一种卷绕式锂离子电池复合电芯及卷绕式锂离子电池的制作方法

本实用新型涉及一种卷绕式锂离子电池复合电芯及卷绕式锂离子电池，属于锂离子电池
技术领域：
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背景技术：
：锂离子电池以其能量密度高、循环寿命好、环境友好等优点而广泛应用于数码电子及其电动汽车等领域。随着市场的发展，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。提高锂离子电池能量密度的方法主要有：采用高容量、高压实的正负极材料，采用高压电解液及其优化电池设计等方式。研究发现，提高锂离子电池的首次效率并因此提高正极材料的克容量是提高锂离子电池能量密度的有效方法，而向负极片进行补锂是提高锂离子电池首次效率的有效措施。发明专利（CN104993098A）公开了一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜，负极片包括负极集流体，负极集流体表面设置负极材料涂层，负极材料涂层表面涂覆有锂粉层，从而提高锂离子电池的首次效率，但是采用锂粉补锂一致性差、锂粉飞溅造成安全隐患，同时其锂粉具有较大的比表面积造成其活性较高，与电解液反应剧烈，造成其注液难度较大。采用锂带或锂片进行补锂相对容易操作。但是，现有技术中采用锂片进行补锂大多是针对叠片式锂电池，而卷绕式锂电池由于其卷绕式结构的原因，很难实现补锂的均匀性。技术实现要素：本实用新型提供一种能够实现均匀补锂的卷绕式锂离子电池复合电芯，并提供一种使用上述复合电芯的卷绕式锂离子电池。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种卷绕式锂离子电池复合电芯，包括极芯，所述极芯包括正极片、隔膜、负极片，所述极芯还包括锂箔，所述正极片、隔膜、负极片与锂箔按照“负极片-锂箔-隔膜-正极片-隔膜”的顺序依次叠放并卷绕在一起；所述极芯卷绕中心设置有沿极芯轴线方向延伸的锂片或者锂棒。所述锂片或者锂棒的长度小于极芯的轴向长度。所述锂箔的宽度小于正极片的宽度，正极片的宽度小于负极片的宽度，负极片的宽度小于隔膜的宽度。所述卷绕式锂离子电芯还包括分设在极芯两端的正极极耳和负极极耳。所述正极片包括正极集流体，所述正极极耳与正极集流体焊接连接。所述正极集流体包括具有网状结构的正极中心集流体以及环设在所述正极中心集流体周围并沿正极中心集流体的延伸方向向外延伸的正极环形集流体。所述负极片包括负极集流体，所述负极极耳与负极集流体焊接连接。所述负极集流体包括具有网状结构的负极中心集流体以及环设在所述负极中心集流体周围并沿负极中心集流体的延伸方向向外延伸的负极环形集流体。一种卷绕式锂离子电池，包括电池壳以及设置在电池壳中的电芯，所述电芯为如上述任意一种卷绕式锂离子电池复合电芯。本实用新型的卷绕式锂离子电池复合电芯通过在卷绕式电池的电芯内部添加锂片或者锂棒，一方面在电芯中心设置支撑物，有利于电芯成型，另一方面也能为充放电过程中电芯内部进行补锂。同时，结合负极片表面的锂箔，大大提高了补锂的均匀性，进而提高了锂离子电池的首次效率及锂离子电池内部锂离子浓度的均一性。在电芯中设置锂箔，可以为电芯内部的不同层间提供充足的锂离子，促进SEI膜的生成，提高电池的循环性能和倍率性能。进一步的，本申请的正极集流体和负极集流体采用中心具有网状结构的集流体，在不降低集流体力学强度的条件下，可以缩短层间锂离子的传输距离，提高其倍率性能。附图说明图1为本实用新型的卷绕式锂离子电池复合电芯的结构示意图；图2为本实用新型的卷绕式锂离子电池复合电芯的侧视结构示意图；图3为本实用新型的卷绕式锂离子电池复合电芯的正极集流体的结构示意图。具体实施方式为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更容易理解，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型进行详细说明。如图1-图3所示，本实用新型的卷绕式锂离子电池包括电池壳，电池壳根据电池的种类不同而设置不同的电池壳。卷绕式锂离子电池可以为方形卷绕式电池，也可以为圆柱形卷绕式电池。方形卷绕式电池可以为扁平的软包电池，也可以为方柱形电池。本实施例中，电池为软包电池，电池壳为铝塑膜包装。电池壳中封装有卷绕式锂离子电池复合电芯。该复合电芯为扁平的方柱形卷绕式电芯，其电芯的径向截面为长方形。卷绕式锂离子电池复合电芯包括极芯和设置在极芯两端的极耳。