一种方型锂离子电池卷绕电芯的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于锂离子电池技术领域，涉及一种锂离子电池卷绕电芯，尤其涉及一种方型锂离子电池卷绕电芯。
【背景技术】
[0002]锂离子电池具有能量高、体积小、无污染等优点，是国家大力发展的清洁能源。方型锂离子电池由于容量大、使用方便等优点而广泛用于动力电池。动力电池是以串联形式使用的电池系列，为保证动力电池的实用性、安全性等，对串联使用的单体电芯间的一致性提出了更高要求，不仅要求静态容量、电压的一致性，而且要求充放电过程中的升压率、降压率时刻保持一致。
[0003]在锂离子电池的生产过程中，最关键的就是锂离子电池电芯的生产环节，电芯的质量直接影响锂离子电池的安全性、一致性和使用寿命。目前，大容量方型锂离子电池的电芯采用有卷绕式、叠片式两种。叠片电池有着更好的循环特性、安全特性和能量密度，但是生产过程繁琐，大批量生产时质量控制难实现。卷绕电芯生产技术成熟，大规模生产过程容易控制，但卷绕电芯存在多处弯折和厚度变化区域，尤其是靠近卷芯中部的小角度弯折区域和集流体焊接区域，由于充放电过程中极片、隔膜不同的收缩张力，而引起极片打皱变形，正负极不能有效接触，造成反应死区，电池能量下降，严重时会产生锂枝晶发生内短路，威胁电池使用的安全性。而且在卷绕过程中，随着卷芯外径的不断增加，卷针被缠绕挤压，造成卷绕完成后拔针困难，甚至带出内层隔膜，破坏卷芯的对齐度，以致影响电芯的生产合格率。
[0004]专利CN200510109540.4通过在方型电芯极片弯曲的半圆形状位置上使用间隙设计以及此位置上正极内圈、负极外圈不涂活性材料，解决方型电芯循环时电解液分布不均和极片在弯曲处易掉粉的问题，虽然此方案在降低电池能量的前提下解决了极片半圆区域的掉粉问题，但对极片非半圆区的膨胀收缩带来的极片变形并无改善。专利CN200820138752.4中通过将正、负极片的卷绕终止端设计在电芯弧形位置上，来减少极片褶皱问题。但在实际操作中，圆弧区域的极片收缩膨胀不均一程度更严重，在弧形区收尾会加剧极片贴合的不紧密性。方型卷绕电芯在充放电过程中易引起极片打皱变形，进而存在内短路的安全隐患，已受到更多专业人士的关注。
【实用新型内容】
[0005]针对上述技术问题，本实用新型提供了一种方型锂离子电池卷绕电芯，解决了现有工艺生产的方型卷绕电芯极片，在使用中易打皱变形以及极片弯曲处易掉粉的问题，并避免了极片的变形问题。
[0006]对此，本实用新型采用的技术方案为:
[0007]一种方型锂离子电池卷绕电芯，包括正极片、隔膜、负极片，所述正极片设有正极极耳，所述负极片设有负极极耳，所述方型卷绕电芯的中心设有内部支撑架。
[0008]所述内部支撑架为方型卷绕电芯的中心，起到支撑卷绕在一起的正极片、隔膜和负极片成为一个固定形状的作用。
[0009]作为本实用新型的进一步改进，所述内部支撑架为绝缘卷针或空心支架中的一种。
[0010]作为本实用新型的进一步改进，所述内部支撑架为绝缘卷针，所述绝缘卷针的厚度为5?10mm。采用此技术方案，可根据锂离子电池的尺寸选择合适大小的绝缘卷针，将正极片、隔膜、负极片和隔膜按顺序排列成三明治形式，通过导向滚轮卷绕在所述绝缘卷针上，卷绕完成后连同所述绝缘卷针一起放入方壳内，然后进行封装、注液、化成、分容。所述绝缘卷针优选为实体绝缘卷针。
[0011]所述绝缘卷针的宽度不大于所述方型卷绕电芯的宽度。进一步优选的，所述内部支撑架的宽度与方型卷绕电芯的宽度相同。
[0012]作为本实用新型的进一步改进，所述绝缘卷针两侧壁的外表面的横截面为半圆弧形。优选的，所述绝缘卷针外表面的横截面为圆弧形。采用此技术方案，所述绝缘卷针与卷芯接触的边缘呈圆弧状，以更好分散卷芯极片与卷针之间的应力，更好的解决极片在使用过程中的变形问题，以及极片弯曲部位易掉粉的问题。
[0013]作为本实用新型的进一步改进，所述绝缘卷针的材料为PTFE、PP、PE、PFA、ΡΡ0、PSF、PSU、PES 或 PASF 中任意一种。
[0014]作为本实用新型的进一步改进，所述内部支撑架为空心支架，所述空心支架为极片卷绕粘接形成；其中，所述极片为正极片或/和负极片。
