一種多極耳變尺寸的高倍率鋰離子電池的製作方法

2023-06-16 00:25:11 2

本發明涉及鋰離子電池技術領域 ，具體涉及一種多極耳變尺寸的鋰離子電池極片及其高倍率動力鋰離子電池及其製造方法。

背景技術：

鋰離子電池電芯主要分為疊片式和卷繞式兩種製作方式，而目前市場流行的方形電池基本使用疊片式結構，即電芯是由一片片的正負極片和隔膜對位堆疊而成，且每個極片必須有一個極耳，過多層的極耳焊接有困難，容易產生虛焊、焊接不牢固或過焊現象，且這種生產方式效率極低，只有卷繞電池的五分之一，另外極片在衝切過程中，邊料多、毛刺大，所需隔膜厚，且掉粉嚴重，微短路和低電壓現象普遍，生產成本高，製程合格率低，且對電池的安全性能有較大隱患；而市場上流行的圓柱形電池一般採用卷繞式結構，因為該結構簡單，生產效率高，極片毛刺小而少，隔膜不用太厚而被普及，但由於極片長，單條極片上一般只有1-3個極耳，採用間歇式塗布，然後再焊接極耳，導致工序增加、耗時增長，且負極極耳焊接處易析鋰，有安全隱患，且因極耳偏少內阻偏大，不利於大電流充放，比功率無法徹底發揮。

技術實現要素：

本發明針對上述問題，提供了一種多極耳變尺寸的高倍率鋰離子電池，結構簡單電池內阻相對較小，生產效率高，合格率高，可用於實際批量生產。 其採用的技術方案如下：

一種多極耳變尺寸的高倍率鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜、電解液和殼體，其特徵在於，電池的製作方式是由帶有多個不同尺寸的極耳的正負極極片和隔膜經過卷繞製作而成；

(1)正負極片製作：所述的正極片分別是由活性物質、導電劑和粘結劑按照一定比例充分攪拌混合成漿料，然後經過塗布機均勻的塗布在集流體上，所述的負極片分別是由負極活性物質、導電劑和粘結劑按照一定比例充分攪拌混合成漿料，然後經過塗布機均勻的塗布在集流體上；

(2)極耳切割：在集流體兩邊留有的空白箔材，加工成多個不同間隔且不同寬度的極耳，極耳的高度根據電芯的厚度和直徑大小而定；

(3)電芯製作：採用圓形或方形的卷針上，將隔膜、正負極極片卷繞成方形或圓形電芯，然後放入殼體或軟包鋁塑膜外殼中，進行封裝焊接、真空乾燥、注液、封口、化成、分容、檢測，然後即製作成鋰離子電池。

優選的，正極極耳數大於等於3個，負極極耳數大於等於3個。

優選的，極片上的極耳間距不同。

優選的，極耳的寬度不完全相同。

優選的，極片塗布採用連續塗布，極耳採用衝切、輥切、雷射切割中的任何一種。

本發明的有益效果：

本發明結構簡單，電池內阻相對較小，在保證電池外型不變的情況下，即可代替方形的疊片式加工，又可增加卷繞式極片的極耳個數，且極片連續塗布，生產效率高，合格率高，可用於實際批量生產的一種多極耳變尺寸的 高倍率卷繞式電池的製作方法。

【附圖說明】

附圖1是本發明實例1正極極片極耳成型後的示意圖

附圖2是本發明實例1負極極片極耳成型後的示意圖

附圖3是本發明實例1電芯成型後的三維圖

附圖4是本發明實例2正極極片極耳成型後的示意圖

附圖5是本發明實例2正極極片極耳成型後的示意圖

附圖6是本發明實例2電芯卷繞成型後的示意圖

附圖7是本發明極片示意圖

【具體實施方式】

下面結合附圖和具體實施方式，分別對卷繞式和疊片式電芯生產對本發明及其有益技術效果進行詳細說明：

電池製造方法包括以下步驟：

a)多極耳鋰離子電池的製作方法：電池包括正極片、負極片、隔膜、電解液和殼體組成，首先製作正極片：將正極活性物質、粘結劑和導電劑按照一定比例加入溶劑中，製程漿料，然後經過輥塗或擠壓噴塗式塗布機均勻的塗布在集流體上，且集流體兩邊留有一定寬度的空白，之後經輥切或雷射極耳切割機切出設計的極耳尺寸，極耳的個數和寬度可根據需要通過的電流能力綜合而定。負極片的製作可參考以上正極片的製作方法，在此不再重複。

b)製作電芯：採用市場普遍採用的卷繞電芯的加工的方式先將隔膜放在圓形或方形的卷針上預卷一到兩圈，然後將負極片放在隔膜上，用隔膜將負極片包住，且負極片的極耳露在隔膜的一側，卷半圈後，將正極片插入卷針 和隔膜之間，且正極極耳和負極極耳在同側或兩側，然後將正極片、隔膜和負極片卷繞成電芯，隔膜最後圍繞電芯外圈，並用膠帶固定，其中隔膜比負極寬2-5mm，負極比正極寬1.5-3mm；若採用正極片包負極片的結構，則在卷繞時先放入正極片，然後再卷負極片，且隔膜比正極寬2-5mm，正極比負極寬1.5-3mm。在電芯的同側或兩側伸出一疊整齊的負極極耳和一疊整齊的正極極耳，然後將正極極耳和負極極耳分別焊接在一起，或直接焊接到需要引出的兩個極耳或端子上，之後進行貼膠帶，測短路，然後放入殼體或軟包鋁塑膜外殼中，進行封裝焊接、真空乾燥、注液、封口、化成、分容、檢測，然後即製作成鋰離子電池。

