一種鋰離子動力電池的製作方法

2023-06-21 04:32:41

專利名稱：一種鋰離子動力電池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電池技術領域，特別涉及一種鋰離子動力電池。
背景技術：
鋰離子電池是20世紀開發成功的一種新型電池，因其具有比能量高、放電電壓穩 定、沒有記憶效應、綠色環保等優點，近年來已廣泛應用於軍事和民用小型電器中，如移動 電話、可攜式計算機、攝像機、照相機等，以代替傳統電池。目前，大容量的鋰離子動力電池 (容量超過10Ah)已在電動汽車中試用，將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一，而且 在人造衛星、航空航天和儲能方面具有廣闊的前景。 為推動鋰離子動力電池在電動車輛上的使用，提高電池容量是業內普遍關心的問 題。通常，動力電池為增加容量採取多個極片層疊的方式達到所需的容量。利用疊片工藝 將正極極片、隔膜、負極極片依次層疊製成電池芯。如圖l所示，這種工藝需要先將製備特 定尺寸的多個方形正極極片1、負極極片2和隔膜3，然後將正極極片1、隔膜3和負極極片 2—層一層的依次重複疊加，疊層完成後將所有的正(負)極極耳4焊接在一起並與外殼5 上的極柱6相連。 這種方形疊層電池的缺點是生產效率比較低，一般為5 10秒製作一個正極、隔 膜和負極的疊層單元，幾十個的疊層單元的疊層需要10 20分鐘才能完成，而且由於層與 層之間為鬆散結構，正、負極極片間距不易控制，層間距波動明顯，導致電池的一致性差，通 常，由於疊片工藝引起的電池容量差異在±2%左右。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種鋰離子動力電池，能夠避免疊片工藝製造的大容量 電池生產效率較低問題。 為解決上述問題，本實用新型一種鋰離子動力電池，包括至少兩個採用巻繞工藝 製作的巻芯，所述巻芯具有正極極耳和負極極耳，所述各個巻芯的正極極耳、負極極耳分別 並聯連接。 所述巻芯為圓柱形或者菱形。 所述圓柱形巻芯在巻繞工藝中的巻針截面為圓形，所述菱形巻芯在巻繞工藝中的 巻針截面為菱形。 還包括外殼、設於外殼上的正極極柱和負極極柱；其中，所述各個巻芯的正極極 耳並聯後與所述正極極柱電性連接，所述各個巻芯的負極極耳並聯後與所述負極極柱電性 連接。 所述正極極柱和負極極柱分別固定於所述外殼的兩端，則所述各個巻芯的負極或 正極極耳並聯後直接與負極或正極極柱固定連接。 所述正極極柱和負極極柱固定於所述外殼的同一端，則所述各個巻芯的負極或正 極極耳並聯後固定連接於外殼的另一端，通過外殼與負極或正極極柱電性連接。[0012] 所述各個巻芯的正極極耳、負極極耳分別並聯連接通過以下方式各個巻芯的正
極極耳均與一金屬片固定連接，各個巻芯的負極極耳均與另一金屬片固定連接。
所述固定連接採用雷射焊接的方法。 所述正極極耳和負極極耳分別由每個巻芯的兩端引出。 與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點所述的鋰離子動力電池通過多個 並聯的巻芯實現增大電池容量的目的，其中的巻芯採用巻繞工藝製作，由於目前巻繞工藝 的自動化設備每5 10S即可完成一個巻芯的巻繞，將多個巻芯並聯則只需30S 60S就 可以完成，傳統的疊片工藝則需要先將正、負極極片分切成很多個方形子極片，然後再與隔 膜一層一層的依次重複疊加，疊層完成後所有的正極或負極極耳焊接而製成電池芯，疊片 的動作通常為5 10秒，以40層正極子極片、41層負極子極片、83層隔膜，每一個疊片動 作5S為例，完成所有疊片動作需要13. 7分鐘，而相當容量的3個巻芯並聯的電池芯最多只 需1. 5分鐘，可見生產效率獲得明顯的提高。 而且，巻芯的巻繞工藝在自動巻繞機上進行，對於正極極片、負極極片和隔膜均有 張力控制，巻芯的正、負極片的間距始終保持恆定，而疊片工藝中每個極片都沒有張力控 制，層與層之間間距有差異，因此，本實施例中的鋰離子動力電池在製作過程中能夠保證巻 繞的一致性，使得電池容量的差異小於±0. 5%。

