專利名稱：一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鋰離子電池，尤其是一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池根據(jù)外形不同分為圓柱形和方形。在不同的應用場所和應用的需求， 選擇不同形狀的鋰離子電池。目前市場上的筆記本電腦電池以圓柱18650型號為主。方形鋰離子電池主要應用于手持的消費電子產(chǎn)品例如手機和游戲機。隨著電動汽車的發(fā)展， 對鋰離子電池的單體容量需求越來越高，方形的鋰離子電池逐漸向大容量化發(fā)展。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)大體上包括卷繞結(jié)構(gòu)和多層疊片結(jié)構(gòu)。圓柱形鋰離子電池全部采用的是卷繞結(jié)構(gòu)。鋰離子電池的生產(chǎn)工藝隨著結(jié)構(gòu)的不同，也分為卷繞工藝和疊片工藝。方形卷繞結(jié)構(gòu)的鋰離子電池相對于層疊結(jié)構(gòu)的鋰離子電池具有工藝簡單成熟，自動化程度較高，生產(chǎn)速度和效率相對較高，目前普遍采用。方形鋰離子電池的構(gòu)成通常包括外殼包裝，正極引出端，負極引出端，和內(nèi)部的電池芯構(gòu)成。電池芯包括正極板，負極板，隔膜，電解質(zhì)。卷繞方形鋰離子電池芯由一個完整連續(xù)的正極板，一個完整連續(xù)的負極板，連續(xù)的隔膜通過卷繞方式裝配在一起的。電池芯的正極板的構(gòu)成通常包括正極活性材料層，正極集流體和正極引出端。電池芯的負極板構(gòu)成包括負極活性材料層，負極集流體和負極引出端。電池的正負極集流體一般分別采用鋁箔和銅箔。常規(guī)的卷繞結(jié)構(gòu)的離子電池的結(jié)構(gòu)如附圖1。方形卷繞鋰離子電池的常規(guī)生產(chǎn)工藝包括正負極活性材料分別混料攪拌 間歇式涂布將正負極活性材料分別涂布于鋁、銅箔 正負極分別壓實 正負極分別分條 正負極端子焊接 正負極端子絕緣 極片絕緣處理 引入隔膜卷繞 后端工序。鋰離子電池后端的生產(chǎn)工序包括烘烤除濕，注電解液，封裝，化成和老化測試等等。隨著消費電子市場和電動汽車，電網(wǎng)儲能的應用越來越多，對于單體容量的需求也越來越大，對于內(nèi)部和外部聯(lián)結(jié)的要求，低內(nèi)阻等的要求也越來越高，對于生產(chǎn)效率的要求就越來越高。傳統(tǒng)的卷繞方形鋰離子電池在結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝上需要進一步改善。圖1為常規(guī)的鋰離子方形軟包裝卷繞電池的結(jié)構(gòu)。鋰離子方形軟包裝卷繞電池有外包裝30，正極引出端11，負極引出端12，和由正、負極板及隔膜材料卷繞組成的電池芯20 構(gòu)成。其中電池的引出端11，12通常采用鋁帶和銅帶，是通過焊接或者鉚接的方式與電池芯內(nèi)部的正、負極板的金屬鋁箔或者金屬銅箔進行連接。外包裝30采用鋁塑復合膜或者采用金屬外殼。圖2、圖3、圖4及圖5為常規(guī)的鋰離子電池的正負極板的構(gòu)成。圖中MD表示極板的長度方向，也即是涂布機的機器傳動方向，T D表示極板的寬度方向，也就是垂直于涂布設備的傳動方向。圖2及圖3的正極板由中間的集流體鋁箔al2和兩側(cè)的活性材料涂層 all-u和all-d構(gòu)成。集流體的寬度與活性材料涂層是相同。集流體的長度大于兩側(cè)的活性材料涂層，并且在集流體上留出空白的沒有活性材料涂層的金屬區(qū)。圖4及圖5的負極板是由中間的集流體銅箔bl2和兩側(cè)的活性材料涂層bll-u，bll-d構(gòu)成。負極板的集流體寬度和活性材料層的寬度相等，長度上集流體的長度大于兩側(cè)的活性材料涂層長度。圖6及圖7以正極為例，在鋁箔的空白處正極引出端子鋁帶通過超聲波焊接在集流體鋁箔上。由于鋁帶的邊角突出，容易在組裝后對隔膜形成局部壓力，刺穿隔膜，需要在焊接的鋁箔和鋁帶上粘貼絕緣膠紙。絕緣膠紙的厚度和鋁帶的厚度一般不超過活性材料涂層的厚度。同樣負極板的引出端子銅帶也通過超聲焊接等方式連接到負極的集流體銅箔上并且粘貼絕緣膠紙。按照上述方法制作的正負極板通過卷繞設備與隔離膜一起卷繞成圖1的部件電池芯20。隨著電池的容量越來越大，需要在電池單體容量越來越高的同時，減少電池的內(nèi)阻。