一种卷绕‑堆叠式电池的制作方法

本发明涉及一种电池，尤其涉及一种卷绕-堆叠式电池。

背景技术：

现如今锂离子电池在电动工具上的使用爆发式增长，动力电池成本、生产效率及长期寿命及一致性亟待飞速突破，故而对电池组件结构的研究为重中之重。当前电池组件结构有卷绕式、叠片式、制袋式、堆叠-折叠式等结构：卷绕式结构是将连续的正极片和负极片通过分离膜隔开进行卷绕；而在叠片式结构中，将特定的结构单元进行连续的堆叠，并通过分离膜隔开；制袋式结构是先将负极制袋装于隔膜袋中，然后进行一层一层堆叠的结构；堆叠-折叠式结构先制作堆叠的结构单元，然后折叠形成电芯结构。

卷绕式、叠片式、制袋式、堆叠-折叠式电池结构的分别具有以下优劣点：(1)卷绕式结构通过密集地缠绕长片型负极和长片型正极来制造卷绕式结构，结果电池结构在截面上是圆形或椭圆的，在电池的充电和放电期间由于电极的膨胀和收缩引起的应力在电池结构中累积，并且当应力累积超过特定极限时，电池结构会变形，电池结构的变形导致在电极之间的不均匀的间隙，电池的循环性能将急剧变差，电池的安全由于电池内部的短路而得不到保障；(2)叠片式结构通过依序堆叠多个单元负极和多个单元正极来制造堆叠型的电池结构，需要大量的时间和精力来执行顺序堆叠处理，结果是该工序生产效率低；(3)制袋式结构，相比叠片式更增加了低效率的制袋工序；(4)堆叠-折叠式结构生产效率高，结构稳定，但电解液层间差异会影响电池的长期特性。

技术实现要素：

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种卷绕-堆叠式电池，综合考虑制备效率、结构稳定性，并同时兼顾电池长期均一性。

技术方案：

一种卷绕-堆叠式电池，包括电芯，所述电芯包括卷绕结构单元，且由所述卷绕结构单元堆叠而成，所述卷绕结构单元包括水平设置的隔膜、正极极片、负极极片，所述正极极片、所述负极极片分别由所述隔膜间隔设置，整体卷绕形成所述卷绕结构单元，卷绕圈数为0.5*n圈，其中n为正整数，形成的所述卷绕结构单元为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极交替出现重复单元中的任意可截取的部分，多个所述卷绕结构单元堆叠后形成电池极组，所述电池极组中隔膜分离的两侧为正极极片、负极极片相对形成电池对，所述电池极组中最外层为隔膜，次外层为负极极片。卷绕结构单元通过温度及压力作用、电晕、等离子体、胶联等方式结合成一个整体，产品稳定性好。

具体的，所述隔膜设置的层数大于等于一层，所述隔膜的层数大于一层时，所述隔膜分别平行设置，根据实际生产的需要选择隔膜的层数，可调节性好。

具体的，所述卷绕结构单元最外层均为隔膜，或者最外层两面都是正极极片或者负极极片，或者其中一面最外层为正极极片，另外一面最外层为负极极片，卷绕结构单元多样化，实际生产中选择面广。

以下提供几种不同的卷绕结构单元堆叠而成的电池极组：

具体的，所述卷绕结构单元为两种不同的结构，所述卷绕结构单元一的结构为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜，对应的所述卷绕结构单元二的结构为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极，所述卷绕结构单元一、所述卷绕结构单元二依次堆叠后形成所述电池极组，所述卷绕结构单元一分别堆叠于最上端和最下端。

具体的，所述卷绕结构单元为两种不同的结构，所述卷绕结构单元一的结构为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极，所述卷绕结构单元二的结构为隔膜/负极/隔膜，所述卷绕结构单元一依次堆叠，堆叠后两侧分别为所述隔膜、所述正极极片，所述正极极片的这一侧加堆一组所述卷绕结构单元二形成所述电池极组。

具体的，所述卷绕结构单元为两种不同的结构，所述卷绕结构单元一的结构为隔膜/负极/隔膜/正极，所述卷绕结构单元二的结构为隔膜/负极/隔膜，所述卷绕结构单元一依次堆叠，堆叠后两侧分别为所述隔膜、所述正极极片，最外层为正极极片的这一侧加堆一组所述卷绕结构单元二形成所述电池极组。

具体的，所述卷绕结构单元为两种不同的结构，所述卷绕结构单元一为隔膜/正极/隔膜，所述卷绕结构单元二为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜，所述卷绕结构单元一、所述卷绕结构单元二交替排列形成所述电池极组，所述卷绕结构单元二分别堆叠于最上端和最下端。

具体的，所述卷绕结构单元为三种不同的结构，所述卷绕结构单元一为隔膜/正极/隔膜/负极，所述卷绕结构单元二为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极，所述卷绕结构单元三为隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜，所述卷绕结构单元一依次堆叠，堆叠后两侧分别为所述隔膜、所述负极极片，所述隔膜的这一侧加堆一组所述卷绕结构单元二，所述负极极片的这一侧加堆叠一组所述卷绕结构单元三形成所述电池极组。

