可弯曲叠片式锂离子电池的电芯的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可弯曲叠片式锂离子电池的电芯。所述的电芯包括负极片、隔膜和正极片，在正极片上设有正极材料涂覆区和正极空白箔材区，两者间隔设置，在正极材料涂覆区涂覆有正极材料；所述负极片上设有负极材料涂覆区和负极空白箔材区，两者间隔设置，在负极材料涂覆区涂覆有负极材料；正极片上的正极材料涂覆区和正极空白箔材区个数分别与负极片上的负极材料涂覆区和负极空白箔材区的个数相同且位置相对应；所述的负极片、隔膜和正极片沿着垂直于其表面的方向依次叠置连接构成所述的电芯。本实用新型所述的电芯在实现一定角度弯曲的同时，还能确保电芯在使用过程中容量的正常发挥以及使用安全。
【专利说明】可弯曲叠片式锂离子电池的电芯
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及锂离子电池【技术领域】，具体涉及一种可弯曲叠片式锂离子电池的 电芯。
【背景技术】
[0002] 近年来电子和信息产业蓬勃发展，小型分立的移动电源需求量增长迅速，对电源 用电池也提出了更为苛刻的要求，它要求电池具备体积小、能量密度高、重量轻、循环寿命 长、安全性高和环境友好等优点。另一方面，不同的电子设备对电池的形状设计也有不同的 要求，如手表表链、儿童/老人导航仪以及定位仪等设备，这种类型设备的电池既要求电池 能具有一定的弯曲特性，又要保证电池容量的正常发挥及确保电池的使用安全。
[0003] 叠片式电池与卷绕式电池相比较，叠片电池具有电池尺寸设计灵活、电池内阻小、 高倍率放电性能好、容量密度高、能量密度高和适用范围宽等优点。但现有叠片电池极片一 般采用直接冲片法制作，正负极片两面都是全涂满状态，然后在极片的顶端预留集流体极 耳，这类方法制得的锂离子叠片电池不能根据设备的使用要求进行一定角度的弯曲，如果 强行弯曲，会存在使用安全问题。 实用新型内容
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是针对现有的叠片式锂离子电池不能弯曲的不足， 提供一种可弯曲的叠片式锂离子电池的电芯，采用该可弯曲的叠片式锂离子电池的电芯按 常规方法制得的叠片式锂离子电池可实现一定角度的弯曲，并能确保叠片式锂离子电池在 使用过程中容量的正常发挥以及使用安全。
[0005] 本实用新型所述的可弯曲叠片式锂离子电池的电芯，包括负极片、隔膜和正极片， 其中：
[0006] 所述正极片上设有正极材料涂覆区和正极空白箔材区，所述的正极材料涂覆区涂 覆有正极材料，所述的正极材料涂覆区和正极空白箔材区间隔设置；
[0007] 所述负极片上设有负极材料涂覆区和负极空白箔材区，所述的负极材料涂覆区涂 覆有负极材料，所述的负极材料涂覆区和负极空白箔材区间隔设置；
[0008] 所述正极片上的正极材料涂覆区的个数与负极片上的负极材料涂覆区的个数相 同且位置相对应，正极片上的正极空白箔材区的个数与负极片上的负极空白箔材区的个数 相同且位置相对应；所述正极片上正极材料涂覆区的个数和正极空白箔材区的个数以及负 极片上负极材料涂覆区的个数和负极空白箔材区的个数均为整数；
[0009] 所述的负极片、隔膜和正极片沿着垂直于其表面的方向依次叠置连接构成可弯曲 叠片式锂离子电池的电芯。
