一种极片、电芯的制作方法及卷绕式电池用电芯、极片与流程

本发明涉及一种极片、电芯的制作方法及卷绕式电池用电芯、极片。

背景技术：

近年来，锂离子电池不仅在数码产品上应用广泛，在动力电池领域也有了很大的进展。动力电池领域锂离子电池结构目前主要分为叠片式和卷绕式。卷绕式结构的锂离子电池因为生产效率相对较高，在大部分动力电池企业得到广泛应用。根据卷绕结构的不同，主要有全极耳卷绕和多极耳卷绕两种结构，其中全极耳结构一般采用两侧出极耳的形式，多极耳卷绕可以把正负极耳位置设计在同一侧，以提高电池的能量密度。早期的多极耳卷绕型电池的极片的制作方式，因为制作技术的限制，主要是采用刮片技术将涂覆区刮掉一部分，然后焊接箔材充当极耳，然后进行卷绕形成电芯。该方法的缺点在于：工艺复杂，容易产生粉尘，负极容易产生析锂隐患，损失刮片区域的部分容量等。随着制片技术的进步，目前多采用连续涂布方式，极片中间预留一定宽度的箔材（箔材宽度一般等于极耳高度），然后通过模具或者激光裁切技术切除部分箔材形成极耳，这种制片方法中一张极片对应一条箔材留白，所以从留白区域上切除下来的箔材将被废弃，造成箔材浪费的问题。

中国专利文献CN102315425A公开了一种锂电池负极片制作方法，该方法的关键在于：将相邻两列极片的极耳设计为相互错开的，这样在从相邻两列极片之间的共用留白区域切出极耳时，两列极片的极耳可从共用留白中交替裁切得到，这样就利用了单列极片裁切后留白的空余部分。但因现有技术中卷绕式电池用极片上的各极耳宽度（留白长度方向的尺寸）是相等的，所以用上述制作方法制备卷绕式电池的极片时。如需要保证两个共用留白区域的极片上的极耳均满足设定的宽度和间距的话，受两极片的极耳的宽度总和小于留白区域的总长影响，留白区域仍然存在部分需要切下的问题。如两极片中任一个的极耳宽度与另一个的极耳间距互补的话，要么两极片的极耳的宽度均会较大，导致极耳在电芯端部分布散乱，不易集中在一起；要么一个极片与常规极片一致、另一极片上的极耳过大，极耳过大的极片在卷绕后，既会出现极耳分布散乱的问题，又会出现极耳在电芯的圆周进行约束、而在电芯膨胀变形时被咯破引发电池短路的风险。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种极片，旨在解决现有技术中极片在卷绕后极耳不便出线的问题。另外，本发明的另一目的是提供一种使用该极片的电芯、适用于该极片的极片制作方法和与该极片适配的电芯制作方法。

为了实现以上目的，本发明中卷绕式电池用极片的技术方案如下：

卷绕式电池用极片，包括带状的涂覆区，定义涂覆区的一端为起点端、另一端为终点端，涂覆区自起点端至终点端依次分为多个节段，各节段的长度满足公式：L_N=L₀+（N-1）*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K）或L_N=L₀+N*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，起始值为1，L₀：卷针内周长，d₁：所述极片的厚度，d₂：与所述极片配套的极性相反的极片的厚度，d₃：与所述极片配套的隔膜的厚度，K：修正系数；任意相邻节段中的一个的一边设有与所处节段等长的极耳而形成极耳区，另一个的一边处形成与所处节段等长的空缺区，所述极耳区与空缺区位于涂覆区同一边。

所述极片以及与之配套的极性相反的极片各自的厚度：50-500μm，修正系数：-0.1~0.1，极耳数量：1-100个，卷针内周长：10mm-800mm，极耳的长度：20-500mm，极耳的高度为1mm-100mm。