通過附圖所示，本實用新型的上述及其它目的、特徵和優勢將更加清晰。在全部附 圖中相同的附圖標記指示相同的部分。並未刻意按實際尺寸等比例縮放繪製附圖，重點在 於示出本實用新型的主旨。
圖1為現有技術一種動力電池的結構示意圖； 圖2為本實用新型的實施例中鋰離子動力電池的內部結構示意圖； 圖3為本實用新型的實施例中鋰離子動力電池的組裝結構示意圖； 圖4為圖2和圖3中鋰離子動力電池的巻芯的分解結構示意圖； 圖5為所述鋰離子動力電池的製造方法的流程圖； 圖6為本實用新型的實施例中鋰離子動力電池的巻針示意圖。
具體實施方式為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，
以下結合附圖對本 實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。 在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本實用新型，但是本實用新 型還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，因此本實用新型不受下面公開的具 體實施例的限制。 其次，本實用新型結合示意圖進行詳細描述，在詳述本實用新型實施例時，為便於 說明，表示裝置結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在 此不應限制本實用新型保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空 間尺寸。 為突出本實用新型的特點，附圖中沒有給出與本實用新型的實用新型點必然直接相關的部分，例如，圓柱形巻芯、膠片等。 傳統動力電池一般採取多層疊片工藝，但其明顯的缺點是生產效率低下，通常 10 20分鐘才能完成一個電池的製作；而且疊層結構較鬆散，各層之間的間距不易控制， 導致電池容量的一致性較差。 基於此，本實用新型的鋰離子動力電池採用N(N為正整數)個巻芯內部並聯來實 現增大電池容量的目的，巻芯利用巻繞工藝製作，這樣在保證電池的基本性能的情況下，既 大大提高了生產效率，又改善了電池容量的一致性，而且電池外殼依然可以採用傳統的方 形硬殼包裝，以利於電池組的空間節省。 具體的，所述鋰離子動力電池包括至少兩個採用巻繞工藝製作的巻芯，所述巻芯 具有正極極耳和負極極耳，所述各個巻芯的正極極耳、負極極耳分別並聯連接。其中，所述 巻芯為圓柱形或者菱形。 所述圓柱形巻芯在巻繞工藝中的巻針截面為圓形，所述菱形巻芯在巻繞工藝中的 巻針截面為菱形。 優選的，所述鋰離子動力電池還進一步包括外殼、設於外殼上的正極極柱和負極 極柱；其中，所述各個巻芯的正極極耳並聯後與所述正極極柱電性連接，所述各個巻芯的負 極極耳並聯後與所述負極極柱電性連接。 可選的，所述正極極柱和負極極柱分別固定於所述外殼的兩端，則所述各個巻芯 的負極或正極極耳並聯後直接與負極或正極極柱固定連接。 可選的，所述正極極柱和負極極柱固定於所述外殼的同一端，則所述各個巻芯的 負極或正極極耳並聯後固定連接於外殼的另一端，通過外殼與負極或正極極柱電性連接。 所述各個巻芯的正極極耳、負極極耳分別並聯連接通過以下方式各個巻芯的正 極極耳均與一金屬片固定連接，各個巻芯的負極極耳均與另一金屬片固定連接。所述固定 連接採用雷射焊接的方法。 所述正極極耳和負極極耳分別由每個巻芯的兩端引出。