极芯包括外形为方筒形的卷绕体和设置在卷绕体的卷绕中心的卷芯。卷绕体的径向截面呈长方形，卷芯为矩形锂片1。正极片5、隔膜4、负极片2、锂箔3从内向外按照“负极片-锂箔-隔膜-正极片-隔膜”的顺序依次叠放并卷绕在一起形成卷绕体。锂片1设置在卷绕体的中心，而卷绕体最内层为负极片2，所以，锂片1与最内层的负极片2充分贴合，便于向负极片进行补锂。卷绕体的最外层为隔膜，避免与最外层隔膜内表面贴合的正极片5与电池壳体接触。正极片5、隔膜4、负极片2、锂箔3均为长条形状，且它们的长度大致相等。宽度方面，按照隔膜、负极片、正极片、锂箔的顺序依次递减。锂片1的宽度与卷绕体中心形成的卷绕中心空间的宽度大体一致。锂片1的长度略小于卷绕体的轴向长度。正极片5包括正极集流体以及设置在正极集流体两个表面的正极材料层。正极材料层可采用现有技术中的正极材料制成，如磷酸铁锂、导电剂、粘结剂。正极集流体为方形，由铝材料制成。正极集流体包括具有网状结构的正极中心集流体51，正极中心集流体的周围环设有正极环形集流体52。正极中心集流体和正极环形集流体处于同一个平面上，即二者的延伸方向一致。正极环形集流体与正极中心集流体一体设置。在加工时，可采用一块铝片在其设定的中心区域加工出均匀分布的网孔。负极片2包括负极集流体以及设置在负极集流体两个表面的负极材料层。负极材料层可采用现有技术中的负正极材料制成，如石墨、导电剂、粘结剂。负极集流体为方形，由铜材料制成。负极集流体包括具有网状结构的负极中心集流体，负极中心集流体的周围环设有负极环形集流体。负极中心集流体和负极环形集流体处于同一个平面上，即二者的延伸方向一致。负极环形集流体与负极中心集流体一体设置。在加工时，可采用一块铜片在其设定的中心区域加工出均匀分布的网孔。极芯的两端分别设置有正极极耳61和负极极耳62。正极极耳61与正极片5的正极集流体焊接连接。负极极耳62与负极片2的负极集流体焊接连接。正极极耳61为铝极耳，负极极耳62为镍极耳。本实用新型的卷绕式锂离子电池在制作时，将锂片放置到卷绕机的卷针上，将按照“负极片-锂箔-隔膜-正极片-隔膜”的顺序依次叠放的极片、隔膜及锂箔形成的层状体卷绕在卷针及锂片上，负极片处于最内侧，与锂片相接触。卷绕的圈数可以根据电池的设定容量来定，一般卷绕2-20周。卷绕完成后，将卷绕体连同其中心的锂片一同取下，即得到极芯，在极芯的外周面上缠绕黏贴高温胶带。在极芯一端的正极片上刮出正极极耳焊接区域，在极芯的另一端的负极片上刮出负极极耳焊接区域。通过超声波焊接机或者激光焊接机在正极极耳焊接区域焊接正极极耳，在负极极耳焊接区域焊接负极极耳，得到卷绕式锂离子电池复合电芯。将电芯干燥、入壳、注液、封装、化成、定容，即得到卷绕式锂离子电池。采用电芯中无锂片和锂箔的软包装锂离子电池作为对比例，其集流体采用实心集流体，其他的与上述实施例中的相同。测试上述实施例的锂离子电池与对比例中的锂离子电池的电化学性能，测试结果如下表所示。表1电池容量（Ah）首次效率内阻（mΩ）正极克容量（mAh/g）实施例6.295.3%5.2143.6对比例5.188.9%7.8135.7由表1可以看出，通过在电芯中添加锂片和锂箔，锂离子电池的首次效率、内阻得到明显改善，其原因可能是锂片和锂箔为充放电过程中提供充足的锂离子，也为形成SEI提供充足的锂离子，从而提高其首次效率，并降低其内阻，同时也促进了其正极材料的克容量发挥。本实用新型的其他实施例，锂离子电池为圆柱形卷绕式锂离子电池。电芯为圆柱形卷绕式电芯，电池壳体包括圆柱形壳体和圆形盖体。壳体及盖体均为不锈钢材料制成。此时，卷绕式锂离子复合电芯中的锂片替换为锂棒。正极极耳与盖体内壁焊接连接，负极极耳与电池壳体的底壁焊接连接。这样，电池的盖体和电池壳体分别形成了电池的正极和负极。本实用新型的其他实施例，正极集流体和负极集流体中的一个或者两个使用现有技术中的实心集流体。本实用新型的其他实施例，锂片不设置，仅保留锂箔。本实用新型的其他实施例，正极环形集流体的内缘与正极中心集流体的外缘焊接固定连接。本实用新型的其他实施例，锂片或者锂棒的长度等于极芯的轴向长度。本实用新型的其他实施例，锂箔的宽度、正极片的宽度、负极片的宽度及隔膜的宽度均相等。本实用新型的其他实施例，正极极耳和负极极耳均设置在极芯的同一端。本实用新型的其他实施例，正极极耳与正极集流体一体设置，制备时通过剪裁得到。同样的负极极耳与负极集流体也可以一体设置。本实用新型的卷绕式锂离子电池复合电芯的实施例与上述的卷绕式锂离子电池复合电芯结构完全相同。上述卷绕式锂离子电池复合电芯结构的替代形式也均适用于卷绕式锂离子电池复合电芯的实施例。当前第1页1 2 3