专利名称：一种高生产效率的方形动力锂离子电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及锂离子电池，尤其是一种高生产效率的方形动力锂离子电池。
背景技术：
锂离子电池根据外形不同分为圆柱形和方形。在不同的应用场所和应用的需求， 选择不同形状的锂离子电池。目前市场上的笔记本电脑电池以圆柱18650型号为主。方形锂离子电池主要应用于手持的消费电子产品例如手机和游戏机。随着电动汽车的发展， 对锂离子电池的单体容量需求越来越高，方形的锂离子电池逐渐向大容量化发展。锂离子电池的结构大体上包括卷绕结构和多层叠片结构。圆柱形锂离子电池全部采用的是卷绕结构。锂离子电池的生产工艺随着结构的不同，也分为卷绕工艺和叠片工艺。方形卷绕结构的锂离子电池相对于层叠结构的锂离子电池具有工艺简单成熟，自动化程度较高，生产速度和效率相对较高，目前普遍采用。方形锂离子电池的构成通常包括外壳包装，正极引出端，负极引出端，和内部的电池芯构成。电池芯包括正极板，负极板，隔膜，电解质。卷绕方形锂离子电池芯由一个完整连续的正极板，一个完整连续的负极板，连续的隔膜通过卷绕方式装配在一起的。电池芯的正极板的构成通常包括正极活性材料层，正极集流体和正极引出端。电池芯的负极板构成包括负极活性材料层，负极集流体和负极引出端。电池的正负极集流体一般分别采用铝箔和铜箔。常规的卷绕结构的离子电池的结构如附图1。方形卷绕锂离子电池的常规生产工艺包括正负极活性材料分别混料搅拌 间歇式涂布将正负极活性材料分别涂布于铝、铜箔 正负极分别压实 正负极分别分条 正负极端子焊接 正负极端子绝缘 极片绝缘处理 引入隔膜卷绕 后端工序。锂离子电池后端的生产工序包括烘烤除湿，注电解液，封装，化成和老化测试等等。随着消费电子市场和电动汽车，电网储能的应用越来越多，对于单体容量的需求也越来越大，对于内部和外部联结的要求，低内阻等的要求也越来越高，对于生产效率的要求就越来越高。传统的卷绕方形锂离子电池在结构和生产工艺上需要进一步改善。图1为常规的锂离子方形软包装卷绕电池的结构。锂离子方形软包装卷绕电池有外包装30，正极引出端11，负极引出端12，和由正、负极板及隔膜材料卷绕组成的电池芯20 构成。其中电池的引出端11，12通常采用铝带和铜带，是通过焊接或者铆接的方式与电池芯内部的正、负极板的金属铝箔或者金属铜箔进行连接。外包装30采用铝塑复合膜或者采用金属外壳。图2、图3、图4及图5为常规的锂离子电池的正负极板的构成。图中MD表示极板的长度方向，也即是涂布机的机器传动方向，T D表示极板的宽度方向，也就是垂直于涂布设备的传动方向。图2及图3的正极板由中间的集流体铝箔al2和两侧的活性材料涂层 all-u和all-d构成。集流体的宽度与活性材料涂层是相同。集流体的长度大于两侧的活性材料涂层，并且在集流体上留出空白的没有活性材料涂层的金属区。图4及图5的负极板是由中间的集流体铜箔bl2和两侧的活性材料涂层bll-u，bll-d构成。负极板的集流体宽度和活性材料层的宽度相等，长度上集流体的长度大于两侧的活性材料涂层长度。图6及图7以正极为例，在铝箔的空白处正极引出端子铝带通过超声波焊接在集流体铝箔上。由于铝带的边角突出，容易在组装后对隔膜形成局部压力，刺穿隔膜，需要在焊接的铝箔和铝带上粘贴绝缘胶纸。绝缘胶纸的厚度和铝带的厚度一般不超过活性材料涂层的厚度。同样负极板的引出端子铜带也通过超声焊接等方式连接到负极的集流体铜箔上并且粘贴绝缘胶纸。按照上述方法制作的正负极板通过卷绕设备与隔离膜一起卷绕成图1的部件电池芯20。随着电池的容量越来越大，需要在电池单体容量越来越高的同时，减少电池的内阻。由于大容量的电池的极板长度越来越长，单一的正负极引出端子不能够有效地减少电池的内阻和通过足够的电流。有关实用新型提出在正负极板上加工多个正负极端子的设计。