以下結合附圖詳細說明所述鋰離子動力電池的具體實施例。 圖2為本實用新型的實施例中鋰離子動力電池的內部結構示意圖，圖3為本實用 新型的實施例中鋰離子動力電池的組裝結構示意圖，圖4為鋰離子動力電池的巻芯的分解 示意圖。 如圖2所示，所述鋰離子動力電池包括至少兩個採用巻繞工藝製作的圓柱形巻 芯10 (圖中示出為三個巻芯)，所述巻芯10具有正極極耳11和負極極耳12，各個巻芯10 的正極極耳11、負極極耳12分別並聯連接。 所述並聯連接可以通過以下方式各個巻芯10的正極極耳11均與一金屬片13固 定連接，各個巻芯10的負極極耳12均與另一金屬片14固定連接。所述固定連接例如採用 雷射焊接的方法。 如圖4所示，所述巻芯10由正極極片101、隔膜103和負極極片102依次層疊後圍 繞圓柱形的巻針巻繞而成，正極極耳11與正極極片101連接，負極極耳12與負極極片102 連接，正極極耳11和負極極耳12分別從圓柱形巻芯的兩個底面伸出，膠帶106將巻繞後的 極片綁定。 如圖3所示，所述鋰離子動力電池還包括外殼15、設於外殼15上的正極極柱16和負極極柱17 ;所述外殼15為長方體形的硬殼，可以採用圖1所示的傳統方形動力電池的 外殼。 相互並聯的各個巻芯10位於外殼15內部，所述各個巻芯10的正極極耳11通過 金屬片13並聯後與正極極柱16電性連接，所述各個巻芯10的負極極耳12通過金屬片14 並聯後與負極極柱17電性連接。 如圖3所示，正極極柱16和負極極柱17固定於所述外殼15的同一端，正極極柱 16通過膠片(圖中未示出)與外殼15隔離絕緣，而負極極柱17與外殼15電性連接，金屬 片13與正極極柱16固定連接從而各個巻芯10的正極極耳11並聯後與正極極柱16連接， 金屬片14固定連接於外殼的另一端內從而將各個巻芯10的負極極耳12並聯後與外殼15 連接，所述外殼為導電材料，例如金屬，則通過外殼15與外部的負極極柱17電性連接，而正 極極柱16和負極極柱17均由鉚釘18固定與外殼表面。類似的，所述正極極柱和負極極柱 可以對換，即正極極柱與外殼電性連接，負極極柱與外殼隔離絕緣，則正極極耳並聯後與外 殼電性連接，負極極耳並聯後與負極極柱電性連接，具體結構不再贅述。 另外，所述外殼15上還設有防爆孔19。 圖5為所述鋰離子動力電池的製造方法的流程圖，具體過程如下 步驟Sl :提供正極極片、負極極片和隔膜； 步驟S2 :將所述正極極片、隔膜和負極極片層疊並圍繞圓柱形巻針巻繞，製成圓 柱形巻芯；該步驟可以由自動巻繞機完成； 步驟S3 :按照設計容量將N(N為正整數)個所述巻芯並排排列，並將各個巻芯的 正極極耳、負極極耳分別並聯連接，得到電池芯； 步驟S4 :將所述電池芯固定於外殼內部，並與外殼上的正極極柱和負極極柱電性 連接。 以上所述的鋰離子動力電池通過多個並聯的巻芯實現增大電池容量的目的，其中 的巻芯採用巻繞工藝製作，由於目前巻繞工藝的自動化設備每5 10S即可完成一個巻芯 的巻繞，將多個巻芯並聯則只需30S 60S就可以完成，傳統的疊片工藝則需要先將正、負 極極片分切成很多個方形子極片，然後再與隔膜一層一層的依次重複疊加，疊層完成後所 有的正極或負極極耳焊接而製成電池芯，疊片的動作通常為5 10秒，以40層正極子極 片、41層負極子極片、83層隔膜，每一個疊片動作5S為例，完成所有疊片動作需要13. 7分 鍾，而相當容量的3個巻芯並聯的電池芯最多只需1. 5分鐘，可見生產效率獲得明顯的提 高。 而且，巻芯的巻繞工藝在自動巻繞機上進行，對於正極極片、負極極片和隔膜均有 張力控制，巻芯的正、負極片的間距始終保持恆定，而疊片工藝中每個極片都沒有張力控 制，層與層之間間距有差異，因此，本實施例中的鋰離子動力電池在製作過程中能夠保證巻 繞的一致性，使得電池容量的差異小於±0. 5%。 在本實用新型的另一實施例中，所述正極極柱和負極極柱分別固定於所述外殼的 兩端，而且正極極柱和負極極柱均通過膠片與外殼絕緣，而正極極耳和負極極耳相應的位 於圓柱形巻芯的兩個底面，則各個巻芯的負極極耳並聯後通過金屬片直接與負極極柱固定 連接，各個巻芯的正極極耳並聯後通過另一金屬片直接與正極極柱固定連接，具體結構與 以上實施例類似，在此不再贅述。