专利名称：一种锂离子电池的制作方法
技术领域：
一种锂离子电池
技术领域：
本实用新型涉及锂离子电池，尤指包括有集流板的锂离子电池。背景技术：
近年来随着电动工具、电动玩具、模型飞机以及电动车的快速兴起，对二 次电池的高倍率充放电性能提出了更高的要求。锂离子电池因为具有高输出功 率，高能量密度，工作电压高，自放电小，应用范围宽、工作电压平稳、贮存 寿命长等突出特点而得到了广泛的应用。目前，传统的巻绕式锂离子电池大多 采用单个或多个极耳作为集流方式，电流的导出和引入集中在有限的几个点焊 点上，通导能力较低，内阻较高，充放电过程中电流分布不均匀，难以实现大 电流充放电。另外。大电流充放电时，由于电池内阻大，导致电池发热严重， 电池温度过高。因此，提高锂离子二次电池的大电流充放电特性已成为目前 的研究焦点之一。大多数的研究均致力于提高锂离子电池的正、负极活性材料 及电解液的大电流充放电性能，取得了一定的效果，但功率特性仍制约了现有 锂离子电池在在动力电池领域的应用。后采用在电^l组件两端增加集流板的方 式
CN200510087347中通过在电才及组件端面形成一对相互平4亍的切口 ，并将两 切口之间的极耳向电极组件中央开口弯折形成曲折沟部，然后将集流板电连接 到该曲折沟部。该集流结构可以一定程度上增强集流板与电极组件(或称电极 组件)端面的焊接强度并降低电池内阻，但该集流结构的集流板与电极组件采用局部点焊连接，因而焊接处的引流面积远小于电极组件端面的空白集流体的 引流面积，且由于该焊接方式在电极组件的内外圈焊接面积不变，使得极片在
巻绕方向上的集流均一性存在差异；同时该方法需要分切空白集流体，制作工
艺比较复杂，且可能产生金属毛刺和金属屑而具有安全隐患。此外，对空白集 流体进行折弯处理需要在电极组件设计时考虑预留一定高度，这使得采用该集 流结构的电池在容量方面也可能不具备优势。因此，需要对端面集流结构进行 改进，保证焊接强度并增大端面引流面积，同时改善电极组件内外圈的集流均 一性，以进一步提高电池的大电流充放电性能。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种集流均一，放电性能高的锂 离子电池。
一种锂离子电池，包括电池壳、盖板组件，电极组件与两个集流板；电极 组件和集流板位于电池壳和盖板组件形成的空间内；电极组件为极片和隔膜巻 绕而成，极片包括正极片和负极片，隔膜位于正极片和负极片之间；其中正极 片和负极片均包括有敷料区和沿极片的长度方向设置的未敷料区；正极片和负 极片的未敷料区反向设置，分别从电极组件两端伸出作为电极组件两端面，两 集流板分别位于电极组件两端，电极组件两端面与集流板焊接连接。
采用本实用新型技术方案
1、 增大了电极组件和集流板间的引流面积，能够进一步降低电池内阻。
2、 无需折弯极耳便可根据电池设计要求实现各种轨迹的焊接，而不是只 焊接十字形或其他形状的局部区域，集流体与集流板熔融连接保证了焊接强 度。3、 采用该种焊接方式，增大了集流面积，电池大电流放电性能很大程度 上得到提高。
4、 无需极耳折弯、无需极耳分切，较大程度地降低了损伤极耳的可能性，
避免了分切时金属屑等造成的不良影响等，简化制造工艺的同时也提高了电池 安全性。
图1本实用新型具体实施方式
中锂离子电池剖面示意图； 图2本实用新型具体实施方式
中电极组件巻绕示意图； 图3(a)，图3(b)本实用新型具体实施方式
中集流板结构示意图； 图4 (a)本实用新型具体实施方式
中电极组件端面与集流板焊接示意图； 图4 (b)本实用新型具体实施方式
中电极组件端面与集流板焊接后轨迹示意图； 图5本实用新型具体实施方式
中正极片集流效果图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明 白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新 型。
实施例
如图l所示，本实施例公开的锂离子电池，包括电池壳ll、盖板组件30, 电极组件20与两集流板；电极组件20和集流板位于电池壳11和盖板组件30 形成的空间内；电杈组件20为极片和隔膜21巻绕而成，极片包括正极片22 和负极片23,隔膜21位于正极片22和负极片23之间；正极片22和负极片2 3均包括有敷料区和沿极片的长度方向设置的未敷料区；正极片和负极片的未 敷料区反向设置，分别从电极组件20两端伸出作为电极组件两端面，作为正 极耳和负极耳，两集流板分别位于电极组件两端，电才及组件两端面与集流板焊 接连接。
