CN102136603A - 一种聚合物锂离子电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚合物锂离子电池，包括卷芯、正极耳、负极耳、非水电解液及聚合物包装膜，所述卷芯包括正极片、负极片、设置在负极片或正极片上以用于隔开负极片和正电极片的隔膜，所述负极片涂有负极活性材料层，所述正极片涂有正极活性材料层；其特征在于，所述正极片的尾部留有空箔，所述负极片的尾部留有空箔，所述负极片和正极片层叠卷绕成所述卷芯，负极耳、正极耳分别对应地焊接处于负极片尾部的空箔、正极片尾部的空箔上，卷芯和非水电解液容纳于聚合物包装膜内。本发明性能好、运用灵活且适合自动化生产。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种聚合物锂离子电池及其制作方法。
【背景技术】
电子信息时代使对移动电源的需求快速增长。锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。
目前，如图1-图4所示，一种聚合物锂离子电池的结构具体包括：卷芯，其包括负极片1、设于负极片1上的负极耳4、正极片2、设于正极片2上的正极耳5及设置在负极片1上并用于隔开负极片1和正极片2的隔膜3，负极片1和正极片2以负极耳4和正极耳5的间距为卷绕内轴进行卷绕成卷芯，负极耳4、正极耳5分别位于负极片1和正极片2的头部空箔，即位于卷芯的外层；及外壳6，其用于容纳所述卷芯和电解质。这种极耳内定位卷绕结构的锂离子电池(即常规卷绕电池)的生产方式是这样，先将负极耳、正极耳分别焊接到负极片、正极片上，然后按照负极耳和正极耳之间的距离调整卷机的卷针的位置，将卷针定位在负极耳和正极耳上，再卷针将负极片和正极片进行卷绕成卷芯。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种聚合物锂离子电池，其性能好、运用灵活且适合自动化生产。
上述技术问题通过以下技术方案解决：
一种聚合物锂离子电池，包括卷芯、正极耳、负极耳、非水电解液及聚合物包装膜，所述卷芯包括正极片、负极片、设置在负极片或正极片上以用于隔开负极片和正电极片的隔膜，所述负极片涂有负极活性材料层，所述正极片涂有正极活性材料层；其特征在于，所述正极片的尾部留有空箔，所述负极片的尾部留有空箔，所述负极片和正极片层叠卷绕成所述卷芯，负极耳、正极耳分别对应地焊接处于负极片尾部的空箔、正极片尾部的空箔上，卷芯和非水电解液容纳于聚合物包装膜内。
处于内层的极片的空箔位于比处于外层的极片的空箔之后。
所述负极耳、正极耳设置在卷芯的同一侧，方向垂直于正、负极片卷绕方向；或设置在卷芯的两侧，方向垂直于正、负极片卷绕方向；或设置在卷芯的同侧，方向平行于正、负极片卷绕方向。
所述隔膜采用聚乙烯微孔隔膜或者聚丙烯微孔隔膜组成的单层或多层，或者由聚乙烯微孔隔膜和聚丙烯微孔隔膜组成的多层。
所述负极活性材料层采用人造石墨或天然石墨。
所述正极活性材料层采用钴酸锂材料、镍锰钴三元材料和锰酸锂材料中的一种或两种或三种材料。
本发明还提供一种聚合物锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：
(1)制作负极片：
采间隔涂布方式将一段未经涂布的负极片进行两面涂布负极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的负极片，负极片的尾部留有空箔；
(2)、制作正极片：
采间隔涂布方式将未经涂布的正极片进行两面涂布正极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的正极片，正极片的尾部留有空箔；
(3)、将步骤(1)制得的负极片和将步骤(2)制得的正极片进行叠放，隔膜设置在负极片或正极片上以将正极片和负极片进行隔开，正极片和负极片以负极片在内或正极片在内的方式卷绕成卷芯；
(4)、将正极耳、负极耳对应地焊接在正极片尾部的空箔、负极片尾部的空箔上；
(5)焊接正极耳、负极耳后将卷芯装聚合物包装膜，进行顶侧封、注非水电解液、化成、分选后出本发明聚合物锂离子电池。
所述步骤(3)中卷绕成卷芯后，处于内层的极片尾部的空箔位于比处于外层的极片尾部的空箔之后。
所述步骤(4)中负极耳、正极耳的焊接方向为：负极耳、正极耳在卷芯的同侧，方向垂直于正极片、负极片的卷绕方向；或，负极耳、正极耳在卷芯的不同侧，方向垂直于正极片、负极片的卷绕方向；或，负极耳、正极耳设置在卷芯的同侧，方向平行于正极片、负极片的卷绕方向。
本发明聚合物锂离子电池及制作方法具有以下特点及优点：
1)负极片、正极片和负极耳、正极耳不用预先焊接组装在一起，而是直接将负极片、正极片和隔膜卷绕组装生产效率高，实现了自动化组装；