涂覆区的起点端和/或终点端设有端点标记结构。

各极耳的根部位置处设有绝缘胶层。

本发明中卷绕式电池用电芯的技术方案如下：

卷绕式电池用电芯，包括相互配套的正、负极片，正、负极片均包括带状的涂覆区，定义涂覆区的一端为起点端、另一端为终点端，正、负极片的涂覆区均自起点端至终点端依次分为多个节段，正、负极片中一个的涂覆区的各节段满足公式：L_N=L₀+N*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），另一个的涂覆区的各节段满足公式：L_N=L₀+（N-1）*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，起始值为1，L₀：卷针内周长，d₁：正极片的厚度，d₂：负极片的厚度，d₃：所述电芯的隔膜的厚度，K：修正系数；同一涂覆区的任意相邻节段中的一个的一边设有与所处节段等长的极耳而形成极耳区，另一个的一边处形成与所处节段等长的空缺区，所述极耳区与空缺区位于涂覆区同一边；正、负极片的涂覆区叠设对齐，正极片的极耳和负极片的极耳位于正极片的涂覆区两边。

各极耳的根部位置处设有绝缘胶层。

本发明中极片的制作方法的技术方案如下：

极片的制作方法，包括如下步骤：

步骤一，涂覆：在基材上进行涂覆，以在基材上形成相互平行的带状的涂覆区和带状的留白区；

步骤二，裁切：将所述涂覆区自起点至终点依次分为多个节段，涂覆区的各节段长度满足公式：L_N=L₀+（N-1）*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K）或L_N=L₀+N*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，起始值为1，L₀：卷针内周长，d₁：所述极片的厚度，d₂：与所述极片配套的极性相反的极片的厚度，d₃：与所述极片配套的隔膜的厚度，K：修正系数，将留白区划分为位于任意相邻两节段中一个的侧边上的极耳部分、位于另一个的侧边上的裁除部分，裁下裁除部分即可。

在步骤一中，基材上的涂覆区有两条，留白区位于两涂覆区之间，留白区的宽度等于所述极片的极耳高度；在步骤二中，在裁切后，从留白区切出两组极耳，两组极耳中的一组与两涂覆区中的一个对应形成一个极片，另一组与另一个对应形成第二个极片。

本发明中电芯的制作方法的技术方案如下：

电芯的制作方法，包括如下步骤：

步骤一，涂覆：在两块基材单元上分别进行涂覆，以在每块基材单元上各自形成相互平行的带状的涂覆区和带状的留白区；

步骤二，裁切：将每块基材单元上的所述涂覆区自起点至终点依次分为多个节段，两块基材单元中一块上的所述涂覆区的各节段满足公式：L_N=L₀+（N-1）*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），另一块上的所述涂覆区的各节段满足公式：L_N=L₀+N*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，起始值为1，L₀：卷针内周长，d₁：所述电芯的正极片厚度，d₂：所述电芯的负极片厚度，d₃：所述电芯的隔膜的厚度，K：修正系数，将留白区划分为位于任意相邻两节段中一个的侧边上的极耳部分、位于另一个的侧边上的裁除部分，裁下裁除部分即可，以从两块基材单元中一个上切出由正极耳和对应涂覆区构成的正极片，从另一个上切出由负极耳和对应涂覆区构成负极片；

步骤三，卷绕：以正、负极片的涂覆区叠设对齐，正极片的极耳和负极片的极耳位于正极片的涂覆区两边的方式，将正、负极片搭配卷绕。

在步骤一中，每块基材上的涂覆区均有两条，留白区处于两涂覆区之间，留白区的宽度等于所处基材上待加工的极片的极耳高度；在步骤二中，在裁切后，从同一基材的留白区切出两组极耳，以由两基材单元中一块上的两组极耳中的一组与两涂覆区中的一个对应形成一个A正极片、另一组极耳与另一个涂覆区对应形成B正极片，另一块基材单元上的两组极耳中的一组与两涂覆区中的一个对应形成一个A负极片、另一组极耳与另一个涂覆区对应形成B负极片；在步骤三中，在卷绕时，A正、A负极片搭配卷绕，B正、B负极片搭配卷绕。

本发明中极片上的各极耳自涂覆区的起点端至终点端长度递增，且递增的方式满足该极耳所处的极耳区、与极耳区相邻的空缺区在涂覆区上对应的各节段长度满足公式：L_N=L₀+（N-1）*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K）或L_N=L₀+N*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，L₀：卷针内周长，d₁：正极片厚度，d₂：负极片厚度，d₃：隔膜厚度，K：修正系数，这样在自起点端将正、负极片卷绕成电芯后，各极片的极耳会集中于电芯端面的一直径方向的一侧，以便于电芯从端面的一侧进行出线，这实际上是通过全极耳电芯卷绕的方式实现了多极耳电芯的极耳集中，从而解决了现有技术中极片在卷绕后极耳不便出线的问题，便于电芯的出线和整理。