电池壳11可以为钢壳或者铝壳，可为圆柱形或方形或其他的形状；本例 中以圆柱形电池为例。
下面描述电极组件20,极片未敷料区如果宽度过大，容易发生折弯而影响 电极组件端面焊接的效果，因此未敷料区宽度优选为2 ~ 10mm,尤其优选为3 ~ 5mm。另外，为了避免极片敷料区被激光束伤害，优选在正、负极片的敷料区 与未敷料区交界处两面沿极片巻绕方向粘贴有胶带，容易理解，胶带的宽度不 必具体限定，只要其下边缘在未敷料区上，上边缘在未敷料区内即可。或者在 未敷料区两面粘贴有胶带，胶带宽度不大于集流体空白处宽度，胶带下边缘紧 贴极片敷料边缘，上述该胶带均为耐高温、耐电解液材质。
如图1、图2所示，为后续描述方便起见，正极片22上的敷料区和未敷料 区分别称为正极敷料区22a和正极未敷料区22b,负极片23上的敷料区和未敷 料区分别称为负极敷料区23a和负极未敷料区23b。
正极片22、负极片23和隔膜21采用巻绕方式制作成电极组件20，巻绕 时正极片未敷料区22b朝上、负极片未敷料区23b朝下，正、负极片沿电池高 度方向错开一定距离巻绕在芯棒24上，隔膜21位于正、负才及片中间。巻绕而 成的电极组件2 0的上、下两端分别露出正极未敷料区2 2b和负极未敷料区2 3b, 形成上、下两个平整的端面。芯棒与集流板的搭扣配合可增加端面集流板与极 芯间连接强度，并提供便于与盖板连接的凸台。此外，芯棒的存在可保证巻绕松紧度与整齐度，同时带芯棒的极芯便于夹持以焊接端面。显然，芯棒为绝缘 体。
正极敷料区22a是通过将定量正极浆料均匀涂布在正极集流体上制得；与 集流体长度方向平行的一端预留或刮出一块具有一定宽度的未敷料空白集流 体为正极未敷料区22b,作为正极耳，正极耳与正极片同长度。
所述正极集流体为本领域技术人员所公知，例如可以选自铝箔、铜箔、镀 镍钢带或冲孔钢带。正极浆料为本领域技术人员所公知，它包括正极活性物质、 粘结剂和溶剂，正极活性物质可以选自锂离子电池常规的正极活性物质。如锂 钴氧化物，锂镍氧化物，锂锰氧化物，磷酸锂铁盐以及锂镍锰氧化体系中的一 种或几种。
正极用粘结剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述正极用 粘结剂可以选自含氟树脂和/或聚烯烃化合物，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四 氟乙烯(PTFE)或丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。 一般来说，所述正极用 粘结剂的含量为正极活性物质的0. 01-8重量％,优选为1-5重量％。
负极片23的制作方法与正极片22相同。负极敷料区23a是通过将定量负 极浆料均匀涂布在负极集流体上制得；与负极集流体长度方向平行的一端预留 或刮出一块具有一定宽度的未敷料空白集流体为负极未敷料区23b,作为负极 耳，负极耳与负极片同长度。
本实用新型对负极浆料没有特别的限制，负极浆料通常包括负极活性物 质、粘结剂、溶剂以及选择性含有的导电剂。所述负极活性物质可以采用现有 技术中常用的各种负极活性物质，例如，可以是非石墨化炭、石墨或由多炔类 高分子材料通过高温氧化得到的炭，也可使用其它例如热解炭、焦炭、有机高分子烧结物、活性炭等碳材料。有机高分子烧结物可以是通过将酚醛树脂、环 氧树脂等烧结并炭化后所得的产物。
通常所含有的导电剂。导电剂的含量和种类为本领域技术人员所公知，例如， 以负极浆料为基准，导电剂的含量一般为0. 1-12重量％。所述导电剂可以选 自导电碳黑、镍粉、铜粉中的一种或几种。
本实用新型用于正极浆料和负极浆料的溶剂可以选自本领域内常规使用 的溶剂，如可以选自N-曱基一2-吡咯烷酮(画P)、 N, N—二甲基甲酰胺(DMF)、 N，N-二乙基曱酰胺(DEF)、 二甲亚砜(DMS0)、四氢呋喃(THF )以及水和醇类 中的一种或几种。溶剂的用量使所述浆料能够涂覆到所述集流体上即可。 一般 来说，溶剂的用量为使浆液中正极活性物质的浓度为40-90重量％,优选为 50—85重量％。