如图8所示，在较长的正负极板的集流体上预留出或者加工没有被活性材料涂层覆盖的区域供焊接使用。在每个空白区通过焊接等方式联结铜铝带引出端，然后进行粘贴绝缘胶纸的操作。具备多处端子的正负极板和隔膜经卷绕设备卷绕成多端子电池芯。常规的电池通过增加正负极端子数量的方法可以达到改善内阻和适应大容量电池的大电流要求。在电池芯的多端子引出后，需要在电池中进行一个集中的焊接引出工艺， 将端子焊接到一个尺寸较大，过电流能力较大的铜带或者铝带上，焊接后的集流体可以经过电池外包装密封后直接引出到电池外部。传统的极板设计，集流体与活性材料涂层等宽，集流体的引出端子需要采用导电的铝带或者铜带分别从正负极集流体引出。结构设计时必须在涂布的时候留出空白区域或者涂布完成后留出空白区域。造成正负极活性材料涂层不连续，降低了涂布的效率。同时由于金属层外露和不同厚度的铜带铝带引入，带有突出的尖角和锐边，在卷绕电池的制作过程中，如果铜带和铝带的一处端子直接接触电池隔膜，容易造成局部的应力集中，局部刺穿隔膜，形成内部的短路和导致自放电，为了防止在装配和实际应用中导致内部自放电，必须在正负极的引出端和焊接位置做绝缘处理，通常采用在金属露出区域粘贴电工用绝缘胶带的方法进行绝缘处理。对于大容量的方形动力锂离子电池，由于正负极板的尺寸和长度变长，同时要求电池有合理的内阻，集流体引出端子铜带和铝带需要通过的电流较大，这样在正负极板上保留一个引出端子就不够，如图8及图9所示，通常需要增加集流体引出铜带和铝带的数量，增加了焊接和绝缘胶带的数量，降低了生产效率和增加了生产成本。同时由于多个引出端子的引入，为了保证卷绕后各个端子必须合理的对齐，正极端子与正极端子对齐，负极端子相互对齐，在进行电池极板设计时，必须对于卷绕电芯的极板的引出端子的间距进行不等距设计。对于不等距设计，就必须在活性材料涂层的涂布时进行较为复杂的程序控制，在引出端子焊接时精密对齐，才能够精确达到卷绕后对齐的要求。总之，对于设备的升级和精确度，控制程序等制造技术的要求较高，增加了电池生产的设备费用和降低了生产效率。
发明内容为解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种高生产效率的方形动力锂离子电池。可以简化动力锂离子电池生产流程和结构设计，减低锂离子电池的内阻，提高可靠性和安全性。为此，本实用新型一种高生产效率的方形动力锂离子电池，采用如下技术方案构成本实用新型一种高生产效率的方形动力锂离子电池，包括卷绕的电池芯，所述电池芯由正极板，负极板及隔膜卷绕而成，正极板包括正极集流体和制作在正极集流体上的正极活性材料涂层，负极板包括负极集流体和制作在负极集流体上的负极活性材料涂层，所述电池芯的两端部分分别露出正极集流体和负极集流体，即正极集流体的宽度大于正极活性材料涂层的宽度，负极集流体的宽度大于负极活性材料涂层的宽度；电池的正极引出端直接和电池芯一端的正极集流体连接，电池的负极引出端直接和电池芯另一端的负极集流体连接。所述正极集流体为铝箔；所述负极集流体为铜箔。电池的正极引出端为铝带；电池的负极引出端为铜带。电池的正极引出端直接与正极集流体焊接或者铆接；电池的负极引出端直接与负极集流体焊接或者铆接。正极集流体的宽度多出相应的正极活性材料涂层的宽度10_30mm。负极集流体的宽度多出相应的负极活性材料涂层的宽度10_30mm。所述隔膜的宽度大于正极活性材料涂层的宽度而小于正极集流体的宽度。所述隔膜的宽度大于负极活性材料涂层的宽度而小于负极集流体的宽度。本实用新型同现有技术相比，有益效果在于其一，可以简化动力锂离子电池生产流程和结构设计，提高可靠性和安全性。其二，电池的正负极分别和电池芯的正负极集流体在整个电池长度可以实现尽量多点的联结，实现了减低电池内阻的目的，同时也避免了由于常规多点引出多点焊接带来的低效率高成本问题。其三，电池的正负极引出端(如铝带和铜带)直接和电池芯两端的铝箔集流体和铜箔集流体进行连接(焊接或铆接)，不需要深入到电池芯的主体部分，从而在极板上不需要留出空白金属箔，不需要进行粘贴胶纸的绝缘处理，整个工艺过程中只需要进行一次正极的焊接和一次负极的焊接，和一次正极绝缘一次负极的绝缘处理。