具体的，所述卷绕结构单元为两种不同的结构，所述卷绕结构单元一采用三层隔膜进行卷绕，所述卷绕结构单元一为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜，所述卷绕结构单元二为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极，所述卷绕结构单元二的两侧各加堆一组所述卷绕结构单元一形成所述电池极组。

具体的，所述卷绕结构单元为两种不同的结构，所述卷绕结构单元一采用三层隔膜进行卷绕，所述卷绕结构单元一为隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜，所述卷绕结构单元二为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极，所述卷绕结构单元一的两侧各加堆一组所述卷绕结构单元二形成所述电池极组。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)与卷绕结构相比，无圆弧区，可设计的np比小，减少原材料浪费，循环膨胀均匀，循环周期长，对于大容量电芯单体，结构分开的设计理论损耗都会大大降低；(2)与传统z字型叠片工艺相比，效率高，隔膜损坏、接头等带来的损耗低；(3)比制袋工艺效率高，工序数量少，产品一致性高，良品率更高；(4)与堆叠-折叠工艺相比，不同层间电解液分布更均匀，由于层间差异造成的电芯失效的风险低，循环寿命更长，减少了极端环境下因隔膜收缩造成内部短路的风险。

附图说明

图1为实施例1中卷绕结构单元一卷绕前的结构示意图；

图2为实施例1中卷绕结构单元一卷绕后的结构示意图；

图3为实施例1中卷绕结构单元二卷绕前的结构示意图；

图4为实施例1中卷绕结构单元二卷绕后的结构示意图；

图5为实施例1中电池极组的结构示意图；

图6为实施例2中卷绕结构单元一卷绕前的结构示意图；

图7为实施例2中卷绕结构单元一卷绕后的结构示意图；

图8为实施例2中卷绕结构单元二卷绕后的结构示意图；

图9为实施例2中电池极组的结构示意图；

图10为实施例3中卷绕结构单元一卷绕后的结构示意图；

图11为实施例3中卷绕结构单元二卷绕后的结构示意图；

图12为实施例3中电池极组的结构示意图；

图13为实施例4中卷绕结构单元一卷绕后的结构示意图；

图14为实施例4中卷绕结构单元二卷绕前的结构示意图；

图15为实施例4中卷绕结构单元二卷绕后的结构示意图；

图16为实施例4中电池极组的结构示意图；

图17为实施例5中卷绕结构单元一卷绕前的结构示意图；

图18为实施例5中卷绕结构单元一卷绕后的结构示意图；

图19为实施例5中卷绕结构单元二卷绕前的结构示意图；

图20为实施例5中卷绕结构单元二卷绕后的结构示意图；

图21为实施例5中卷绕结构单元三卷绕前的结构示意图；

图22为实施例5中卷绕结构单元三卷绕后的结构示意图；

图23为实施例5中电池极组的结构示意图；

图24为实施例6中卷绕结构单元一卷绕前的结构示意图；

图25为实施例6中卷绕结构单元一卷绕后的结构示意图；

图26为实施例6中卷绕结构单元二卷绕前的结构示意图；

图27为实施例6中卷绕结构单元二卷绕后的结构示意图；

图28为实施例6中电池极组的结构示意图；

图29为实施例7中卷绕结构单元一卷绕前的结构示意图；

图30为实施例7中卷绕结构单元一卷绕后的结构示意图；

图31为实施例7中卷绕结构单元二卷绕前的结构示意图；

图32为实施例7中卷绕结构单元二卷绕后的结构示意图；

图33为实施例7中电池极组的结构示意图；

图34为实施例8中卷绕结构单元一卷绕前的结构示意图；

图35为实施例8中卷绕结构单元一卷绕后的结构示意图；

图36为实施例8中卷绕结构单元二卷绕前的结构示意图；

图37为实施例8中卷绕结构单元二卷绕后的结构示意图；

图38为实施例8中电池极组的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1：

卷绕结构单元为两种不同的结构，图1为卷绕结构单元一卷绕前的结构，平行设有两层隔膜，负极极片设于两层隔膜中间，正极极片间隔设于隔膜上方，卷绕0.5圈后的卷绕结构单元一的结构如图2所示，卷绕结构单元一的结构为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜，图3为卷绕结构单元二卷绕前的结构，平行设有两层隔膜，负极极片设于两层隔膜中间，正极极片间隔设于隔膜上方，负极极片设于隔膜下方，卷绕0.5圈后的卷绕结构单元二的结构如图4所示，卷绕结构单元二的结构为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极，卷绕结构单元一、卷绕结构单元二间隔堆叠后形成电池极组如图5所示，同时保持两组卷绕结构单元一堆叠于最上端和最下端。堆叠后的电池极组利用平板进行热压，温度为50～100℃，压力为0.1～1.5mpa。

