一种卷绕‑卷叠式电池的制作方法

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种卷绕-卷叠式电池。

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。

但是这几种结构的电池均存在各自的缺陷，具体如下：(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。

因此，如何综合考虑制备效率、结构稳定性、同时兼顾电池长期均一性，一种新的电池结构值得研究。

技术实现要素：

发明目的：为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种制备效率高、原材料浪费少、设计损耗低、提高产品质量、循环寿命长的卷绕-卷叠式电池，

技术方案：本发明提出了以下一种技术方案：一种卷绕-卷叠式电池，包括电芯，所述电芯由1个以上的卷绕结构单元以连续隔膜为载体进行卷叠而成，卷叠后连续隔膜收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处并固定；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卷叠后形成电池极组，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，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。

作为本发明的进一步改进，所述卷绕结构单元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，多样化的卷绕结构单元在多种不同要求的应用领域和应用环境中选择性更广。

更进一步的，所述卷绕结构单元结构为正极/隔膜/负极/隔膜/正极，或负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极，或正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜，或正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极，或负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

更为优选的，所述多个卷绕结构单元以连续隔膜为载体，连续卷叠形成包含任意层正极极片层数的所述电池极组。

更进一步的，所述多个卷绕结构单元以连续隔膜为载体，连续卷叠形成包含10-19层正极极片层数的所述电池极组。

在一些实施方式中，所述卷绕结构单元以单个结构a/结构d+两个结构b+两个结构c三种不同结构的卷绕结构单元以连续隔膜为载体，连续卷叠形成正极极片层数为10/11层的所述电池极组。

在一些实施方式中，所述卷绕结构单元以单个结构b+两个结构d+两个结构b或单个结构d+两个结构b+两个结构d+两个结构b的两种不同结构的卷绕结构单元以连续隔膜为载体，连续卷叠形成正极极片层数为12或17层的所述电池极组。

在一些实施方式中，所述卷绕结构单元以结构e+两个结构d+两个结构b+单个或两个结构c的四种不同结构的卷绕结构单元以连续隔膜为载体，连续卷叠形成正极极片层数为13层或15层的所述电池极组。

在一些实施方式中，所述卷绕结构单元以结构b+两个结构d+两个结构b+单个或两个结构c的三种不同结构的卷绕结构单元以连续隔膜为载体，连续卷叠形成正极极片层数为14层或16层的所述电池极组。

在一些实施方式中，所述卷绕结构单元以结构a/结构d+两个结构b+两个结构d+两个结构b+单个结构c的三种不同结构的卷绕结构单元以连续隔膜为载体，连续卷叠形成正极极片层数为18/19层的所述电池极组。

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。(5)本发明采用一层连续隔膜进行卷叠，一方面使卷芯更为稳定，便于自动化产线中卷芯的转运(如使用吸盘吸，不会出现结构上的松动与散架)；另一方面该层连续隔膜也平衡了多层极片中电解液分布的均匀性。

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既结构a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既结构b的结构示意图；

图5为实施例1中卷绕结构单元三卷绕前的结构示意图；

图6为实施例1中卷绕结构单元三卷绕后既结构c的结构示意图；

图7为实施例1中电池极组的结构示意图；

图8为实施例2中卷绕结构单元一卷绕前的结构示意图；

图9为实施例2中卷绕结构单元一卷绕后既结构d的结构示意图；

图10为实施例2中电池极组的结构示意图；

图11为实施例3中电池极组的结构示意图；

图12为实施例4中卷绕结构单元一卷绕前的结构示意图；

图13为实施例4中卷绕结构单元二卷绕后既结构e的结构示意图；

图14为实施例4中电池极组的结构示意图；

图15为实施例5中电池极组的结构示意图；

图16为实施例6中电池极组的结构示意图；

图17为实施例7中电池极组的结构示意图；

图18为实施例8中电池极组的结构示意图；

图19为实施例9中电池极组的结构示意图；

图20为实施例10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：

卷绕结构单元包括3种不同的结构：卷绕结构单元一、卷绕结构单元二、卷绕结构单元三。

其中图1为卷绕结构单元一卷绕前的结构，设有一层隔膜11，正极极片11设于隔膜11下方，负极极片13间隔设于隔膜11上方，卷绕0.5圈后的卷绕结构单元一的结构a如图2所示，具体结构为正极/隔膜/负极/隔膜/正极。