图1为常规锂离子方形软包装卷绕电池示意图；图2为常规锂离子电池正极板示意图；图3为图2之A-A剖面示意图；图4为常规锂离子电池负极板示意图；图5为图4之A-A剖面示意图；图6为常规锂离子电池正极板及正极引出端子示意图；图7为图6之A-A剖面示意图；图8为具备多个正负极引出端子的常规锂离子电池芯卷绕前示意图；图9为具备多引出端子的常规锂离子电池芯正负极引出端子集成焊接示意图；图10为本实用新型电池芯示意图；图11为图10的仰视图；图12为图10的侧视图；[0037]图13为本实用新型其电池的正负极与电池芯正负极集流体直接联接实施例之 图14为图13的仰视图；图15为本实用新型其电池的正负极与电池芯正负极集流体直接联接实施例之之图16为图15的仰视图；[0041]图17为本实用新型电池芯正极板示意图[0042]图18为图17之A-A剖面示意图；[0043]图19为本实用新型电池芯负极板示意图[0044]图20为图19之A-A剖面示意图；[0045]图21为本实用新型电池芯剖视图。
具体实施方式
下面，结合附图，介绍本实用新型的具体实施方式
。如图10-图11所示，本实用新型的锂离子电池，卷绕的电池芯由正极板，负极板， 隔膜卷绕而成，电池芯的两端部分分别为正极集流体1 (如铝箔)和负极集流体2 (如铜箔)， 正极板包括正极集流体1及在正极集流体1上涂制的正极活性材料涂层，负极板为负极集流体2及在负极集流体2上涂制的上涂制负极活性材料涂层；正、负极板用隔膜3分开。电池正负极引出端(如铝带和铜带)直接和电池芯两端的铝箔集流体和铜箔集流体进行连接， 不需要深入到电池芯的主体部分，从而在极板上不需要留出空白金属箔，不需要进行粘贴胶纸的绝缘处理(如图10、图11及图12)。本实用新型的电池芯外表是外漏的正极集流体1，负极集流体2和电池芯主体构成。电池芯是将含有集流体外漏的正负极板和隔膜卷绕而成。正极的铝箔集流体和负极的铜箔集流体分别位于电池芯主体的两侧。电池正极4及电池负极5将直接与正负极集流体直接焊接或者铆接等方式联结在一起，如图13 (图14)和图15 (图16)示意的两种联结方式。通过这种结构制作的电池，将正负极板的集流体直接与电池正负极进行联结，整个工艺过程中只需要进行一次正极的焊接和一次负极的焊接，和一次正极绝缘一次负极的绝缘处理。由于电池正负极分别和电池芯的正负极集流体在整个电池长度可以实现尽量多点的联结，实现了减低电池内阻的目的，同时也避免了由于常规多点引出多点焊接带来的低效率高成本问题。本实用新型采用对称型极板设计，位于正负极集流体两侧的活性材料涂层尺寸一致，连续活性物质涂层，之间无金属空白区。容易连续生产。同时集流体的引出端直接采取边缘整体露出的金属集流体体引出。由于极板中间没有引入焊接的铝带或铜带，没有金属突出物。如图17、图18、图19及图20所示，本实用新型的集流体的宽度和正负极活性材料涂层不等宽，集流体的宽度大于正负极活性材料涂层的宽度。集流体的宽度一般多出活性材料涂层的宽度10-30mm。在留空的集流体进行导电引出端的联结，形成连续的导电结构，电池的内阻较低。减少了电池的焊接和胶纸绝缘工艺。图21所示为正负极板，加上在正负极板中间的隔膜3卷绕成电池芯，电池芯的剖面示意图.本实用新型的电池芯，电池芯的一侧是铝集流体，另外一侧是铜集流体的电池芯。电池芯的正负极板通过隔膜隔开。隔膜的宽度大于正负极板的宽度，用于将正负极板隔开。隔膜的宽度小于正负极集流体的宽度，用于适当外露正负极集流体。电池芯的最外层以隔膜缠绕。实用新型的电池生产工艺区别于常规电池的生产。1、正负极材料的搅拌混合。