正极片和负极片的制备方法可以采用本领域所公知的各种方法。 根据本发明提供的锂离子二次电池，电解液为非水电解液。所述的非水电 解液为电解质锂盐在非水溶剂中形成的溶液，可以使用本领域技术人员已知的 常规的非水电解液。比如电解质锂盐可以选自六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂 (LiC104 )、四氟硼酸锂(LiBF4 )、六氟砷酸锂(LiAsF6 )、六氟硅酸锂(LiSiF6 )、 四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4 )、氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr )、氯铝酸锂 (LiAlC14)及氟烃基磺酸锂(LiC(S02CF3)3)、 LiCH3S03、 LiN (S02CF3) 2中的 一种或几种。非水溶剂可以选自链状酸酯和环状酸酯混合溶液，其中链状酸酯 可以为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸曱丙 酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)以及其它含氟、含石克或含不饱和键的链状有机酯类中的一种或几种。环状酸酯可以为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、 碳酸亚乙烯酯(VC)、 Y-丁内酯(Y-BL)、磺内酯以及其它含氟、含硫或含不饱 和4建的环状有机酯类中的一种或几种。在所述非水电解液中，电解质锂盐的浓 度一般为0. 1-2摩尔/升，优选为0. 8-1.2摩尔/升。
如图1、图3(a)、图3(b)所示，集流板包括位于电池组件20下端的第一 集流板70及位于电极组件20上端的第二集流板50，本例中第一集流板70与 电池壳ll电连接，电池壳ll作为负极端子，第二集流板50通过连接带40与 盖板组件30电连接。集流板的形状根据电池壳11的形状而选择，比例方形电 池选择方形的集流板，圆柱型电池选择圓形集流板，如本例中选择如图3(a)、 图3(b)中的圆形集流板。第二集流板50优选用铝制作，第一集流板70优选用 铜制作。这样可更好的实现极片与集流板的电连接。
如上所述，芯棒不一定必要，若如本例图l中所示采用，则优选地，可在 集流板中心部位设置有一 圆形的向上突起部，该突起部在集流板表面形成一 圓 形凸台，如图3(a)所示的第二集流板50上设有一圆形凸台51。使集流板在与 电极组件端面接触的一面形成圓形凹坑，如图3(b)所示的第一集流板70上设 有圆形凸台71，圆形凹坑可从图3(b)中明显看出。第二集流板上也具有圆形凹 坑，显然容易理解。所述圓形凹坑与所述芯棒24的端部配合，即将集流板圆 形凹坑嵌入电极组件中心的芯棒24 —端，这有利于将集流体与电极组件进行 端面焊接时定位。第二集流板50通过连接在凸台51处的连接带40与盖组件 30的盖板34电连接，第一集流板的圓形凸台71部位和电池壳ll接触，并通 过电阻焊的方式固定，如图1所示，本例中第一集流板下面还设有一绝缘垫60， 绝缘垫60中心有孔，第一集流板的圓形凸台71通过该小孔与电池壳11底部电连接。
集流板和电极组件端面按本发明提供的端面焊接方式焊接在一起，形成端 面集流结构。端面焊^接优选采用激光焊，以穿透焊的方式将集流板和电极组件
端面电连接。正极未敷料区22b的端面与第二集流板50连接处为焊斑22c,负 极未敷料区23b的端面与第一集流板70连接处为焊斑23c,焊接时需调节激光 束的焦点位置，以控制其形成的焊斑直径尺寸，焊斑的直径尺寸优选为集流体 厚度的0. 5~1.2倍，焊斑直径过小容易影响集流板的引流面积及焊接强度， 焊斑直径过大则激光束容易穿过电极组件端面以直射或反射的方式伤害到极 片的敷料区。
以圆柱形锂离子二次电池为例，端面焊接时激光束的运行轨迹(即焊接轨 迹)可以通过电极组件的直径、正负极片的厚度以及巻绕起始位置进行计算。 焊接时激光线束可按照任意轨迹焊接，例如按照平行某一直径方向进行线状 扫描焊接，或者依照电极组件的巻绕珠九迹打成螺旋形等；如图4(a)所示，为了 保证端面焊接时激光束的运行轨迹和电极组件端面对应 一致，优选采用微距摄 影机对电极组件端面进行摄影，以获得的电极组件端面影像校准激光束的运行 轨迹，然后激光头90依获得的运行轨迹53对第二集流板50和电极组件20进 行焊接，焊接后如图4(b)所示，在第二集流板50上形成如图所示的焊接轨迹 53,本实用新型端面焊接方式也并不仅限于圆柱形电池。