實施例1

正極集流體製作：將正極活性物質、導電劑、粘結劑和溶劑按照一定比例混合，並按照一定量和次序加入攪拌罐中充分攪拌均勻，製備成流動性好，分散均勻的正極漿料，然後利用輥塗或擠壓噴塗式塗布機將製備好的正極漿料均勻的塗布在鋁箔上，集流體兩邊留有留白，以方便後續製作多個正極耳，正極漿料製備採用鎳鈷錳酸鋰∶導電劑SP∶KS-6∶PVDF為93∶2.5∶1.5∶3配比加工漿料，固含量為60-65％，雙面塗覆面密度為310-320g/m2。

本發明中提到的正極活性物質可以為錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰、鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰中的一種或幾種的混合，導電劑為石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、碳納米管、炭氣凝膠、碳纖維、炭黑、乙炔黑中的一種或多種構成，粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、丙烯酸酯、聚氧化乙烯、海藻酸鈉、海藻酸鋰、SBR、水性膠中的一種或多種，溶劑為NMP或去離子水。

負極極片的製作：將負極活性物質、導電劑、粘結劑和溶劑按照一定比例混合，並按照一定量和次序加入攪拌罐中充分攪拌均勻，製備成流動性好，分散均勻的負極漿料，然後利用輥塗或擠壓噴塗式塗布機將製備好的負極漿料均勻的塗布在集流體上，負極漿料製備採用石墨∶導電劑SP∶CMC∶SBR為94∶2∶1.6∶2.4配比加工漿料，固含量為48-52％，雙面塗覆面密度為160-170g/m2。

本發明中提到的負極活性物質可以為人造石墨、天然石墨、硬碳材料、矽碳Si-C、錫碳Sn-C、鈦酸鋰、石墨烯一種或幾種的混合，導電劑為石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、碳納米管、炭氣凝膠、碳纖維、炭黑、乙炔黑的一種或多種構成，粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、丙烯酸酯、聚氧化乙烯、海藻酸鈉、海藻酸鋰、SBR、水性膠中的一種或多種，溶劑為NMP或去離子水，集流體為微米級厚度的鋁或銅箔中的一種，本例中正極採用18um的鋁箔，負極採用9um的銅箔。

之後將塗布完成的極片進行分切，後續進行極耳加工，如附圖1和附圖2所示，本發明旨在正負極片預留空白位置上設置多條有不同間隔且不同寬度的極耳A、極耳B和極耳C，極耳的間隔和大小可通過輥切、衝切或雷射切割方式製作而成。因卷繞式結構越靠近內部，半徑越小，曲率越大，故A極耳的寬度比B極耳的寬度小0.5-1.5mm，極耳B的寬度比極耳C的寬度小0.5-1.5mm，本發明舉例為5Ah電芯，故綜合疊片電芯的結構較寬和電芯的過電流能力選擇A極耳寬度為6mm，B極耳寬度為7mm，C極耳寬度為8mm，且卷繞時從左到右，先從A極耳開始卷繞，設置不同寬度的極耳，是為了卷繞時極耳能徹底重疊在最寬的極耳範圍內，即在本例中的8mm範圍內，以保 證極耳焊接方便，提高加工效率和成品率。

如附圖1和附圖2所示，本發明舉例採用直徑為6mm的圓形卷針，正極極片輥壓後厚度為108-112um，負極極片輥壓後厚度為118-122um，正極塗覆區寬度在100mm，負極塗覆區寬度在103-105mm寬度，普通的5Ah卷繞電芯一般只有1-3個極耳，而本例中我們採用了7個極耳，降低了電芯內阻的同時也提高了電芯的倍率性能。且極耳從內向外採用不同寬度，此方法可進一步避免因極片輥壓厚度不均和卷繞張力不穩定的影響，導致極耳錯位，從而使極耳都能重疊在最寬的極耳範圍內，避免造成成品率低下的情況，因此該方法適用於批量生產電芯。

如附圖1和附圖2所示，此例子中的正極片極耳的間距分別為42.5mm，130.5mm，135mm，162mm，190mm，158.5mm，174mm，且A極耳的寬度為6mm，B極耳的寬度為7mm，C極耳的寬度為8mm；負極片極耳的間距分別為66.5mm，139.5mm，142mm，169mm，197mm，163.5mm，179.5mm且A極耳的寬度為6mm，B極耳的寬度為7mm，C極耳的寬度為8mm。