[0010] 本实用新型通过在正极片上间隔设置正极材料涂覆区和正极空白箔材区，在负极 片上间隔设置负极材料涂覆区和负极空白箔材区，采用在正极材料涂覆区涂覆正极材料， 而在正极空白箔材区不涂覆正极材料，结合在负极材料涂覆区涂覆负极材料，而在负极空 白箔材区不涂覆负极材料的结构设计，由于正、负极片上的涂覆区和空白箔材区分别一一 对应，可利用没有涂覆活性物质的正极空白箔材区和负极空白箔材区作为折叠的基点，从 而使电芯能够弯曲一定角度，进而实现电芯可弯曲的目的；另一方面，在折叠电芯实现弯曲 的同时，由于正极空白箔材区和负极空白箔材区没有涂覆活性物质，这就给出正极片上的 正极材料和负极片上的负极材料一个相对的可移动空间，不会使正极材料因折叠而移出与 其对应的负极材料的区域范围内，有效地确保了电池折叠时的使用安全问题；再一方面，根 据设备所需电池容量来设计电池正、负极上的涂覆区和空白箔材区间隔比例，即可确保设 计所得电芯的电池容量的正常发挥以及电芯的应用范围。
[0011] 上述技术方案中，所述的正极片和负极片上应分别设置有正极极耳连接段和负极 极耳连接段，通常地，所述正极片上，在其长度方向的一侧设置有正极极耳连接段；所述的 负极片上，在其长度方向的一侧设置有负极极耳连接段。一般情况下，正极极耳连接段统一 设置在同一侧，以方便与电池的总极耳连接，负极极耳连接段的设置理念相同。
[0012] 本申请的技术方案中，所说的正极片上的正极材料涂覆区和正极空白箔材区的个 数均是指正极片上其中一个表面（如上表面或下表面）上的个数，在该所述表面的相对面 上同样还有相同个数的正极材料涂覆区和正极空白箔材区，所述两个面上的正极材料涂覆 区和正极空白箔材区的位置及个数均分别相对应。负极片也一样。
[0013] 上述技术方案中，可以根据正极集流体和负极集流体的尺寸以及使用电池的设备 所需的电池容量来设计正、负极上的涂覆区和空白箔材区间隔比例， 申请人:在长期、大量的 实验基础上认为：当正极片上正极材料涂覆区与正极空白箔材区的长度之比为1 :〇. 03? 0. 3,负极片上负极材料涂覆区与负极空白箔材区的长度之比为1 :0. 02?0. 2时，所述电芯 在实现< 120°的弯曲角度的同时，能够进一步保证电芯电量的正常发挥及使用安全。
[0014] 申请人:在研究中发现，当正极片的尺寸为：长度为100?300mm、宽度为10?70mm 时，正极片的其中一个表面上设计的正极空白箔材区的个数为大于等于1且小于等于4为 优选方案；进一步优选正极片上正极空白箔材区在正极片长度方向上的长为3?6mm，宽度 为正极片的宽度。
[0015] 根据上述正极片的尺寸，较为合适的负极片尺寸为：长度较正极片大2?4mm，宽 度较正极片大3?5mm。为了达到正、负极完全匹配的目的，负极片上空白箔材区的长度最 好是小于正极片上空白箔材区的长度，因此，进一步优选负极片上负极空白箔材区的长度 为2?4mm,宽度为负极片的宽度。
[0016] 本申请的技术方案中，所说的正极材料涂覆区的长度是指正极材料涂覆区在正极 片长度方向上的距离，其宽度与正极片的宽度相同；所说的正极空白箔材区的长度是指正 极空白箔材区在正极片长度方向上的距离，其宽度与正极片的宽度相同；所说的负极材料 涂覆区的长度是指负极材料涂覆区在负极片长度方向上的距离，其宽度则与负极片的宽度 相同；所说的负极空白箔材区的长度是指负极空白箔材区在负极片长度方向上的距离，其 宽度与负极片的宽度相同。
[0017] 与现有技术相比，本实用新型采用特殊的极片设计使电芯能够进行一定角度的弯 曲，该弯曲角度< 120° ;在实现电池弯曲的同时能够确保叠片式锂离子电池在使用过程中 容量的正常发挥以及使用安全。该电芯可以灵活应用于需要弯曲的电子设备上，从而克服 了方形以及圆柱形电池不能改变角度的缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型所述的可弯曲叠片式锂离子电池的电芯一种实施方式的主视 图；
[0019] 图2为图1实施方式中正极片的俯视图；
[0020] 图3为图1实施方式中负极片的俯视图；
[0021] 图4为本实用新型实施例1制得的电芯的俯视图；
[0022] 图5为本实用新型实施例1制得的电芯进一步制成的可弯曲叠片式锂离子电池进 行弯曲时的效果示意图。