2)由于负极耳、正极耳分别焊接在负极片、正极片的尾部空箔，负极片、正极片先卷绕后焊接负极耳、正极耳，简化了整个卷芯组装工艺，提高了生产效率；
3)体积能量密度高，比常规卷绕结构的电池要高约4％；
4)电池安全性高，可通过250℃铁板高温加热测试和10C/10V过充电测试；
5)常温循环寿命可以达到400次80％以上；
6)负极耳、正极耳的设置方式灵活，以适应不同设计要求；
7)、可以使得卷芯的卷轴半径变得很小且可以比两极耳之间的距离还小(不是通过两极耳之间的距离来作为转心间距)，非常适合生产小容量的聚合物锂离子电池；因此，此结构的聚合物锂离子电池常应用于小容量聚合物锂离子电池的生产。
【附图说明】
图1为现有聚合物锂离子电池的卷芯未卷绕的俯视图；
图2为现有聚合物锂离子电池的卷芯未卷绕的侧视图；
图3为现有聚合物锂离子电池的卷芯的示意图；
图4为现有聚合物锂离子电池的的结构示意图；
图5为本发明聚合物锂离子电池的卷芯未卷绕的俯视图；
图6为本发明聚合物锂离子电池的卷芯未卷绕的侧视图；
图7为本发明聚合物锂离子电池的卷芯的卷绕的示意图；
图8为图7中A部分的放大示意图；
图9为本发明聚合物锂离子电池的正、负极耳的位置的一种示意图；
图10为本发明聚合物锂离子电池的结构示意图；
图11为本发明聚合物锂离子电池的负极片的涂布的俯视图；
图12为本发明聚合物锂离子电池的负极片的涂布的侧视图；
图13为本发明聚合物锂离子电池的正、负极耳的位置的另一种示意图；
图14为图13中的本发明的折叠示意图；
图15为本发明聚合物锂离子电池的正、负极耳的位置的另一种示意图。
【具体实施方式】
如图5至图10所示，本发明聚合物锂离子电池，包括卷芯107、负极耳104、正极耳105、非水电解液及聚合物包装膜106，卷芯107包括负极片101、正极片102、设置在负极片101上以用于隔开负极片101和正极片102的隔膜103，负极片101涂有负极活性材料层，负极片101的尾部留有空箔，正极片102涂有正极活性材料层，正极片102的尾部留有空箔；负极片101和正极片102层叠以负极片101在内、正极片102在外的方式卷绕成卷芯107，负极片101尾部的空箔位于正极片102尾部的空箔之后，负极耳104、正极耳105分别对应地焊接处于负极片101尾部的空箔、正极片102尾部的空箔上，卷芯107和非水电解液容纳于聚合物包装膜106内。
当然，隔膜103也可以设置在正极片102上；负极片101和正极片102层叠以正极片102在内、负极片101在外的方式卷绕成卷芯107。
本发明聚合物锂离子电池的制作方法包括以下步骤：
(1)、制作负极片：
如图11和图12所示，采间隔涂布方式将一段未经涂布的负极片进行两面涂布负极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的负极片101，负极片101的尾部留有空箔；
当然，也可以先将未经涂布的负极片进行切片，然后再涂布、烘烤和压光以得出所需的负极片101，负极片101的尾部留有空箔，只是这种方式的效率不高；
(2)、制作正极片：
采间隔涂布方式将未经涂布的正极片进行两面涂布正极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的正极片102，正极片101的尾部留有空箔；
当然，也可以先将未经涂布的正极片进行切片，然后再涂布、烘烤和压光以得出所需的正极片102，正极片102的尾部留有空箔，只是这种方式的效率不高；
(3)、将步骤(1)制得的负极片101和将步骤(2)制得的正极片102进行叠放，隔膜103设置在负极片101或正极片102上以将正极片102和负极片101进行隔开，正极片102和负极片101以负极片101在内或正极片102在内的方式卷绕成卷芯107，最好就是处于内层的极片尾部的空箔位于比处于外层的极片尾部的空箔之后；
(4)、将正极耳105、负极耳104对应地焊接在正极片102尾部的空箔、负极片101尾部的空箔上；
负极耳104、正极耳105的焊接方向：如图9所示，将负极耳104、正极耳105设置在卷芯107的同侧，方向垂直于正极片102、负极片101卷绕方向；如图13所示，将负极耳104、正极耳105设置在卷芯107的不同侧，方向垂直于正极片102、负极片101卷绕方向；如图14所示，根据需要，可沿折叠线B将卷芯107折叠并通过热压贴胶带定型，以使负极耳104、正极耳105处于同一端；如图15所示，将负极耳104、正极耳105设置在卷芯107的同侧，方向平行于正极片102、负极片101卷绕方向；
(5)焊接正极耳105、负极耳104后将卷芯107装聚合物包装膜106，进行顶侧封、注非水电解液、化成、分选后出本发明聚合物锂离子电池。
