，本发明的全极耳卷芯3由正极极片、隔膜和负极极片层叠卷绕而得。正极极片或负极极片上侧为未涂布区2，当卷绕成卷芯后未涂布区2成为所述的极耳焊接区4，其宽度为5-15mm。极片的下测为涂层区1，即正极极片上涂覆有正极涂层，负极极片上涂覆有负极涂层。全极耳卷芯两端的极耳焊接区分别焊接有正极极耳5、负极极耳7。通常单个全极耳卷芯3的厚度为5-10mm，宽度为5-15cm，长度为10-25cm；绝缘垫片6的长度小于或等于全极耳卷芯3的宽度、绝缘垫片6的宽度小于极耳焊接区4的宽度。

本发明提出的大软包锂离子电池的制备方法，步骤如下（请结合图1~5）：

步骤1：请结合图1、图2、图3，先在正极极片--铝箔上涂覆正极涂层1，涂层宽度为134mm，并在铝箔的上侧留出未涂布区2为全极耳，宽度为12mm；在负极极片--铜箔上涂覆负极涂层1，涂层宽度为140mm，并在铜的上侧留出未涂布区2为全极耳，未涂布区2宽度为11mm，隔膜宽度为144.5mm。将正极极片和负极极片相对层叠设置，即两者的未涂布区2分开设于两端，隔膜置于正极极片、负极极片之间。再将正极极片、隔膜和负极极片层叠卷绕成单个全极耳卷芯3。原极片涂层1区域形成全极耳卷芯3的主体，原极片未涂布区2形成全极耳卷芯的极耳焊接区4。即左侧为负极的极耳焊接区4、右侧为正极的极耳焊接区4。采用超声波将负极极耳7、正极极耳5分别焊接到全极耳卷芯3两端的极耳焊接区4。

单个全极耳卷芯3的厚度为6.5mm，宽度为8cm，长度为16.1cm。由于超声波焊接极耳后空白箔区2--极耳焊接区4被压紧，极耳焊接区4的一侧面比全极耳卷芯3的主体表面低2~5mm，即极耳焊接区4的上、下表面与全极耳卷芯3主体的上、下面均有一个厚度为2-5mm的阶梯。

步骤2：如图4、图5所示，将三个所述的全极耳卷芯3层叠呈并联结构，在全极耳卷芯的极耳焊接区4充垫聚乙烯的绝缘垫片6, 使得极耳焊接区4的总体厚度与多个全极耳卷芯层叠后的主体厚度一致。绝缘垫片6的长度小于全极耳卷芯3的宽度，为7.5cm。在相邻两全极耳卷芯3的极耳焊接区4之间的绝缘垫片6的厚度为5mm，在电池上下两端面的绝缘垫片6的厚度为2.5mm。一般相应设置的绝缘垫片6的厚度为2-5mm、宽度5-15mm；对于相邻两个极耳焊接区4之间的空间，设置的绝缘垫片的厚度为4~10mm。在极耳焊接区4垫上绝缘垫片6，可以填平焊接处与卷芯主体之间的厚度差，位于相邻两极耳焊接区4之间的绝缘垫片6无需额外固定，处于电池上下两端面的绝缘垫片6采用电池用黄胶带8固定。

对于单个全极耳卷芯3的电池，在极耳焊接区4充填绝缘垫片6后，使得所述极耳焊接区4的总体厚度与全极耳卷芯的主体厚度一致。

步骤3：对于三个全极耳卷芯3层叠而成的电池，垫完绝缘垫片6后，进行封装--冲壳、顶侧封、注液、热冷压、化成、夹具烘烤、二封和分容，获得结构为多个全极耳卷芯并联的大软包电池，正负极对称分布在电池的两端。卷芯容量设计为30Ah，厚度为20mm。对单个全极耳卷芯3的电池，直接进行封装，制备成电池。

为了与没有设置绝缘垫片的电池进行对比分析，制作三个没有绝缘垫片的电池对比1、对比2、对比3，设置绝缘垫片的电池也为1、2、3三个。

没有绝缘垫片的卷芯的正、负极极片和隔膜卷绕与本实施例相同，焊接处没有进行绝缘垫片处理，在二封封装后，极耳焊接处明显凹陷。容量设计为9Ah。在焊接处有明显的凹陷现象，外观平整性差，美观度低。

