专利名称：锂离子电芯及其制备方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种锂离子电芯及其制备方法。
背景技术：
锂离子电池作为新能源领域最具代表性的储能器件，在移动电子、动力电池和储能电站等领域中占据着不可取代的位置，而动力电池对电池的大倍率充放电性能有非常高的要求。目前，电芯的制备方式主要有卷绕和叠片两种。相对而言，卷绕方式的效率更高，但是卷绕方式卷出的电芯内部结构不均一，电芯不同位置所受的应力也不同，因此造成了某些厚电芯和容易厚度反弹的电芯在充放电时容易变形；另外，卷绕方式制备的电芯还存在内阻较大的缺点。相比之下，叠片方式的并联堆叠方式使得电芯具有内阻更小、放电平台更高、内部受力均匀一致等优点，而且此种电池的大倍率充放电能力较好，更适合于应用在动力电池领域中。但是，采用叠片方式制备电池的过程中需要制备电极单元来完成堆叠，工艺繁琐复杂，效率不高。例如，业界已提出采用二分电池和全电池堆叠卷绕方式来制备锂离子电芯，其具体方式为:先将正极片、隔离膜和负极片热合成二分电池和全电池单元，再将每个单元放置在单独一条隔膜上热合，卷绕成电芯组件。可见，该方法不仅工艺较为复杂，需要进行两次热复合，而且还要先制备出电池单元，效率较低；另外，由于采用两次热复合，极片与隔膜、以及极片之间的对齐精度也不容易控制。有鉴于此，确有必要提供一种能够同时克服卷绕方式和叠片方式不足的锂离子电芯及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种既能减小电芯内阻，又能改善电芯变形，同时还能够保证生产效率及简化工艺的锂离子电芯制备方法，以及采用该方法制备的锂离子电芯。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电芯，其包括极性相反的第一极片、第二极片和间隔于两种极片之间的隔离膜，所述第一极片至少为两片且比第二极片少一片，第一极片和第二极片依次间隔叠加，使最上层、中间层及最下层极片都为第二极片；隔离膜有且仅有一条，其起始端完全包裹住中间层的第二极片使之与相邻的第一极片隔离，再顺时针或逆时针翻转，以同方向卷绕的方式将所有极片逐层包裹，收尾处包裹住最上层或最下层极片后固定；第一极片和第二极片都固定于隔离膜上。作为本发明锂离子电芯的一种改进，所述第一极片为正极片、第二极片为负极片，或是第一极片为负极片、第二极片为正极片。作为本发明锂离子电芯的一种改进，所述每一正极片都设有正极耳，每一负极片都设有负极耳，所有正极耳全部对齐并彼此连接为正极引出端，所有负极耳全部对齐并彼此连接为负极引出端，正极引出端和负极引出端分别位于电芯顶封端的两侧。作为本发明锂离子电芯的一种改进，所述隔离膜在长度和宽度方向上的尺寸均比负极片大0.l_2mm，负极片在长度和宽度方向上的尺寸均比正极片大0.l_2mm。作为本发明锂离子电芯的一种改进，所述第一极片和第二极片都以热合的方式固定于隔离膜上。作为本发明锂离子电芯的一种改进，所述隔离膜的收尾端以粘胶固定。为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种锂离子电芯制备方法，其包括以下步骤:1)取出至少两片第一极片和比第一极片多一片的第二极片，在隔离膜的起始端留一个空余位，然后将单片的第一极片和第二极片以四片为一个单元，按照第二极片、第一极片、第一极片、第二极片的顺序依次排布在隔离膜上，不够一个单元的最后依同样规律排列；2)将排布好的第一极片和第二极片热合在隔离膜上，防止极片与隔离膜之间产生相对滑动；3)从隔离膜的起始端开始，利用空余位包住第一片第二极片，再翻转隔离膜将第一片第二极片堆叠在第一片第一极片上，继续同向翻转卷绕隔离膜直至将所有极片堆叠完，最后一片极片为第二极片；4)卷绕完成后，固定隔离膜的收尾端并保证其已完全包住最后一片第二极片。作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述步骤I)中在隔离膜上排布极片时，从隔离膜的起始端至收尾端，相邻极片之间的间距逐渐增大。作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述两种极片都设有极耳，步骤I)中在隔离膜上排布极片时，两种极片的极耳朝向相同，但相邻同种极片的极耳所在侧边相反，相邻不同种极片的极耳所在侧边相同。作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述步骤2)的热合温度为20-200。。。与现有技术相比，本发明锂离子电芯制备方法所制备的电芯兼具卷绕方式与叠片方式制备电芯的双重优势，既具有较小的内阻和较好的大倍率充放电能力，又因内部受力均匀一致而不易变形。