【试验对比】
现在给出其他两种结构的聚合物锂离子电池以进行实例测试比较，电池容量均为75mAh，材料均为：正极片使用铝箔，负极片使用铜箔，正极活性材料层使用镍锰钴酸锂，负极活性材料层使用人造石墨，隔膜使用16μm单层聚乙烯隔膜，外壳采用铝塑包装膜。测试数据对比见表一。
对比电池1(常规卷绕电池)：其卷芯结构为：正极片的头部、负极片的头部分别焊接正极耳、负极耳，正极片、负极片和隔膜叠放后，以正极耳、负极耳为转心进行卷绕成正极耳和负极耳中心对称结构的卷芯(正极耳和负极耳探出方向一致)。
对比电池2：传统扣式电池。
表一
由表一可见，实验结果：本发明聚合物锂离子电池的体积比能量要比常规卷绕电池高4％左右；内阻与常规卷绕电池无异，常温循环寿命可以达到400次80％以上；电池安全性高，可通过250℃铁板高温加热测试和10C/10V过充电测试，优于常规卷绕电池；与扣式电池相比，使用寿命长，电压高，比能量高。本发明的电池生产效率较高，可以达到成熟的生产工艺的93.4％，且可以实现自动化生产。
本发明不局限于上述实施例，基于上述实施例的、未做出创造性劳动的简单替换，应当属于本发明揭露的范围。
Claims (9)
1.一种聚合物锂离子电池，包括卷芯、正极耳、负极耳、非水电解液及聚合物包装膜，所述卷芯包括正极片、负极片、设置在负极片或正极片上以用于隔开负极片和正电极片的隔膜，所述负极片涂有负极活性材料层，所述正极片涂有正极活性材料层；其特征在于，所述正极片的尾部留有空箔，所述负极片的尾部留有空箔，所述负极片和正极片层叠卷绕成所述卷芯，负极耳、正极耳分别对应地焊接处于负极片尾部的空箔、正极片尾部的空箔上，卷芯和非水电解液容纳于聚合物包装膜内。
2.根据权利要求1所述的聚合物锂离子电池，其特征在于，处于内层的极片的空箔位于比处于外层的极片的空箔之后。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述负极耳、正极耳设置在卷芯的同一侧，方向垂直于正、负极片卷绕方向；或设置在卷芯的两侧，方向垂直于正、负极片卷绕方向；或设置在卷芯的同侧，方向平行于正、负极片卷绕方向。
4.根据权利要求1或2所述的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述隔膜采用聚乙烯微孔隔膜或者聚丙烯微孔隔膜组成的单层或多层，或者由聚乙烯微孔隔膜和聚丙烯微孔隔膜组成的多层。
5.根据权利要求1或2所述的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述负极活性材料层采用人造石墨或天然石墨。
6.根据权利要求1或2所述的聚合物锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料层采用钴酸锂材料、镍锰钴三元材料和锰酸锂材料中的一种或两种或三种材料。
7.一种聚合物锂离子电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作负极片：
采间隔涂布方式将一段未经涂布的负极片进行两面涂布负极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的负极片，负极片的尾部留有空箔；
(2)、制作正极片：
采间隔涂布方式将未经涂布的正极片进行两面涂布正极活性材料层，然后进行烘烤和压光，再按照间隔进行切片，得出所需的正极片，正极片的尾部留有空箔；
(3)、将步骤(1)制得的负极片和将步骤(2)制得的正极片进行叠放，隔膜设置在负极片或正极片上以将正极片和负极片进行隔开，正极片和负极片以负极片在内或正极片在内的方式卷绕成卷芯；
(4)、将正极耳、负极耳对应地焊接在正极片尾部的空箔、负极片尾部的空箔上；
(5)焊接正极耳、负极耳后将卷芯装聚合物包装膜，进行顶侧封、注非水电解液、化成、分选后出本发明聚合物锂离子电池。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，
所述步骤(3)中卷绕成卷芯后，处于内层的极片尾部的空箔位于比处于外层的极片尾部的空箔之后。
9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述步骤(4)中负极耳、正极耳的焊接方向为：负极耳、正极耳在卷芯的同侧，方向垂直于正极片、负极片的卷绕方向；或，负极耳、正极耳在卷芯的不同侧，方向垂直于正极片、负极片的卷绕方向；或，负极耳、正极耳设置在卷芯的同侧，方向平行于正极片、负极片的卷绕方向。
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