为了验证平整性对卷芯性能的影响，进行了稳定性测试，即满电充电常温储存28天后容量的保持率。

表1. 极耳处有垫片平整处理和没有平整处理所得卷芯的储存性能测试对比

从表1可看出，对卷芯进行绝缘垫片平整性处理后，所得卷芯满电储存28天后，容量保持率均高达99%以上，表现出优异的稳定性。而没有绝缘垫片平整性处理的卷芯，满电储存后容量保持率低于10%，表现出非常差的稳定性。在容量恢复率上，两者均达到100%以上。没有绝缘垫片处理的卷芯稳定性差，主要是由于焊接处正、负极极片过于压紧，而导致电池内的微小自放电，累计下来，储存的电被不断的消耗，稳定性差。

此外，卷芯焊接处有绝缘垫片保护，避免电池成组时弯折极耳对焊接区附近极片的挤压而造成的潜在短路安全问题的产生，提高了电池组的安全性。同时，平整度良好的卷芯，成组时整齐度提高，对成组的一致性也有帮助。

以上所述实施例主要是为了说明本发明的创作构思，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大软包锂离子电池，其特征在于，包括至少一个全极耳卷芯，该全极耳卷芯的极耳焊接区相应设有绝缘垫片，使得所述极耳焊接区的总体厚度与所述全极耳卷芯的主体厚度一致。

2.如权利要求1所述的大软包锂离子电池，其特征在于，所述的大软包锂离子电池的厚度大于10.0mm。

3.如权利要求1所述的大软包锂离子电池，其特征在于，所述的全极耳卷芯由正极极片、隔膜和负极极片层叠卷绕而得；所述正极极片一表面的一侧涂覆有正极涂层、另一侧未涂布涂层；负极极片一表面的一侧涂覆有负极涂层、另一侧未涂布涂层；所述正极极片和负极极片的未涂布涂层的一侧为所述的极耳焊接区，所述全极耳卷芯两端的极耳焊接区分别焊接有正极极耳、负极极耳。

4.如权利要求3所述的大软包锂离子电池，其特征在于，所述的极耳焊接区宽度为5-15mm。

5.如权利要求1所述的大软包锂离子电池，其特征在于，所述全极耳卷芯为二个~六个。

6.如权利要求1所述的大软包锂离子电池，其特征在于，所述的绝缘垫片的长度小于或等于所述全极耳卷芯的宽度、绝缘垫片的宽度小于所述极耳焊接区的宽度。

7.如权利要求1所述的大软包锂离子电池，其特征在于，所述的绝缘垫片为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、硅胶、聚乙烯醇或聚丙烯醇的一种。

8.一种如权利要求1所述大软包锂离子电池的制备方法，其包括如下步骤:

步骤1：卷绕单个全极耳卷芯，将正极极耳、负极极耳对应焊接到所述全极耳卷芯两端的极耳焊接区；

步骤2：在所述全极耳卷芯的极耳焊接区充填绝缘垫片, 使得所述极耳焊接区的总体厚度与全极耳卷芯层叠后的主体厚度一致；

或，将多个所述全极耳卷芯层叠，再在所述全极耳卷芯的极耳焊接区充垫绝缘垫片,使得所述极耳焊接区的总体厚度与多个全极耳卷芯层叠后的主体厚度一致；

步骤3：对单个所述全极耳卷芯的电池，直接进行封装，制备成电池；

或，对于多个所述全极耳卷芯层叠而成的电池，垫完绝缘垫片后，进行封装，制备成电池。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，单个所述全极耳卷芯焊接极耳后，所述的极耳焊接区的一侧面比全极耳卷芯的主体表面低2~5mm，相应设置的所述绝缘垫片的厚度为2-5mm、宽度5-15mm；对于两个全极耳卷芯的极耳焊接区之间的空间，设置的绝缘垫片的厚度为4~10mm。

10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述全极耳卷芯外侧的绝缘垫片由电池专用胶纸将其与全极耳卷芯的主体固定。