由于大容量的電池的極板長度越來越長，單一的正負極引出端子不能夠有效地減少電池的內(nèi)阻和通過足夠的電流。有關(guān)實用新型提出在正負極板上加工多個正負極端子的設計。如圖8所示，在較長的正負極板的集流體上預留出或者加工沒有被活性材料涂層覆蓋的區(qū)域供焊接使用。在每個空白區(qū)通過焊接等方式聯(lián)結(jié)銅鋁帶引出端，然后進行粘貼絕緣膠紙的操作。具備多處端子的正負極板和隔膜經(jīng)卷繞設備卷繞成多端子電池芯。常規(guī)的電池通過增加正負極端子數(shù)量的方法可以達到改善內(nèi)阻和適應大容量電池的大電流要求。在電池芯的多端子引出后，需要在電池中進行一個集中的焊接引出工藝， 將端子焊接到一個尺寸較大，過電流能力較大的銅帶或者鋁帶上，焊接后的集流體可以經(jīng)過電池外包裝密封后直接引出到電池外部。傳統(tǒng)的極板設計，集流體與活性材料涂層等寬，集流體的引出端子需要采用導電的鋁帶或者銅帶分別從正負極集流體引出。結(jié)構(gòu)設計時必須在涂布的時候留出空白區(qū)域或者涂布完成后留出空白區(qū)域。造成正負極活性材料涂層不連續(xù)，降低了涂布的效率。同時由于金屬層外露和不同厚度的銅帶鋁帶引入，帶有突出的尖角和銳邊，在卷繞電池的制作過程中，如果銅帶和鋁帶的一處端子直接接觸電池隔膜，容易造成局部的應力集中，局部刺穿隔膜，形成內(nèi)部的短路和導致自放電，為了防止在裝配和實際應用中導致內(nèi)部自放電，必須在正負極的引出端和焊接位置做絕緣處理，通常采用在金屬露出區(qū)域粘貼電工用絕緣膠帶的方法進行絕緣處理。對于大容量的方形動力鋰離子電池，由于正負極板的尺寸和長度變長，同時要求電池有合理的內(nèi)阻，集流體引出端子銅帶和鋁帶需要通過的電流較大，這樣在正負極板上保留一個引出端子就不夠，如圖8及圖9所示，通常需要增加集流體引出銅帶和鋁帶的數(shù)量，增加了焊接和絕緣膠帶的數(shù)量，降低了生產(chǎn)效率和增加了生產(chǎn)成本。同時由于多個引出端子的引入，為了保證卷繞后各個端子必須合理的對齊，正極端子與正極端子對齊，負極端子相互對齊，在進行電池極板設計時，必須對于卷繞電芯的極板的引出端子的間距進行不等距設計。對于不等距設計，就必須在活性材料涂層的涂布時進行較為復雜的程序控制，在引出端子焊接時精密對齊，才能夠精確達到卷繞后對齊的要求?？傊?，對于設備的升級和精確度，控制程序等制造技術(shù)的要求較高，增加了電池生產(chǎn)的設備費用和降低了生產(chǎn)效率。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本實用新型提供一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池?？梢院喕瘎恿︿囯x子電池生產(chǎn)流程和結(jié)構(gòu)設計，減低鋰離子電池的內(nèi)阻，提高可靠性和安全性。為此，本實用新型一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，采用如下技術(shù)方案構(gòu)成本實用新型一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，包括卷繞的電池芯，所述電池芯由正極板，負極板及隔膜卷繞而成，正極板包括正極集流體和制作在正極集流體上的正極活性材料涂層，負極板包括負極集流體和制作在負極集流體上的負極活性材料涂層，所述電池芯的兩端部分分別露出正極集流體和負極集流體，即正極集流體的寬度大于正極活性材料涂層的寬度，負極集流體的寬度大于負極活性材料涂層的寬度；電池的正極引出端直接和電池芯一端的正極集流體連接，電池的負極引出端直接和電池芯另一端的負極集流體連接。所述正極集流體為鋁箔；所述負極集流體為銅箔。電池的正極引出端為鋁帶；電池的負極引出端為銅帶。電池的正極引出端直接與正極集流體焊接或者鉚接；電池的負極引出端直接與負極集流體焊接或者鉚接。正極集流體的寬度多出相應的正極活性材料涂層的寬度10_30mm。負極集流體的寬度多出相應的負極活性材料涂層的寬度10_30mm。所述隔膜的寬度大于正極活性材料涂層的寬度而小于正極集流體的寬度。所述隔膜的寬度大于負極活性材料涂層的寬度而小于負極集流體的寬度。本實用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于其一，可以簡化動力鋰離子電池生產(chǎn)流程和結(jié)構(gòu)設計，提高可靠性和安全性。其二，電池的正負極分別和電池芯的正負極集流體在整個電池長度可以實現(xiàn)盡量多點的聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)了減低電池內(nèi)阻的目的，同時也避免了由于常規(guī)多點引出多點焊接帶來的低效率高成本問題。其三，電池的正負極引出端(如鋁帶和銅帶)直接和電池芯兩端的鋁箔集流體和銅箔集流體進行連接(焊接或鉚接)，不需要深入到電池芯的主體部分，從而在極板上不需要留出空白金屬箔，不需要進行粘貼膠紙的絕緣處理，整個工藝過程中只需要進行一次正極的焊接和一次負極的焊接，和一次正極絕緣一次負極的絕緣處理。