[0054] 以上實施例中動力電池的巻芯均為圓柱形，由正極極片、隔膜和負極極片層疊並 圍繞圓柱形巻針巻繞製成。除此以外，所述巻芯還可以為其他形狀，例如菱形、長方體形等。 如圖6所示的截面為菱形的巻針，在巻繞工藝中正極極片、隔膜和負極極片層疊 並圍繞該菱形巻針巻繞形成菱形巻芯，多個這樣巻芯的正極極耳、負極極耳分別並聯連接。 相對於傳統的截面為矩形的平板形巻針，使用這種菱形巻針的厚度更大，因而能 夠在特定尺寸的外殼內增加巻繞的正、負極極片的長度，由於電池的容量主要由正極極片 的敷料量決定，因此延長正極極片的長度就相當於增加電池容量。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上 的限制。 雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，然而並非用以限定本實用新型。任何 熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的 方法和技術內容對本實用新型技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的 等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對 以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本實用新型技術方案保護的 範圍內。
權利要求一種鋰離子動力電池，其特徵在於，包括至少兩個採用卷繞工藝製作的卷芯，所述卷芯具有正極極耳和負極極耳，所述各個卷芯的正極極耳、負極極耳分別並聯連接。
2. 根據權利要求1所述的鋰離子動力電池，其特徵在於，所述巻芯為圓柱形或者菱形。
3. 根據權利要求2所述的鋰離子動力電池，其特徵在於，所述圓柱形巻芯在巻繞工藝 中的巻針截面為圓形，所述菱形巻芯在巻繞工藝中的巻針截面為菱形。
4. 根據權利要求1所述的鋰離子動力電池，其特徵在於，還包括外殼、設於外殼上的 正極極柱和負極極柱；其中，所述各個巻芯的正極極耳並聯後與所述正極極柱電性連接，所 述各個巻芯的負極極耳並聯後與所述負極極柱電性連接。
5. 根據權利要求4所述的鋰離子動力電池，其特徵在於，所述正極極柱和負極極柱分 別固定於所述外殼的兩端，則所述各個巻芯的負極或正極極耳並聯後直接與負極或正極極 柱固定連接。
6. 根據權利要求4所述的鋰離子動力電池，其特徵在於，所述正極極柱和負極極柱固 定於所述外殼的同一端，則所述各個巻芯的負極或正極極耳並聯後固定連接於外殼的另一 端，通過外殼與負極或正極極柱電性連接。
7. 根據權利要求1所述的鋰離子動力電池，其特徵在於，所述各個巻芯的正極極耳、負 極極耳分別並聯連接通過以下方式各個巻芯的正極極耳均與一金屬片固定連接，各個巻芯的負極極耳均與另一金屬片固 定連接。
8. 根據權利要求5、6或7所述的鋰離子動力電池，其特徵在於，所述固定連接採用雷射 焊接的方法。
9. 根據權利要求1所述的鋰離子動力電池，其特徵在於，所述正極極耳和負極極耳分 別由每個巻芯的兩端引出。
專利摘要本實用新型提供一種鋰離子動力電池，包括至少兩個採用卷繞工藝製作的卷芯，所述卷芯具有正極極耳和負極極耳，所述各個卷芯的正極極耳、負極極耳分別並聯連接，所述卷芯為圓柱形或者菱形，另外還包括外殼、設於外殼上的正極極柱和負極極柱；其中，所述各個卷芯的正極極耳並聯後與所述正極極柱電性連接，所述各個卷芯的負極極耳並聯後與所述負極極柱電性連接。所述鋰離子動力電池能夠避免疊片工藝製造的大容量電池生產效率較低問題，並且提高電池的一致性。
文檔編號H01M10/38GK201438490SQ200920153839
公開日2010年4月14日 申請日期2009年4月30日 優先權日2009年4月30日
發明者王易瑋, 王馳偉, 袁定凱, 郭春泰 申請人:天津市捷威動力工業有限公司