附图说明

图1是本发明中正极基材单元的结构示意图；

图2是图1中正极基材单元在裁切后的结构示意图；

图3是图2中A极片对应的电芯的结构示意图；

图4是图2中B极片对应的电芯的结构示意图。

具体实施方式

本发明中电芯的制作方法的实施例：该制作方法适用于卷绕式电池用电芯的制备，该制作方法主要可分解为正极片的制作方法、负极片的制作方法和电芯的卷绕方法三个部分。

正极片的制作方法包括如下步骤：

1，涂覆：在正极基材单元上进行连续涂布，以在正极基材单元上形成相互平行的带状的A、B涂覆区11、21及处于A、B涂覆区11、21之间共用的带状的留白区31，留白区31的宽度与所需正极耳的高度相等，从而得到如图1所示的带有A、B涂覆区11、21和留白区31的正极基材单元；

2，裁切：如图2所示，在A、B涂覆区11、21的两端分别设有Mark孔41，以该Mark孔41作为极片的起点、终点标记，即定义出A、B涂覆区11、21的起点端和终点端，并在正极基材单元的留白区31进行激光裁切，激光裁切的方式是：以A、B涂覆区11、21自起点至终点依次划分的多个节段为参照，各节段的长度满足公式：L_N=L₀+N*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，起始值为1，L₀：卷针内周长，d₁：该电芯的正极片厚度，d₂：该电芯的负极片厚度，d₃：该电芯的隔膜厚度，K：修正系数；将留白区31划分为位于任意相邻两节段中一个的侧边上的极耳部分、位于另一个的侧边上的裁除部分，裁下裁除部分即可，以从留白区31切出两组正极耳，两组正极耳中的A正极耳12与A涂覆区11对应形成A正极片，B正极耳22与B涂覆区21对应形成B正极片，即在正极基材上切割出适配于不同电芯的A正、B正极片。

负极片的制作方法包括如下步骤：

1，涂覆：在负极基材单元上进行连续涂布，以在负极基材单元上形成相互平行的带状的A、B涂覆区及处于A、B涂覆区之间共用的带状的留白区，留白区的宽度与所需负极耳的高度相等，从而得到的带有A、B涂覆区和留白区的负极基材单元；

2，裁切：在A、B涂覆区的两端分别设有Mark孔，以该Mark孔作为极片的起点、终点标记，即定义出A、B涂覆区的起点端和终点端，并在负极基材单元的留白区进行激光裁切，激光裁切的方式如下：以A、B涂覆区自起点至终点依次划分的多个节段为参照，各节段的长度满足公式：L_N=L₀+（N-1）*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，起始值为1，L₀：卷针内周长，d₁：该电芯的负极片厚度，d₂：该电芯的负极片厚度，d₃：该电芯的隔膜厚度，K：修正系数；将留白区划分为位于任意相邻两节段中一个的侧边上的极耳部分、位于另一个的侧边上的裁除部分，裁下裁除部分即可，以从留白区切出两组负极耳，两组负极耳中的A负极耳与A涂覆区对应形成A负极片，B负极耳与B涂覆区对应形成B负极片，即在负极基材上切割出适配于不同电芯的A正、B负极片。

电芯的卷绕方法包括如下步骤：

以A正、A负极片的涂覆区叠设对齐，A正极片的极耳和A负极片的极耳对称分设于正极片的涂覆区两边的方式，将A正、A负极片相互搭配后沿相反方向进行卷绕而形式A电芯10，如图3所示，A电芯中A正、A负极耳12、13在A涂覆区11的宽度方向对称设置，且A正、A负极耳12、13的中心线相互对齐；

以B正、B负极片的涂覆区叠设对齐，B正极片的极耳和B负极片的极耳对称分设于正极片的涂覆区两边的方式，将B正、B负极片相互搭配后沿相反方向进行卷绕而形式B电芯20，如图4所示，B电芯中B正、B负极耳22、23在B涂覆区21的宽度方向对称设置，且B正、B负极耳22、23的中心线相互对齐。