圖1為常規(guī)鋰離子方形軟包裝卷繞電池示意圖；圖2為常規(guī)鋰離子電池正極板示意圖；圖3為圖2之A-A剖面示意圖；圖4為常規(guī)鋰離子電池負極板示意圖；圖5為圖4之A-A剖面示意圖；圖6為常規(guī)鋰離子電池正極板及正極引出端子示意圖；圖7為圖6之A-A剖面示意圖；圖8為具備多個正負極引出端子的常規(guī)鋰離子電池芯卷繞前示意圖；圖9為具備多引出端子的常規(guī)鋰離子電池芯正負極引出端子集成焊接示意圖；圖10為本實用新型電池芯示意圖；圖11為圖10的仰視圖；圖12為圖10的側(cè)視圖；[0037]圖13為本實用新型其電池的正負極與電池芯正負極集流體直接聯(lián)接實施例之 圖14為圖13的仰視圖；圖15為本實用新型其電池的正負極與電池芯正負極集流體直接聯(lián)接實施例之之圖16為圖15的仰視圖；[0041]圖17為本實用新型電池芯正極板示意圖[0042]圖18為圖17之A-A剖面示意圖；[0043]圖19為本實用新型電池芯負極板示意圖[0044]圖20為圖19之A-A剖面示意圖；[0045]圖21為本實用新型電池芯剖視圖。
具體實施方式
下面，結(jié)合附圖，介紹本實用新型的具體實施方式
。如圖10-圖11所示，本實用新型的鋰離子電池，卷繞的電池芯由正極板，負極板， 隔膜卷繞而成，電池芯的兩端部分分別為正極集流體1 (如鋁箔)和負極集流體2 (如銅箔)， 正極板包括正極集流體1及在正極集流體1上涂制的正極活性材料涂層，負極板為負極集流體2及在負極集流體2上涂制的上涂制負極活性材料涂層；正、負極板用隔膜3分開。電池正負極引出端(如鋁帶和銅帶)直接和電池芯兩端的鋁箔集流體和銅箔集流體進行連接， 不需要深入到電池芯的主體部分，從而在極板上不需要留出空白金屬箔，不需要進行粘貼膠紙的絕緣處理(如圖10、圖11及圖12)。本實用新型的電池芯外表是外漏的正極集流體1，負極集流體2和電池芯主體構(gòu)成。電池芯是將含有集流體外漏的正負極板和隔膜卷繞而成。正極的鋁箔集流體和負極的銅箔集流體分別位于電池芯主體的兩側(cè)。電池正極4及電池負極5將直接與正負極集流體直接焊接或者鉚接等方式聯(lián)結(jié)在一起，如圖13 (圖14)和圖15 (圖16)示意的兩種聯(lián)結(jié)方式。通過這種結(jié)構(gòu)制作的電池，將正負極板的集流體直接與電池正負極進行聯(lián)結(jié)，整個工藝過程中只需要進行一次正極的焊接和一次負極的焊接，和一次正極絕緣一次負極的絕緣處理。由于電池正負極分別和電池芯的正負極集流體在整個電池長度可以實現(xiàn)盡量多點的聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)了減低電池內(nèi)阻的目的，同時也避免了由于常規(guī)多點引出多點焊接帶來的低效率高成本問題。本實用新型采用對稱型極板設計，位于正負極集流體兩側(cè)的活性材料涂層尺寸一致，連續(xù)活性物質(zhì)涂層，之間無金屬空白區(qū)。容易連續(xù)生產(chǎn)。同時集流體的引出端直接采取邊緣整體露出的金屬集流體體引出。由于極板中間沒有引入焊接的鋁帶或銅帶，沒有金屬突出物。如圖17、圖18、圖19及圖20所示，本實用新型的集流體的寬度和正負極活性材料涂層不等寬，集流體的寬度大于正負極活性材料涂層的寬度。集流體的寬度一般多出活性材料涂層的寬度10-30mm。在留空的集流體進行導電引出端的聯(lián)結(jié)，形成連續(xù)的導電結(jié)構(gòu)，電池的內(nèi)阻較低。減少了電池的焊接和膠紙絕緣工藝。圖21所示為正負極板，加上在正負極板中間的隔膜3卷繞成電池芯，電池芯的剖面示意圖.本實用新型的電池芯，電池芯的一側(cè)是鋁集流體，另外一側(cè)是銅集流體的電池芯。電池芯的正負極板通過隔膜隔開。隔膜的寬度大于正負極板的寬度，用于將正負極板隔開。隔膜的寬度小于正負極集流體的寬度，用于適當外露正負極集流體。