[0015]作为本实用新型的进一步改进，所述极片卷绕粘接部位为材料空白区。可先根据锂离子电池尺寸设计极片材料空白区，将含有设计材料空白区的正极片、隔膜、含有设计材料空白区的负极片按顺序排列成三明治形式，通过导向滚轮卷绕在卷针上，卷绕过程中在极片材料空白区涂胶使极片与隔I旲相互粘接在一起，完成后拔出卷针放入方壳内，然后进行封装、注液、化成和分容。所述材料空白区为不涂覆正极或负极活性物质的区域。
[0016]进一步优选的，设计极片材料空白区为卷绕电芯的极片弯曲部位，卷绕过程中所采用的涂胶方式为极片整个弯曲半圆弧涂胶，使弯曲半圆弧的各极片间粘合为一体，卷芯内部形成空心支架，从而分散卷芯极片间充放电过程中的应力变化，解决极片在使用过程中的变形问题，以及易掉粉的问题。
[0017]作为本实用新型的进一步改进，所述正极极耳和负极极耳位于所述内部支撑架的同侧。采用此技术方案，具有统一的极片收缩膨胀趋势，减弱了极耳处厚度不均引起的极片变形。
[0018]进一步优化的，一种如上所述的方型锂离子电池卷绕电芯的制作方法，所述内部支撑架为绝缘卷针，所述方型锂离子电池卷绕电芯的制作方法包括以下步骤:所述正极片、隔膜和负极片以三明治形式排布，卷绕时隔膜先对折卷绕一圈后，在隔膜中间放入负极片，再卷绕一圈，在隔膜上侧放入正极片卷绕而成，使正极极耳和负极极耳位于卷针的同侧。采用此技术方案，正、负极极耳在所述绝缘卷针的同侧，具有统一的极片收缩膨胀趋势，减弱了极耳处厚度不均引起的极片变形。
[0019]进一步优化的，一种如上所述的方型锂离子电池卷绕电芯的制作方法，所述内部支撑架为空心支架，所述方型锂离子电池卷绕电芯的制作方法包括以下步骤:先根据电池尺寸设计正极片、负极片的材料空白区，并在其他区域涂覆上活性物质，将含有材料空白区的正极片、隔膜、含有材料空白区的负极片按顺序排列成三明治形式，隔膜先对折卷绕一圈后，在隔膜中间放入所述预留空白的负极片，通过导向滚轮卷绕在卷针上，卷绕一圈后，在隔膜上侧放入所述预留空白的正极片，再卷绕而成，卷绕过程中在极片材料空白区涂覆胶粘剂，使得正极片、负极片分别与隔膜相互粘接，完成后拔出卷针；再将卷芯放入方壳内，封装、注液、化成、分容。
[0020]进一步优化的，所述极片材料空白区为卷绕电芯的正极片、负极片的弯曲部位，卷绕过程中所采用的涂胶方式为极片整个弯曲半圆弧区域涂胶。采用此技术方案，使各极片间粘合为一体，卷芯内部形成空心支架分散卷芯极片间充放电过程中的应力变化，解决了极片在使用过程中的变形以及容易掉粉的问题。
[0021]进一步优化的，正极片和负极片的涂布设计如下:卷针厚度为Cl1，双面涂覆料正极片、隔膜和双面涂覆料负极片总厚度为d2，卷针宽度为W，电芯厚度为T，正极片和/或负极片卷绕的每一层都依次分为第一涂覆区域、第一材料空白区、第二涂覆区域和第二材料空白区，所述涂覆区域和材料空白区交错设计；这样，正极片和/或负极片设计的第一涂覆区域、第一材料空白区、第二涂覆区域和第二材料空白区的宽度从最内层到最外层依次为:
[0022]第一层:W、JT山/2、W、JT di/2 ；
[0023]第二层:W+2d2、JT(山/2+(12)、W+2d2、π (山/2+(12);
[0024]第三层:W+4d2、JT(山/2+2(12)、W+4d2、π (山/2+2(12);
[0025]......;
[0026]第η 层:W+2 (n_l) d2、τι [dj/2+ (η-1) d2] n ff+2 (n—I) d2N ^ [dj/2+(n—I) d2];
[0027]n的取值由设计的成品电芯的厚度T决定，满足172=(1/2+(11-1)(^
[0028]进一步优化的，所述胶粘剂为PVDF或PTFE中的一种。所述PVDF或PTFE为锂离子电池极片制作中的常用的胶粘剂，具有更好的安全性和稳定性。
[0029]本实用新型的技术方案，针对传统工艺生产的方型卷绕电芯极片在使用中易打皱变形、以及极片弯曲处易掉粉的问题，改变了传统制作思路，引入了方形卷绕电芯内部支撑架构。在电池循环充放电过程中电芯内部支撑架构分散了充放电过程中电芯极片收缩膨胀的应力变化，避免了极片的变形问题；同时，将正极极耳和负极极耳分布在卷针的同侧，进一步减弱局部厚度变化弓I起的极片变形打皱。
[0030]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:
[0031]第一，改善了传统方型卷绕电芯在充放电循环中的极片易变形问题以及极片弯曲的半圆形状位置上材料易脱落的问题。
[0032]第二，最大限度保持了方型锂离子电池在静态以及充放电循