本例中端面焊接使得焊接后电极组件端面与集流板充分连接，以正极片集 流为例，集流效果如图5中所示，集流均匀。端面焊接时激光束可以采用连续 焊接的方式进行，也可采用均匀间隔焊接方式进行，甚至也可采用无规则间隔 焊接方式进行，但为了获得更大的集流效率，优选采用连续焊接。依照本例，集流板和电极组件之间的接触面积增加了，因此减小了接触阻 抗而反向地提高了电流收集效率。
如图1所示，盖板组件包括盖板34、正极端子31、密封绝缘垫32以及橡 胶球33;盖板34和正极端子上下层叠，中间夹持橡胶球，然后绝缘密封垫卡 在盖板和正极端子周沿，这样成为一个整体，最后装配到电池壳中。由于绝缘 密封垫的作用，使正极端子与作为负极端子的电池壳绝缘。正极端子31与盖 板34电连接，第二集流板通过连接带40与盖板31电连接。
下面描述一下电池制作过程，制作电极组件20，然后将第一集流板70与 电极组件20的负极耳端面通过激光焊焊接，然后装入电池壳11中，放入第二 集流板50，然后再通过激光焊接的方式将相互垂直接触的正极耳与第二集流板 50焊接，再在第二集流板50上焊接一连接带40,该连接带40再焊接到盖板 组件30的盖板34上，然后将第一集流板70与电池壳11底部焊接连接。最后 经过注液、化成、封口等步骤，即可成功制得锂离子电池。
本例中未作详细说明的均为本领域」技术人员所公知，也不影响本领域技术 人员对实用新型的理解，不再多做描述。
权利要求1，一种锂离子电池，包括电池壳、盖板组件，电极组件与两集流板；所述电极组件和集流板位于电池壳和盖板组件形成的空间内；所述电极组件为极片和隔膜卷绕而成，所述极片包括正极片和负极片，隔膜位于正极片和负极片之间；其特征在于正极片和负极片均包括有敷料区和沿极片的长度方向设置的未敷料区；正极片和负极片的未敷料区反向设置，分别从电极组件两端伸出作为电极组件两端面，两集流板分别位于电极组件两端，电极组件两端面与集流板焊接连接。
2，如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于电极组件中心处还插入有 芯棒。
3，如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于所述集流板在与电极组件 端面接触的 一面形成圓形凹坑，所述圆形凹坑与所述芯棒的端部配合。
4,如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于所述未敷料区的宽度为2- 10,。
5，如权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于所述未敷料区的宽度为3- 5mm。
6,如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于所述焊接的轨迹为极片的 巻绕轨迹，或平行某一直径方向进行线状扫描的轨迹。
7，如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于所述未敷料区端面与集流 板焊接的焊斑大小为极片厚度的0. 5-1. 2倍。
8，如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于所述极片的敷料区和未敷 料区交界处两面还贴有胶布；或者在未敷料区两面粘贴有胶带，胶带宽度不大 于集流体空白处宽度，胶带下边缘紧贴极片敷料边缘。
9,如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于所述盖板组件包括盖板、 正极端子、密封绝缘垫以及橡胶球；所述盖板和正极端子上下层叠，中间夹持 橡胶球，绝缘密封垫卡在盖板和正极端子周沿。
专利摘要本实用新型提供了一种集流均一，放电性能高的锂离子电池，包括电池壳、盖板组件，电极组件与两个集流板；电极组件和集流板位于电池壳和盖板组件形成的空间内；电极组件为极片和隔膜卷绕而成，极片包括正极片和负极片，隔膜位于正极片和负极片之间；其中正极片和负极片均包括有敷料区和沿极片的长度方向设置的未敷料区；正极片和负极片的未敷料区反向设置，分别从电极组件两端伸出作为电极组件两端面，两集流板分别位于电极组件两端，电极组件两端面与集流板焊接连接。采用本实用新型技术方案增大了电极组件和集流板间的引流面积，能够进一步降低电池内阻。电池大电流放电性能很大程度上得到提高。简化制造工艺的同时也提高了电池安全性。
文档编号H01M4/02GK201430189SQ20092013251
公开日2010年3月24日 申请日期2009年5月31日 优先权日2009年5月31日
发明者周先凯, 佳 姚, 磊 韩 申请人:比亚迪股份有限公司