与常规电池类似。2、涂布正负极活性材料涂层。将混合好的正负极材料料浆通过涂布设备涂到铝箔或者铜箔上。本实用新型的铜、铝箔宽度要大于活性材料涂层的宽度。正负极材料涂层连续的不间断的涂制到铝、铜箔上。常规的电池涂布需要间断的预留出为涂布区供后工艺焊接。3、正负极板的压实工艺，常规工艺类似。4、分条，将正负极板沿M D方向裁切成不同宽度。如图17、图18、图19及图20所5、隔膜准备，隔膜的宽度按照本实用新型的设计，隔膜宽度大于活性材料的宽度小于集流体的宽度。6、卷绕。卷绕完成后隔膜收尾，类似于常规卷绕。完成后的电池芯一端是铜箔一端是铝箔，图10所示。7、正负极焊接。根据应用的需要，焊接完成后的电池芯如图13或者图15所示。8、后端工艺。进行电池芯的烘干，封装，注液，化成等操作。类似于常规的锂离子电池生产工艺。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型的技术范围作任何限制。本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本实用新型的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种高生产效率的方形动力锂离子电池，包括卷绕的电池芯，所述电池芯由正极板， 负极板及隔膜卷绕而成，正极板包括正极集流体和制作在正极集流体上的正极活性材料涂层，负极板包括负极集流体和制作在负极集流体上的负极活性材料涂层，其特征在于所述电池芯的两端部分分别露出正极集流体和负极集流体，即正极集流体的宽度大于正极活性材料涂层的宽度，负极集流体的宽度大于负极活性材料涂层的宽度；电池的正极引出端直接和电池芯一端的正极集流体连接，电池的负极引出端直接和电池芯另一端的负极集流体连接。
2.根据权利要求1所述的一种高生产效率的方形动力锂离子电池，其特征在于所述正极集流体为铝箔；所述负极集流体为铜箔。
3.根据权利要求1所述的一种高生产效率的方形动力锂离子电池，其特征在于电池的正极引出端为铝带；电池的负极引出端为铜带。
4.根据权利要求1所述的一种高生产效率的方形动力锂离子电池，其特征在于电池的正极引出端直接与正极集流体焊接或者铆接；电池的负极引出端直接与负极集流体焊接或者铆接。
5.根据权利要求1所述的一种高生产效率的方形动力锂离子电池，其特征在于正极集流体的宽度多出相应的正极活性材料涂层的宽度10—30mm。
6.根据权利要求1所述的一种高生产效率的方形动力锂离子电池，其特征在于负极集流体的宽度多出相应的负极活性材料涂层的宽度10—30mm。
7.根据权利要求1所述的一种高生产效率的方形动力锂离子电池，其特征在于所述隔膜的宽度大于正极活性材料涂层的宽度而小于正极集流体的宽度。
8.根据权利要求1所述的一种高生产效率的方形动力锂离子电池，其特征在于所述隔膜的宽度大于负极活性材料涂层的宽度而小于负极集流体的宽度。
专利摘要一种高生产效率的方形动力锂离子电池，涉及锂离子电池。包括卷绕的电池芯，所述电池芯由正极板，负极板及隔膜卷绕而成，正极板包括正极集流体和制作在正极集流体上的正极活性材料涂层，负极板包括负极集流体和制作在负极集流体上的负极活性材料涂层，所述电池芯的两端部分分别露出正极集流体和负极集流体，即正极集流体的宽度大于正极活性材料涂层的宽度，负极集流体的宽度大于负极活性材料涂层的宽度；电池的正极引出端直接和电池芯一端的正极集流体连接，电池的负极引出端直接和电池芯另一端的负极集流体连接。可简化动力锂离子电池生产流程和结构设计，减低电池内阻，提高可靠性和安全性。
文档编号H01M10/0525GK202333058SQ20112047496
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者刘勇标 申请人:东莞市比比克电子科技有限公司