本例中選用25um的隔膜，先將隔膜在卷針上卷一到兩圈，然後將負極片的左邊位置放在隔膜上，卷兩圈後，再將正極片的左邊插入卷針和隔膜之間，且正極極耳和負極極耳在兩側，然後將正極片、隔膜和負極片卷繞成電芯，隔膜最後圍繞電芯外圈，並用高溫膠帶固定，其中隔膜比負極寬2-5mm，負極比正極寬1.5-3mm；在電芯的兩側伸出一疊整齊的負極極耳和一疊整齊的正極極耳，組成電芯，如圖3所示。然後將正極極耳和負極極耳分別焊接在一起，並引出到兩個固定鎳極耳或銅鍍鎳極耳，然後放入殼體中，進行封裝焊接、真空乾燥、注液、封口、化成、分容、檢測，然後即製作成鋰離子 電池。

其中隔膜選用PP、PE單層、雙層或二者複合的多層薄膜。

如圖3所示，31為卷繞後由7個正極極耳組成的摺疊極耳，32為卷繞後由7個負極極耳組成的摺疊極耳。

實施例2

因本例中所用到的極片塗布和分切的製作方法同例1中相同，就不再重複敘述。

如附圖4和附圖5所示，本實例在正負極片預留空白位置上設置多條有不同間隔且不同寬度的極耳A、極耳B和極耳C，極耳，極耳的大小和間隔通過輥切、衝切或雷射切割方式製作而成。本例中採用方形卷針卷繞式生產方形電芯結構，且極耳在同一側，卷繞從極片的左邊開始，並設置3種不同寬度的極耳A、極耳B和極耳C，設置A極耳的寬度比B極耳的寬度大0.5-1.5mm，極耳B的寬度比極耳C的寬度大0.5-1.5mm，本發明舉例為5Ah電芯，故綜合電芯的過電流能力選擇A極耳寬度為13mm，B極耳寬度為12mm，C極耳寬度為11mm，且卷繞時從左到右，先從A極耳開始卷繞，設置不同寬度的極耳，是為了卷繞時極耳能徹底重疊在最寬的極耳範圍內，即在本例中的13mm範圍內，以保證極耳焊接方便，提高加工效率和成品率。

如附圖4和附圖5所示，本發明舉例採用長×寬為55mm×2mm的方形卷針，正極極片輥壓後厚度為108-112um，負極極片輥壓後厚度為118-122um，，若按照疊片的加工方式，正極塗覆區寬度在100mm左右，負極塗覆區寬度在102-105mm寬度時，5Ah電芯需要正極片21片，負極片22片，在此例子中，我們在滿足過電流的基礎上設置負極極耳個數為11個，正極極耳個數為10 個，且此方法可進一步避免因極片輥壓厚度不均和卷繞張力不穩定的影響，導致極耳錯位，從而造成成品率低下的情況，因此該方法適用於批量生產電芯。

如附圖4和附圖5所示，此例子中的正極片極耳的間距分別為11.5mm，72.5mm，130mm，74.5mm，137.5mm，78mm，143mm，80.5mm，150.5mm，且A極耳的寬度為15mm，B極耳的寬度為14mm，C極耳的寬度為13mm；負極片極耳的間距分別為71.5mm，126.5mm，73.5mm，132.5mm，76.5mm，139.5mm，78.5mm，146mm，81mm，153mm，且A極耳的寬度為13mm，B極耳的寬度為12mm，C極耳的寬度為11mm。

本例中選用25um的隔膜，先將隔膜在卷針上卷一到兩圈，然後將負極片的左邊位置放在隔膜上，且負極片的極耳露在隔膜的一側，卷半圈後，再將正極片的左邊插入卷針和隔膜之間，且正極極耳和負極極耳在同側，然後將正極片、隔膜和負極片卷繞成電芯，隔膜最後圍繞電芯外圈，並用高溫膠帶固定，其中隔膜比負極寬2-5mm，負極比正極寬1.5-3mm；在電芯的同一側伸出一疊整齊的負極極耳和一疊整齊的正極極耳，組成電芯，如圖6所示。然後將正極極耳和負極極耳分別焊接在一起，並引出兩個固定鎳極耳或銅鍍鎳極耳，然後放入殼體或軟包鋁塑膜外殼中，進行封裝焊接、真空乾燥、注液、封口、化成、分容、檢測，然後即製作成鋰離子電池。

其中隔膜選用PP、PE單層、雙層或二者複合的多層薄膜。

如圖6所示，61為卷繞後由10個正極極耳組成的摺疊極耳，62為卷繞後由11個負極極耳組成的摺疊極耳，63為兩個極耳間的距離，64為電芯內部的正極極片邊緣，65為負極極片邊緣，66為隔膜邊緣。

以上所述實施例僅表達了本發明的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。