電池芯的最外層以隔膜纏繞。實用新型的電池生產(chǎn)工藝區(qū)別于常規(guī)電池的生產(chǎn)。1、正負極材料的攪拌混合。與常規(guī)電池類似。2、涂布正負極活性材料涂層。將混合好的正負極材料料漿通過涂布設備涂到鋁箔或者銅箔上。本實用新型的銅、鋁箔寬度要大于活性材料涂層的寬度。正負極材料涂層連續(xù)的不間斷的涂制到鋁、銅箔上。常規(guī)的電池涂布需要間斷的預留出為涂布區(qū)供后工藝焊接。3、正負極板的壓實工藝，常規(guī)工藝類似。4、分條，將正負極板沿M D方向裁切成不同寬度。如圖17、圖18、圖19及圖20所5、隔膜準備，隔膜的寬度按照本實用新型的設計，隔膜寬度大于活性材料的寬度小于集流體的寬度。6、卷繞。卷繞完成后隔膜收尾，類似于常規(guī)卷繞。完成后的電池芯一端是銅箔一端是鋁箔，圖10所示。7、正負極焊接。根據(jù)應用的需要，焊接完成后的電池芯如圖13或者圖15所示。8、后端工藝。進行電池芯的烘干，封裝，注液，化成等操作。類似于常規(guī)的鋰離子電池生產(chǎn)工藝。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型的技術(shù)范圍作任何限制。本行業(yè)的技術(shù)人員，在本技術(shù)方案的啟迪下，可以做出一些變形與修改，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上的實施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，包括卷繞的電池芯，所述電池芯由正極板， 負極板及隔膜卷繞而成，正極板包括正極集流體和制作在正極集流體上的正極活性材料涂層，負極板包括負極集流體和制作在負極集流體上的負極活性材料涂層，其特征在于所述電池芯的兩端部分分別露出正極集流體和負極集流體，即正極集流體的寬度大于正極活性材料涂層的寬度，負極集流體的寬度大于負極活性材料涂層的寬度；電池的正極引出端直接和電池芯一端的正極集流體連接，電池的負極引出端直接和電池芯另一端的負極集流體連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，其特征在于所述正極集流體為鋁箔；所述負極集流體為銅箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，其特征在于電池的正極引出端為鋁帶；電池的負極引出端為銅帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，其特征在于電池的正極引出端直接與正極集流體焊接或者鉚接；電池的負極引出端直接與負極集流體焊接或者鉚接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，其特征在于正極集流體的寬度多出相應的正極活性材料涂層的寬度10—30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，其特征在于負極集流體的寬度多出相應的負極活性材料涂層的寬度10—30mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，其特征在于所述隔膜的寬度大于正極活性材料涂層的寬度而小于正極集流體的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，其特征在于所述隔膜的寬度大于負極活性材料涂層的寬度而小于負極集流體的寬度。
專利摘要一種高生產(chǎn)效率的方形動力鋰離子電池，涉及鋰離子電池。包括卷繞的電池芯，所述電池芯由正極板，負極板及隔膜卷繞而成，正極板包括正極集流體和制作在正極集流體上的正極活性材料涂層，負極板包括負極集流體和制作在負極集流體上的負極活性材料涂層，所述電池芯的兩端部分分別露出正極集流體和負極集流體，即正極集流體的寬度大于正極活性材料涂層的寬度，負極集流體的寬度大于負極活性材料涂層的寬度；電池的正極引出端直接和電池芯一端的正極集流體連接，電池的負極引出端直接和電池芯另一端的負極集流體連接?？珊喕瘎恿︿囯x子電池生產(chǎn)流程和結(jié)構(gòu)設計，減低電池內(nèi)阻，提高可靠性和安全性。
文檔編號H01M10/0525GK202333058SQ20112047496
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者劉勇標 申請人:東莞市比比克電子科技有限公司