[0023] 图中标号为：
[0024] 1可弯曲叠片式锂离子电池的电芯；11正极片；111正极材料涂覆区；112正极空 白箔材区；113正极极耳连接段；12负极片；121负极材料涂覆区；122负极空白箔材区；123 负极极耳连接段；13隔膜；2可弯曲叠片式锂离子电池。
【具体实施方式】
[0025] 图1为本实用新型所述的可弯曲叠片式锂离子电池的电芯1 一种实施方式的主视 图。如图1所示，本实用新型所述的可弯曲叠片式锂离子电池的电芯1包括负极片12、隔膜 13和正极片11，所述正极片11的上、下两个表面上均设有正极材料涂覆区111和正极空白 箔材区112,所述的正极材料涂覆区111涂覆有正极材料，所述的正极材料涂覆区111和正 极空白箔材区112间隔设置，且正极材料涂覆区111与正极空白箔材区112的长度之比为 1 :0. 03?0. 3 ;各正极片11上均设置有正极极耳连接段113 ;所述负极片12的上、下两个 表面上设有负极材料涂覆区121和负极空白箔材区122,所述的负极材料涂覆区121涂覆 有负极材料，所述的负极材料涂覆区121和负极空白箔材区122间隔设置，且负极材料涂覆 区121与负极空白箔材区122的长度之比为1 :0. 02?0. 2,各负极片12上均设置有负极 极耳连接段123 ;所述正极片11上的正极材料涂覆区111的个数与负极片12上的负极材 料涂覆区121的个数相同且位置相对应，正极片11上的正极空白箔材区112的个数与负极 片12上的负极空白箔材区122的个数相同且位置相对应；所述正极片11上正极材料涂覆 区111的个数和正极空白箔材区112的个数以及负极片12上负极材料涂覆区121的个数 和负极空白箔材区122的个数均为整数；所述的负极片12、隔膜13和正极片11沿着垂直于 其表面的方向依次叠置粘接构成可弯曲叠片式锂离子电池的电芯1，所得电芯1的俯视图 如图4所示。在图1所示实施方式中，所述正极片11的尺寸为：长度为100?300mm、宽度 为10?70mm，该正极片11的上表面上设置有5个正极材料涂覆区111和4个正极空白箔 材区112,其中正极空白箔材区112的长度为3?6mm(对应的，该正极片11的下表面上同 样也设有相同个数的正极材料涂覆区111和正极空白箔材区112,两个表面上的正极材料 涂覆区111和正极空白箔材区112具有相应的长度和宽度，且位置相对应），如图2所示；所 述负极片12的尺寸为：长度较正极片11的长2?4mm，宽度较正极片11的宽3?5mm，其 上设置有5个负极材料涂覆区121和4个负极空白箔材区122,其中负极空白箔材区122的 长度为2?4mm(对应的，该负极片12的下表面上同样也设有相同个数的负极材料涂覆区 121和负极空白箔材区122,两个表面上的负极材料涂覆区121和负极空白箔材区122具有 相应的长度和宽度，且位置相对应），如图3所示；所述正极片11上的正极材料涂覆区111 区域上涂覆有正极材料，负极片12上的负极材料涂覆区121区域上涂覆有负极材料，所述 正极片11上的正极材料涂覆区111与极片上的负极材料涂覆区121 -一对应，同时，正极 片11上的正极空白箔材区112与极片上的负极空白箔材区122 -一对应。
[0026] 上述可弯曲叠片式锂离子电池的电芯可采用以下的方法进行制作，具体包括以下 步骤：
[0027] 1)提供正极集流体和负极集流体；
[0028] 2)根据正极集流体和负极集流体的尺寸，设计所要制备的正极片上正极材料涂覆 区的个数和正极空白箔材区的个数，以及负极片上负极材料涂覆区的个数和负极空白箔材 区的个数；控制所要制备正极片上正极材料涂覆区的个数和正极空白箔材区的个数以及负 极片上负极材料涂覆区的个数和负极空白箔材区的个数均为整数，同时使正极片上的正极 材料涂覆区的个数与负极片上的负极材料涂覆区的个数相同且两个区域的位置相对应，并 使正极片上的正极空白箔材区的个数与负极片上的负极空白箔材区的个数相同且两个区 域的位置相对应；