下面结合附图和具体实施方式
，对本发明锂离子电芯及其制备方法进行详细说明，其中:图1为本发明第一实施方式的正负极片在隔离膜上的排布结构示意图；图2和图3为本发明第一实施方式的电芯卷绕过程示意图；图4为本发明第一实施方式制得的电芯结构示意图；图5为本发明第二实施方式的正负极片在隔离膜上的排布结构示意图；图6和图7为本发明第二实施方式的电芯卷绕过程示意图；图8为本发明第二实施方式制得的电芯结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式
，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式
仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。请参阅图1至图4，本发明锂离子电芯制备方法的第一实施方式，包括以下步骤:第一步，取出若干分别设有正极耳11和负极耳31的正极片I和负极片3，正极片I的片数比负极片3的片数少一片，且正极片I的片数至少为2片；请参阅图1，将取出的正极片I和负极片3以四片为一个单元按照负、正、正、负的顺序依次排布在隔离膜2上，不够一个单元的最后依同样规律排列，排列要求为:a)在隔离膜2的起始端、第一片负极片3之前留一个空余位20，空余位20的宽度略大于负极片3的宽度；b)在隔离膜2的长度方向上，从起始位置开始，相邻极片之间的间距逐渐增大；c)正极耳11和负极耳31的朝向相同，如图1中所有的正极耳11和负极耳31都朝向图中纸外的方向；d)相邻异性极片的极耳所在侧边相同，且相邻同性极片的极耳所在侧边相反，也就是说，相邻正极片I的正极极耳11为左右交替设置，相邻负极片3的负极极耳31也为左右交替设置，如:第一片负极片3的负极耳31设置在靠左侧处；第一片正极片I与第一片负极片3相邻，其正极耳11也设置在靠左侧处；第二片正极片I与第一片正极片I相邻，其正极耳11即设置在靠右侧处；第二片负极片3与第二片正极片I相邻，其负极耳31也设置在靠右侧处；第二步，在20-200°C温度下，通过热压方式使排列好的正极片I和负极片3与隔离膜2热合，以防止正极片1、负极片3与隔离膜2之间产生相对滑动，在保证电池安全性的同时，增强电芯的硬度；第三步，如图2和图3所示，从隔离膜2的起始端开始，利用空余位20包住第一片负极片3，将第一片负极片3与第一片正极片I隔离开来；再同向翻转隔离膜2，将第一片负极片3堆叠在第一片正极片I之上，按此方向继续翻转卷绕，直至将所有极片堆叠完，最后一片极片为负极片3 ；第四步，卷绕完成后，在隔离膜2的收尾处贴上粘4，此时，正极耳11和负极耳31位于电芯的同向不同侧，而且同极极耳之间已彼此对齐；最后，将多个正极耳11焊接连接在一起，将多个负极耳31焊接连接在一起，得到锂离子电芯。采用以上方法制得的锂离子电芯的结构如图4所示，其包括相互层叠设置的正极片I和负极片3，以及卷绕间隔在正负极片1、3之间的隔离膜2。其中，正极片I的片数比负极片3的片数少一片，电芯的最上层和最下层极片均为负极片3，这两片负极片3可以是双面涂覆有负极材料的负极片3，也可以是外侧未涂覆负极材料的单面负极片3。每一正极片I均设置有正极耳11，所有正极耳11焊接连接为正极引出端；每一负极片3均设置有负极耳31，所有负极耳31焊接连接为负极引出端；正极引出端和负极引出端分别位于电芯顶封端的两侧。隔离膜2可选用PP材质或者PE材质，其末端以粘胶4固定。在上述电芯中，为了防止析锂，也防止正极片I与负极片3直接接触，隔离膜2在长度和宽度方向上的尺寸均比负极片3大0.l-2mm,负极片3在长度和宽度方向上的尺寸均比正极片I大0.1-2_。请参阅图5至图8，本发明锂离子电芯制备方法的第二实施方式与第一实施方式的步骤基本相同，所制得电芯结构也基本相同，只是所用极片的极性相反，具体来说:所使用的负极片3的片数比正极片I的片数少一片，且负极片I的片数至少为2片；起始端的第一片极片为正极片1，正极片I和负极片3在隔离膜2上排列顺序为以四片为一个单元按照正、负、负、正的顺序依次排布；电芯的最上层和最下层极片均为正极片1，这两片正极片I可以是双面涂覆有正极材料的正极片1，也可以是外侧未涂覆正极材料的单面正极片I。通过以上描述可知，本发明所制得的锂离子电芯因多层极片并联而减小了电芯的内部阻抗，使得电芯极化减小，放电平台提高，更接近材料自身的真实放电平台，提高了电芯的大倍率充放电能力；同时，卷绕式的堆叠方式因为不需要制作大量的电池单元(二分电池或全电池)，因此工艺简化，效率更高，而且具有内部结构统一、应力分布均匀、不容易产生形变的优点。可见，本发明锂离子电芯兼具卷绕方式与叠片方式制备电芯的双重优势，既具有较小的内阻和较好的大倍率充放电能力，又因内部受力均匀一致而不易变形。根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式