图3为卷绕结构单元二卷绕前的结构，平行设有两层隔膜11，正极极片12设于两层隔膜11中间，负极极片13设于第二层隔膜11下方，负极极片13间隔设于第一层隔膜上方，卷绕0.5圈后的卷绕结构单元二的结构b如图4所示，具体结构为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

图5为卷绕结构单三卷绕前的结构，平行设有两层隔膜11，负极极片设于两层隔膜11中间，正极极片12分别间隔设于第一层隔膜11上方和第二层隔膜11下方，卷绕0.5圈后的卷绕结构单元三的结构c如图6所示，具体结构为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜。

以连续隔膜2为载体进行卷叠，卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、两个卷绕结构单元三依次卷叠后形成正极极片层数为10层的电池极组如图7所示，连续隔膜2收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处；以胶带、热封或胶连的方式固定，卷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：

卷绕结构单元包括3种不同的结构：卷绕结构单元一、卷绕结构单元二、卷绕结构单元三。

其中图8为卷绕结构单元一卷绕前的结构，平行设有两层隔膜11，负极极片13设于两层隔膜11中间，正极极片12间隔设于第一层隔膜11上方，负极极片13设于隔膜11下方，卷绕0.5圈后的卷绕结构单元一的结构d如图9所示，具体结构为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极。

如图3-4所示，卷绕结构单元二同实施例1中卷绕结构单元二卷绕方式和结构相同，为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

如图5-6所示，卷绕结构单元三同实施例1中卷绕结构单元三卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜。

以连续隔膜2为载体进行卷叠，卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、两个卷绕结构单元三依次卷叠后形成正极极片层数为11层的电池极组如图10所示，连续隔膜2收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处；以胶带、热封或胶连的方式固定，卷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3：

卷绕结构单元包括2种不同的结构：卷绕结构单元一、卷绕结构单元二。

如图3-4所示，卷绕结构单元一同实施例1中卷绕结构单元二卷绕方式和结构相同，为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

如图8-9所示，卷绕结构单元二同实施例2中卷绕结构单元一卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极。

以连续隔膜2为载体进行卷叠，卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、两个卷绕结构单元一依次卷叠后形成正极极片层数为12层的电池极组如图11所示；连续隔膜2收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处；以胶带、热封或胶连的方式固定，卷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4：

卷绕结构单元包括4种不同的结构：卷绕结构单元一、卷绕结构单元二、卷绕结构单元三、卷绕结构单元四。

其中图12为卷绕结构单元一卷绕前的结构，设有一层隔膜11，负极极片11设于隔膜11下方，正极极片13间隔设于隔膜11上方，卷绕0.5圈后的卷绕结构单元一的结构e如图13所示，具体结构为负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

如图8-9所示，卷绕结构单元二同实施例2中卷绕结构单元一卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极。

如图3-4所示，卷绕结构单元三同实施例1中卷绕结构单元二卷绕方式和结构相同，为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

如图5-6所示，卷绕结构单元四同实施例1中卷绕结构单元三卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜。

以连续隔膜2为载体进行卷叠，卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、两个卷绕结构单元三、一个卷绕结构单元四依次卷叠后形成正极极片层数为13层的电池极组如图14所示；连续隔膜2收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处；以胶带、热封或胶连的方式固定，卷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5：

卷绕结构单元包括3种不同的结构：卷绕结构单元一、卷绕结构单元二、卷绕结构单元三。

如图3-4所示，卷绕结构单元一同实施例1中卷绕结构单元二卷绕方式和结构相同，为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

如图8-9所示，卷绕结构单元二同实施例2中卷绕结构单元一卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极。

如图5-6所示，卷绕结构单元三同实施例1中卷绕结构单元三卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜。

以连续隔膜2为载体进行卷叠，卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、两个卷绕结构单元一、一个卷绕结构单元三依次卷叠后形成正极极片层数为14层的电池极组如图15所示；连续隔膜2收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处；以胶带、热封或胶连的方式固定，卷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6：

卷绕结构单元包括4种不同的结构：卷绕结构单元一、卷绕结构单元二、卷绕结构单元三、卷绕结构单元四。

如图12-13所示，卷绕结构单元一同实施例4中卷绕结构单元一结构相同，为负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