[0029] 3)提供正极材料和负极材料，按设计好的尺寸在正极集流体上的正极材料涂覆区 涂覆正极材料，留出正极极耳连接段；按设计好的尺寸在负极集流体上的负极材料涂覆区 涂覆负极材料，留出负极极耳连接段；分别得到正极片和负极片；
[0030] 4)按负极片、隔膜和正极片的顺序依次叠置连接，以负极片收尾，并在最上层的负 极片和最下层的负极片上分别叠置隔膜，将各正极极耳连接段焊接在一起，将各负极极耳 连接段焊接在一起，即得到可弯曲叠片式锂离子电池的电芯。
[0031] 上述制作方法中，正极片上正极材料涂覆区的个数和正极空白箔材区的个数是指 正极片其中一个表面（上表面或下表面）上正极材料涂覆区的个数和正极空白箔材区的个 数，在该所述表面的相对面上同样还有相同个数的正极材料涂覆区和正极空白箔材区，所 述两个面上的正极材料涂覆区和正极空白箔材区的位置及个数均分别相对应。负极片也一 样。
[0032] 上述制作方法的步骤1)中，正极集流体通常采用铝箔材，负极集流体通常采用铜 箔材。
[0033] 上述制作方法的步骤2)中，可以根据正极集流体和负极集流体的尺寸以及使用 电池的设备所需的电池容量来设计正、负极上的涂覆区和空白箔材区的间隔比例（即设置 正、负极上的涂覆区和空白箔材区的个数）。 申请人:发现，当正极片上正极材料涂覆区与正 极空白箔材区的长度之比为1 :〇. 03?0. 3,负极片上负极材料涂覆区与负极空白箔材区的 长度之比为1 :0.02?0.2时，所述电芯在实现< 120°的弯曲角度的同时，能够进一步保 证电芯电量的正常发挥及使用安全。 申请人:在研究中还发现，当正极片的尺寸为：长度为 100?300mm、宽度为10?70mm时，正极片上设计的正极空白箔材区的个数为大于等于1 且小于等于4为优选方案；进一步优选正极片上正极空白箔材区在正极片长度方向上的长 为3?6mm，宽度为正极片的宽度。当正极片为上述尺寸时，较为合适的负极片尺寸为：长 度较正极片大2?4mm，宽度较正极片大3?5mm。为了达到正、负极完全匹配的目的，负极 片上空白箔材区的长度最好是小于正极片上空白箔材区的长度，因此，进一步优选负极片 上负极空白箔材区的长度为2?4mm，宽度为负极片的宽度。
[0034] 上述制作方法的步骤3)中，正极材料（即正极浆料）和负极材料（即负极浆 料）的组成及比例均与现有技术相同，具体地，正极材料和负极材料均主要由粘结剂、导 电剂和活性物质组成，其中，优选按粘结剂：导电剂：活性物质=1.5?3. Owt% :1. 5? 3. Owt% :94?97wt%的配比进行打楽混合得到正极材料；优选按粘结剂：导电剂：石墨= 1. 5?3. Owt% :1. 0?2. 5wt% :94. 5?97. 5wt%的配比进行打浆混合得到负极材料。本 申请中，正极材料中的粘结剂优选为PVDF，负极材料中的粘结剂优选为CMC ;正极材料和负 极材料的导电剂均为SP ;正极材料中的活性物质优选为三元材料、钴酸锂材料、磷酸铁锂 材料和锰酸锂材料中的任意一种，负极材料中的活性物质优选为石墨；正极材料中的溶剂 优选为NMP，负极材料中的溶剂优选为去离子水。该步骤中，正极材料和负极材料的涂覆方 法与现有技术相同。
[0035] 上述制作方法的步骤4)中，当步骤3)中制得的正极片和负极片尺寸较大时，需 要将它们分别冲压成合适尺寸的正极片和负极片再进行叠片，通常是将大尺寸的正极片 冲压成长度为100?300mm(为表述方便，下面以p代表该长度）、宽度为10?70mm(为 表述方便，下面以q代表该长度）的合适尺寸，将大尺寸的负极片冲压成长度为（P+(2? 4))mm、宽度为（q+(3?5))mm的合适尺寸；正极极耳连接段和负极极耳连接段的尺寸均为 (q/5) * (3q/5)mm。