图2中A极片上的Mark孔41的位置——距离极耳顶部的高度距离：h₁，距离第一极耳的宽度距离：h₂；B极片上的Mark孔41的位置——距离极耳顶部的高度距离：h₁。h₁和h₂的具体尺寸是可调的，具体的h₁为1-500mm，h₂为1mm-200mm。正极片厚度：50μm-500μm，正极箔材厚度：5μm-50μm，负极片厚度：50μm-500μm，负极箔材厚度：5μm-50μm，K值：-0.1~0.1，极耳数量1-100个，卷针内周长：10mm-800mm；在留白区31裁切出的各极耳的长度：20mm-500mm，留白区31宽度：1mm-100mm。

为了防止极片上于极耳的根部直角位置产生破裂，可以在极片的留白区边缘涂布绝缘胶层，以使得各极耳的根部位置处设有绝缘胶层，实现极耳的根部和涂覆区之间通过绝缘胶层过渡。

A、B电芯可以相互配对组合而形成卷绕式电池，也可以单独使用A电芯或B电芯而形成卷绕式电池。在A、B电芯相互配对使用时，A、B电芯的正极耳处于同一侧、负极耳处于同一侧，以便于集中出线。同时，因在A、B电芯上正、负极耳均分处于两端，这就使得电芯的两端均有一半没有极耳的扇形区域，该扇形区域可以释放电芯膨胀产生的形变应力，消除因电芯膨胀而导致的对应位置处隔膜被咯破引发电池短路的风险。

另外，在极片的尺寸要求发生变化时，极耳的长度尺寸计算公式中各参数的数值也需要根据需要适应性的改变，而因为其中正、负极片的厚度，卷针内周长，K值均属于现有极片也使用的数据，不再举例说明。

本发明中电芯的制作方法的另一实施例：本实施例与上一实施例的区别在于，在每块基材单元上仅制备一块极片，即每块基材单元上的涂覆区只有一条，这样在裁切后从留白区切下的留白部分将不会直接形成极耳。切下部分的去向有两种，一种是通过在基材单元的留白区上于切下部分所处侧预留一条进行后续涂覆的部位，以在裁切后在该部位进行涂覆而得到另一极片；另一种去向是将切下部分作为边角废料抛弃。

基于上述实施例可知，该电芯的电极可按照如下方法制作：

步骤一，涂覆：在基材上进行涂覆，以在基材上形成相互平行的带状的涂覆区和带状的留白区；

步骤二，裁切：将所述涂覆区自起点至终点依次分为多个节段，涂覆区的各节段长度满足公式：L_N=L₀+（N-1）*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K）或L_N=L₀+N*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，起始值为1，L₀：卷针内周长，d₁：所述极片的厚度，d₂：与所述极片配套的极性相反的极片的厚度，d₃：与所述极片配套的隔膜的厚度，K：修正系数，将留白区划分为位于任意相邻两节段中一个的侧边上的极耳部分、位于另一个的侧边上的裁除部分，裁下裁除部分即可。

对应于上述电极的电芯的制作方法如下：

步骤一，涂覆：在两块基材单元上分别进行涂覆，以在每块基材单元上各自形成相互平行的带状的涂覆区和带状的留白区；

步骤二，裁切：将每块基材单元上的所述涂覆区自起点至终点依次分为多个节段，两块基材单元中一块上的所述涂覆区的各节段满足公式：L_N=L₀+（N-1）*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），另一块上的所述涂覆区的各节段满足公式：L_N=L₀+N*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，起始值为1，L₀：卷针内周长，d₁：所述电芯的正极片厚度，d₂：所述电芯的负极片厚度，d₃：所述电芯的隔膜的厚度，K：修正系数，将留白区划分为位于任意相邻两节段中一个的侧边上的极耳部分、位于另一个的侧边上的裁除部分，裁下裁除部分即可，以从两块基材单元中一个上切出由正极耳和对应涂覆区构成的正极片，从另一个上切出由负极耳和对应涂覆区构成负极片；