实施例2：

与实施例1的区别在于卷绕结构单元的不同，卷绕结构单元为两种不同的结构，图6为卷绕结构单元一卷绕前的结构，平行设有两层隔膜，负极极片设于两层隔膜中间，正极极片分别间隔设于第一层隔膜上方和第二层隔膜下方，卷绕的圈数可以为0.5*n(n为奇数)，卷绕1.5圈后的卷绕结构单元一结构如图7所示，卷绕结构单元一的结构为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极，如图8所示卷绕结构单元二的结构为隔膜/负极/隔膜，两个卷绕结构单元一依次堆叠，堆叠后两侧分别为隔膜、正极极片，正极极片的这一侧加堆一组卷绕结构单元二形成电池极组如图9所示。

实施例3：

与实施例1的区别在于卷绕结构单元的不同，卷绕结构单元为两种不同的结构，如图10所示，卷绕结构单元一的结构为隔膜/负极/隔膜/正极，如图11所示，卷绕结构单元二的结构为隔膜/负极/隔膜，如图12所示，四组卷绕结构单元一依次堆叠，堆叠后两侧分别为隔膜、正极极片，最外层为正极极片的这一侧加堆一组卷绕结构单元二形成电池极组。

实施例4：

与实施例1的区别在于卷绕结构单元的不同，卷绕结构单元为两种不同的结构，如图13所示，卷绕结构单元一为隔膜/正极/隔膜，图14为卷绕结构单元二卷绕前的结构示意图，设置一层隔膜，卷绕1圈后，图15为卷绕结构单元二卷绕后的结构示意图，卷绕结构单元二为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜，卷绕结构单元一、卷绕结构单元二交替排列形成电池极组，卷绕结构单元二分别堆叠于最上端和最下端，如图16所示。

实施例5：

与实施例1的区别在于卷绕结构单元的不同，卷绕结构单元为三种不同的结构，图17、图18分别为卷绕结构单元一卷绕前和卷绕后的结构示意图，卷绕结构单元一为隔膜/正极/隔膜/负极，图19、图20分别为卷绕结构单元二卷绕前和卷绕后的结构示意图，卷绕结构单元二为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极，图21、图22分别为卷绕结构单元三卷绕前和卷绕后的结构示意图，卷绕结构单元三为隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜，如图23所示，三组卷绕结构单元一依次堆叠，堆叠后两侧分别为隔膜、负极极片，隔膜的这一侧加堆一组卷绕结构单元二，负极极片的这一侧加堆叠一组卷绕结构单元三形成电池极组。

实施例6：

与实施例1的区别在于卷绕结构单元的不同，卷绕结构单元为两种不同的结构，图24为卷绕结构单元一卷绕前的结构，平行设有两层隔膜，负极极片设于两层隔膜中间，正极极片第二层隔膜下方，第一层隔膜上方间隔两个位置设置一个正极极片，卷绕1圈后的卷绕结构单元一结构如图25所示，卷绕结构单元一的结构为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极，图26为卷绕结构单元二卷绕前的结构，平行设有两层隔膜，负极极片设于两层隔膜中间，第一层隔膜上层每设置两个正极极片间隔一个位置，卷绕1圈后的卷绕结构单元二结构如图27所示，卷绕结构单元二的结构为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜，卷绕结构单元一的两侧各加堆一组卷绕结构单元二形成电池极组如图28所示。

实施例7：

与实施例1的区别在于卷绕结构单元的不同，卷绕结构单元为两种不同的结构，图29为卷绕结构单元一卷绕前的结构，平行设有三层隔膜，正极极片设于第一层隔膜和第二层隔膜中间，负极极片设于第二层隔膜和第三层隔膜中间，负极极片间隔设于第一层隔膜上方，卷绕0.5圈后的卷绕结构单元一结构如图30所示，卷绕结构单元一的结构为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜，图31、图32分别为卷绕结构单元二卷绕前和卷绕后的结构示意图，卷绕结构单元二的结构为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极，卷绕结构单元二的两侧各加堆一组卷绕结构单元一形成电池极组如图33所示。

实施例8：

与实施例1的区别在于卷绕结构单元的不同，卷绕结构单元为两种不同的结构，图34为卷绕结构单元一卷绕前的结构，平行设有三层隔膜，负极极片设于第一层隔膜和第二层隔膜中间，正极极片设于第二层隔膜和第三层隔膜中间，正极极片间隔设于第一层隔膜上方，卷绕0.5圈后的卷绕结构单元一结构如图35所示，卷绕结构单元一的结构为隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜，图36、图37分别为卷绕结构单元二卷绕前和卷绕后的结构示意图，卷绕结构单元二的结构为隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极，卷绕结构单元一的两侧各加堆一组卷绕结构单元二形成电池极组如图38所示。本发明的卷绕结构单元无圆弧区，节约原材料，循环膨胀均匀，循环周期长，制备效率高，损耗低，工序数量少，不同层间电解液分布更均匀，结构稳定性好，电池的长期均一性好。