如图8-9所示，卷绕结构单元二同实施例2中卷绕结构单元一卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极。

如图3-4所示，卷绕结构单元三同实施例1中卷绕结构单元二卷绕方式和结构相同，为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

如图5-6所示，卷绕结构单元四同实施例1中卷绕结构单元三卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜。

以连续隔膜2为载体进行卷叠，卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、两个卷绕结构单元三、两个卷绕结构单元四依次卷叠后形成正极极片层数为15层的电池极组如图16所示；连续隔膜2收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处；以胶带、热封或胶连的方式固定，卷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7：

卷绕结构单元包括3种不同的结构：卷绕结构单元一、卷绕结构单元二、卷绕结构单元三。

如图3-4所示，卷绕结构单元一同实施例1中卷绕结构单元二卷绕方式和结构相同，为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

如图8-9所示，卷绕结构单元二同实施例2中卷绕结构单元一卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极。

如图5-6所示，卷绕结构单元三同实施例1中卷绕结构单元三卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜。

以连续隔膜2为载体进行卷叠，卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、两个卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元三依次卷叠后形成正极极片层数为16层的电池极组如图17所示；连续隔膜2收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处；以胶带、热封或胶连的方式固定，卷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8：

卷绕结构单元包括2种不同的结构：卷绕结构单元一、卷绕结构单元二。

如图8-9所示，卷绕结构单元一同实施例2中卷绕结构单元一卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极。

如图3-4所示，卷绕结构单元一同实施例1中卷绕结构单元二卷绕方式和结构相同，为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

以连续隔膜2为载体进行卷叠，卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、两个卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二依次卷叠后形成正极极片层数为17层的电池极组如图18所示；连续隔膜2收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处；以胶带、热封或胶连的方式固定，卷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9：

卷绕结构单元包括4种不同的结构：卷绕结构单元一、卷绕结构单元二、卷绕结构单元三、卷绕结构单元四。

如图1-2所示，卷绕结构单元一同实施例1中卷绕结构单元一结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正级。

如图3-4所示，卷绕结构单元二同实施例1中卷绕结构单元二卷绕方式和结构相同，为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

如图8-9所示，卷绕结构单元三同实施例2中卷绕结构单元一卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极。

如图5-6所示，卷绕结构单元四同实施例1中卷绕结构单元三卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜。

以连续隔膜2为载体进行卷叠，卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、两个卷绕结构单元三、两个卷绕结构单元二、一个卷绕单元四依次卷叠后形成正极极片层数为18层的电池极组如图19所示；连续隔膜2收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处；以胶带、热封或胶连的方式固定，卷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10：

卷绕结构单元包括3种不同的结构：卷绕结构单元一、卷绕结构单元二、卷绕结构单元三。

如图8-9所示，卷绕结构单元一同实施例2中卷绕结构单元一卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极。

如图3-4所示，卷绕结构单元二同实施例1中卷绕结构单元二卷绕方式和结构相同，为负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极。

如图5-6所示，卷绕结构单元三同实施例1中卷绕结构单元三卷绕方式和结构相同，为正极/隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/负极/隔膜。

以连续隔膜2为载体进行卷叠，卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、两个卷绕结构单元一、两个卷绕结构单元二、一个卷绕单元三依次卷叠后形成正极极片层数为19层的电池极组如图20所示；连续隔膜2收尾处包覆至最顶层右侧三分之一处；以胶带、热封或胶连的方式固定，卷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11-30、31、……：

为了满足电池在实际应用过程中对厚度的不同要求，以实施例1-10为基础，在卷绕过程中，增加固定的重复单元以制备成不同正极极片层数包括从20层-39层正极极片层数的电池极组。

如实施例1中增加一组两个结构d+两个结构b的卷绕结构单元可形成正极极片数为20层的所述电池极组、增加两组两个结构d+两个结构b的卷绕结构单元可形成正极极片数为30层的所述电池极组，依次类推形成40层、50层以至于任意正极极片层数的电池极组。

本发明的卷绕结构单元不仅无圆弧区，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。而且可以满足电池在不同的应用领域应用环境全范围厚度需求的产品制备，且连续隔膜的包覆卷绕，进一步增加了电池结构的稳定性，提高电池质量。