，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
权利要求
1.一种锂离子电芯，包括极性相反的第一极片、第二极片和间隔于两种极片之间的隔离膜，其特征在于:所述第一极片至少为两片且比第二极片少一片，第一极片和第二极片依次间隔叠加，使最上层、中间层及最下层极片都为第二极片；隔离膜有且仅有一条，其起始端完全包裹住中间层的第二极片使之与相邻的第一极片隔离，再顺时针或逆时针翻转，以同方向卷绕的方式将所有极片逐层包裹，收尾处包裹住最上层或最下层极片后固定；第一极片和第二极片都固定于隔离膜上。
2.根据权利要求1所述的锂离子电芯，其特征在于:所述第一极片为正极片、第二极片为负极片，或是第一极片为负极片、第二极片为正极片。
3.根据权利要求2所述的锂离子电芯，其特征在于:所述每一正极片都设有正极耳，每一负极片都设有负极耳，所有正极耳全部对齐并彼此连接为正极引出端，所有负极耳全部对齐并彼此连接为负极引出端，正极引出端和负极引出端分别位于电芯顶封端的两侧。
4.根据权利要求2所述的锂离子电芯，其特征在于:所述隔离膜在长度和宽度方向上的尺寸均比负极片大0.l_2mm，负极片在长度和宽度方向上的尺寸均比正极片大0.l_2mm。
5.根据权利要求1所述的锂离子电芯，其特征在于:所述第一极片和第二极片都以热合的方式固定于隔离膜上。
6.根据权利要求1所述的锂离子电芯，其特征在于:所述隔离膜的收尾端以粘胶固定。
7.一种制备权利要求1至6中任一项所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)取出至少两片第一极片和比第一极片多一片的第二极片，在隔离膜的起始端留一个空余位，然后将单片的第一极片和第二极片以四片为一个单元，按照第二极片、第一极片、第一极片、第二极片的顺序依次排布在隔离膜上，不够一个单元的最后依同样规律排列； 2)将排布好的第一极片和第二极片热合在隔离膜上，防止极片与隔离膜之间产生相对滑动； 3)从隔离膜的起始端开始，利用空余位包住第一片第二极片，再翻转隔离膜将第一片第二极片堆叠在第一片第一极片上，继续同向翻转卷绕隔离膜直至将所有极片堆叠完，最后一片极片为第二极片； 4)卷绕完成后，固定隔离膜的收尾端并保证其已完全包住最后一片第二极片。
8.根据权利要求7所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于:所述步骤I)中在隔离膜上排布极片时，从隔离膜的起始端至收尾端，相邻极片之间的间距逐渐增大。
9.根据权利要求7所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于:所述两种极片都设有极耳，步骤I)中在隔离膜上排布极片时，两种极片的极耳朝向相同，但相邻同种极片的极耳所在侧边相反，相邻不同种极片的极耳所在侧边相同。
10.根据权利要求7所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于:所述步骤2)的热合温度为 20-200°C。
全文摘要
本发明公开了一种锂离子电芯及其制备方法，所述电芯包括极性相反的第一极片、第二极片和间隔于两种极片之间的隔离膜，第一极片至少为两片且比第二极片少一片，第一极片和第二极片依次间隔叠加，使最上层、中间层及最下层极片都为第二极片；隔离膜有且仅有一条，其起始端完全包裹住中间层的第二极片使之与相邻的第一极片隔离，再顺时针或逆时针翻转，以同方向卷绕的方式将所有极片逐层包裹，收尾处包裹住最上层或最下层极片后固定；第一极片和第二极片都固定于隔离膜上。本发明锂离子电芯制备方法所制备的电芯兼具卷绕方式与叠片方式制备电芯的双重优势，既具有较小的内阻和较好的大倍率充放电能力，又因内部受力均匀一致而不易变形。
文档编号H01M10/0583GK103199305SQ20131008655
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者李聪, 方宏新, 何平, 汪云龙 申请人:东莞新能源科技有限公司