步骤三，卷绕：以正、负极片的涂覆区叠设对齐，正极片的极耳和负极片的极耳位于正极片的涂覆区两边的方式，将正、负极片搭配卷绕。

本发明中电芯的制作方法的另一实施例：本实施例与上述实施例的区别在于，在极片的起点和终点位置，采用粘接标签的方式作为标记结构。

本发明中极片的制作方法的实施例1：本实施例中极片的制作方法与上述实施例中正极片的制作方法相同，因此不再赘述。

本发明中极片的制作方法的实施例2：本实施例中极片的制作方法与上述实施例中负极片的制作方法相同，因此不再赘述。

本发明中极片的实施例1：本实施例中极片为上述电芯的制作方法的中间产品——A正极片，如图2所示，该极片包括带状的A涂覆区11。A涂覆区11的两端分别设有Mark孔41，以该Mark孔41作为极片的起点、终点标记。涂覆区自起点端至终点端依次分为多个节段，各节段的长度满足公式：L_N=L₀+N*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，起始值为1，L₀：卷针内周长，d₁：A正极片的厚度，d₂：A负极片的厚度，d₃：与A正极片配套的隔膜的厚度，K：修正系数。任意相邻节段中的一个的一边设有与所处节段等长的A正极耳12而形成极耳区，另一个的一边处形成与所处节段等长的空缺区，极耳区与空缺区位于涂覆区同一边。A涂覆区11的第一个节段对应第一个极耳区。

Mark孔41的位置——距离极耳顶部的高度距离：h₁，距离第一极耳的宽度距离：h₂。h₁和h₂的具体尺寸是可调的，具体的h₁为1-500mm，h₂为1mm-200mm。A正极片厚度：50μm-500μm，A正极片箔材厚度：5μm-50μm，A负极片厚度：50μm-500μm，A负极片箔材厚度：5μm-50μm，修正系数：-0.1~0.1，极耳数量1-100个，卷针内周长：10mm-800mm；A正极耳12的长度：20mm-500mm，A正极耳12的高度：1mm-100mm。

为了防止A正极片上于A正极耳12的根部直角位置产生破裂，可以在A正极耳12的留白区边缘涂布绝缘胶层，以使得各A正极耳12的根部位置处设有绝缘胶层，使得A正极耳12的根部和A涂覆区11之间通过绝缘胶层过渡。

本发明中极片的实施例2：本实施例中极片为上述电芯的制作方法中B正极片，如图2所示，该极片包括带状的B涂覆区21。B涂覆区21的两端分别设有Mark孔41，以该Mark孔41作为极片的起点、终点标记。涂覆区自起点端至终点端依次分为多个节段，各节段的长度满足公式：L_N=L₀+N*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K），式中N：节段的自涂覆区起点开始计数的序列号，起始值为1，L₀：卷针内周长，d₁：B正极片的厚度，d₂：B负极片的厚度，d₃：与B正极片配套的隔膜的厚度，K：修正系数。任意相邻节段中的一个的一边设有与所处节段等长的B正极耳22而形成极耳区，另一个的一边处形成与所处节段等长的空缺区，极耳区与空缺区位于涂覆区同一边。B涂覆区21的第一个节段对应第一个空缺区。

Mark孔41的位置——距离极耳顶部的高度距离：h₁，距离第一极耳的宽度距离：h₂。h₁和h₂的具体尺寸是可调的，具体的h₁为1-500mm，h₂为1mm-200mm。B正极片厚度：50μm-500μm，B正极片箔材厚度：5μm-50μm，B负极片厚度：50μm-500μm，B负极片箔材厚度：5μm-50μm，K值：-0.1~0.1，B正极耳22数量1-100个，卷针内周长：10mm-800mm；B正极耳22的长度：20mm-500mm，B正极耳22的高度：1mm-100mm。

为了防止B正极片上于B正极耳22的根部直角位置产生破裂，可以在B正极耳22的留白区边缘涂布绝缘胶层，以使得各B正极耳22的根部位置处设有绝缘胶层，使得B正极耳22的根部和B涂覆区21之间通过绝缘胶层过渡。

本发明中极片的实施例3：本实施例与极片的实施例1的区别在于，该极片是与A正极片适配而用于卷绕成同一电芯的A负极片，该极片的涂覆区各节段满足公式：L_N=L₀+（N-1）*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K）。

本发明中极片的实施例4：本实施例与极片的实施例2的区别在于，该极片是与B正极片适配而用于卷绕成同一电芯的B负极片，该极片的涂覆区各节段满足公式：L_N=L₀+（N-1）*π*（d₁+d₂+2*d₃）*（1+K）。

本发明中电芯的实施例1：本实施例中电芯的结构与上述电芯的制作方法的实施例中A电芯的结构相同，在此不再赘述。

本发明中电芯的实施例2：本实施例中电芯的结构与上述电芯的制作方法的实施例中B电芯的结构相同，在此不再赘述。