[0036] 上述制作方法的步骤4)中，优选当正极片的片数达到4?8片时，完成锂离子电 池电芯的叠片。
[〇〇37] 用现有常规方法对上述可弯曲叠片式锂离子电池的电芯1进行铝塑膜封装、注 液、化成以及二次封装，即可得到可弯曲叠片式锂离子电池2。图5为所得的可弯曲叠片式 锂离子电池2进行弯曲时的效果示意图，图中的弯曲角度为120°。所得电池经过试验，在 使用过程中容量均能够正常发挥。对上述制得的叠片式锂离子电池分别进行针刺安全试 验、高处跌落试验、模拟振动台试验以及挤压试验，所有试验过程中电池均无爆炸、无起火 现象。
【权利要求】
1. 一种可弯曲叠片式锂离子电池的电芯（1)，包括负极片（12)、隔膜（13)和正极片 (11)，其特征在于： 所述正极片（11)上设有正极材料涂覆区（111)和正极空白箔材区（112)，所述的正极 材料涂覆区（111)涂覆有正极材料，所述的正极材料涂覆区（111)和正极空白箔材区（112) 间隔设置； 所述负极片（12)上设有负极材料涂覆区（121)和负极空白箔材区（122)，所述的负极 材料涂覆区（121)涂覆有负极材料，所述的负极材料涂覆区（121)和负极空白箔材区（122) 间隔设置； 所述正极片（11)上的正极材料涂覆区（111)的个数与负极片（12)上的负极材料涂覆 区（121)的个数相同且位置相对应，正极片（11)上的正极空白箔材区（112)的个数与负极 片（12)上的负极空白箔材区（122)的个数相同且位置相对应；所述正极片（11)上正极材 料涂覆区（111)的个数和正极空白箔材区（112)的个数以及负极片（12)上负极材料涂覆 区（121)的个数和负极空白箔材区（122)的个数均为整数； 所述的负极片（12)、隔膜（13)和正极片（11)沿着垂直于其表面的方向依次叠置连接 构成可弯曲叠片式锂离子电池的电芯（1)。
2. 根据权利要求1所述的可弯曲叠片式锂离子电池的电芯（1)，其特征在于：所述正 极片（11)上设置有正极极耳连接段（113);所述的负极片（12)上设置有负极极耳连接段 (123)。
3. 根据权利要求2所述的可弯曲叠片式锂离子电池的电芯（1)，其特征在于：所述正 极片（11)上，正极材料涂覆区（111)与正极空白箔材区（112)的长度之比为1 :0.03? 〇. 3,所述负极片（12)上，负极材料涂覆区（121)与负极空白箔材区（122)的长度之比为1 :0· 02 ?0· 2。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的可弯曲叠片式锂离子电池的电芯（1)，其特征 在于：当正极片（11)的尺寸为：长度为100?300mm、宽度为10?70mm时，正极片（11)上 正极空白箔材区（112)的个数为大于等于1且小于等于4。
5. 根据权利要求4所述的可弯曲叠片式锂离子电池的电芯（1)，其特征在于：所述正极 片（11)上正极空白箔材区（112)的长度为3?6mm。
6. 根据权利要求4所述的可弯曲叠片式锂离子电池的电芯（1)，其特征在于：所述负极 片（12)的尺寸为：长度较正极片（11)大2?4mm，宽度较正极片（11)大3?5mm。
7. 根据权利要求6所述的可弯曲叠片式锂离子电池的电芯（1)，其特征在于：所述负极 片（12)上负极空白箔材区（122)的长度为2?4mm。
【文档编号】H01M4/13GK203850391SQ201420207361
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】王红强, 赖飞燕, 张晓辉, 李庆余, 黄有国, 吴强 申请人:广西师范大学