叠片电芯及其制作方法、锂电池与流程

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种叠片电芯及其制作方法、锂电池。

背景技术：

目前，方形电池主要有卷绕及叠片工艺。叠片电芯具有诸多优点而得到广泛的应用，例如：能量密度高，放电平台和体积比容量都高于卷绕工艺电池；不容易变形；内部结构统一，反应速率相对一致；内阻较低，相当于多个小极片并联，降低了内阻；高倍率放电容量较多，多极片并联更容易在短时间内完成大电流放电；极片可以没有弹性。

但是，叠片电芯在生产时也有一些缺点，例如：(1)分切繁琐，合格率低。每个电池有几个小片，每个小片有四个切面，切片工艺又是易产生不良的冲切，因此对单个电池而言，产生极片断面、毛刺的概率大大增加。(2)生产控制复杂。(3)常规叠片完成后，因内部有很多小片，易在转移至焊接过程中变形。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种叠片电芯及其制作方法、锂电池，能够降低叠片电芯的生产难度。

为实现上述目的，本发明的实施例第一方面提供了一种叠片电芯，包括：

负极片、正极片和隔膜，负极片和正极片均为带状结构，负极片和正极片交替弯折层叠设置，负极片和正极片之间均通过隔膜隔开。

进一步地，负极片的长度方向和正极片的长度方向成角度设置。

进一步地，负极片的长度方向和正极片的长度方向垂直设置。

进一步地，隔膜设有两片且为带状结构，两片隔膜均与负极片的长度方向一致，分别贴合在负极片沿厚度方向的两侧，且随负极片弯折。

进一步地，隔膜的宽度大于负极片的宽度。

进一步地，负极片的两侧均具有连续涂布区域，负极片的其中一侧设有第一空白区域，连续涂布区域用于涂布负电极材料，第一空白区域位于负极片的一端，用于设置负极耳。

进一步地，叠片电芯沿层叠方向位于最外侧的为负极片。

进一步地，负极片的内侧面具有第一连续涂布区域和第一空白区域，连续涂布区域用于涂布负电极材料，第一空白区域位于负极片的一端，用于设置沿负极耳。

进一步地，负极片的外侧面具有第二连续涂布区域和第二空白区域，第二连续涂布区域用于涂布负电极材料，负极片的两端均设有第二空白区域，第二空白区域的宽度与负极片单次弯折的宽度一致。

进一步地，正极片的内外侧面均具有间隔涂布区域和第三空白区域，间隔涂布区域用于涂布正电极材料，间隔的空白区域均位于正极片的弯折处，第三空白区域位于正极片的一端，用于设置正极耳。

进一步地，间隔涂布区域中单片涂布区域的宽度边缘不超过负极片的宽度边缘。

进一步地，正极片的弯折处作为焊接固定位置。

进一步地，负极片的其中一个侧面具有用于设置负极耳的第一空白区域，正极片的其中一个侧面具有用于设置正极耳的第三空白区域，

第一空白区域沿负极片的宽度方向设置，第三空白区域沿正极片的长度方向设置；或者

第一空白区域沿负极片的长度方向设置，第三空白区域沿正极片的宽度方向设置。

为实现上述目的，本发明的实施例第三方面提供了一种基于上述实施例叠片电芯的制备方法，包括：

将负极片和正极片交替弯折形成层叠结构，隔膜随长度方向一致的极片一起弯折，并使负极片和正极片之间均通过隔膜隔开。

进一步地，在将负极片和正极片交替弯折之前，还包括：

提供两片隔膜；

将两片隔膜分别贴合在负极片沿厚度方向的两侧，且长度方向一致。

进一步地，将负极片和正极片交替弯折形成层叠结构的步骤具体包括：

将负极片和正极片沿各自的长度方向垂直交叠设置，且交叉位置位于端部；

依次将位于下方的极片交替朝向另一个极片的上部弯折。

进一步地，在负极片和正极片交替弯折完毕后，还包括：

将负极耳沿负极片的宽度方向焊接在负极片的第一空白区域上；

将正极耳沿正极片的长度方向焊接在正极片的第三空白区域上。

进一步地，在负极片和正极片交替弯折完毕后，还包括：

将正极片的各个弯折处进行焊接固定。

进一步地，包括：

将两片隔膜分别贴合在负极片沿厚度方向的两侧，且长度方向一致；

将正极片垂直交叠设置于上层隔膜的上方，且交叉位置位于端部；

先将负极片连同隔膜一起向上弯折压住正极片，再将正极片向上弯折压住负极片上方的隔膜，正极片上间隔的空白区域位于弯折处；

负极片和正极片依次交替弯折。

基于上述技术方案，本发明一个实施例的叠片电芯，负极片和正极片均为带状结构，且采用交替弯折层叠设置的方式。此种生产叠片电芯的方式无需将电极片进行分切，直接采用带状结构弯折，可避免产生极片断面和毛刺，简化了生产工艺，生产过程容易控制，而且正负极片弯折后相互交替层叠压住，起到电极片固定的作用，在叠片完成后转移至固定工序的过程中不容易发生变形。因此，此种叠片电芯可降低生产难度，并提高电池产品的合格率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明叠片电芯的一个实施例的主视图；

图2为本发明叠片电芯的一个实施例的侧视图；

图3a和图3b分别为本发明叠片电芯中负极片的内外侧示意图；

图4a和图4b分别为本发明叠片电芯中正极片的内外侧示意图；

图5为本发明叠片电芯中隔膜的示意图。

附图标记说明

1、负极片；2、正极片；3、隔膜；1a、第一连续涂布区域；1b、第一空白区域；1c、第二连续涂布区域；1d、第二空白区域；2a、间隔涂布区域；2b、第三空白区域。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1至图5所示，本发明提供了一种叠片电芯，在一个示意性的实施例中，包括：负极片1、正极片2和隔膜3，负极片1和正极片2均为带状结构，负极片1和正极片2交替弯折层叠设置，负极片1和正极片2之间均通过隔膜3隔开。

此种叠片电芯与常规的切片式叠片电芯相比，无需将电极片进行分切，直接采用带状结构弯折，可避免产生极片断面和毛刺，简化了生产工艺，生产过程容易控制，而且正负极片弯折后相互交替层叠压住，使正负极片交错固定，在叠片完成后转移至固定工序的过程中不容易发生变形。因此，此种叠片电芯在保持常规切片式叠片电芯优点的同时，还可降低生产难度，并提高电池产品的合格率。

此种叠片电芯与正负极片和隔膜重叠设置整体卷绕的电芯相比，其一，极片不会出现内外折弯程度不一致的现象，在整个叠片电芯内部结构统一，在高度方向上极片一致性较好，平整度高，不容易发生变形，使极片之间的界面稳定性高、循环性能稳定，内部反应速度相对一致。其二，由于正负极片无需层叠在一起，而是单独进行弯折，在电池内部离子循环过程中，正负极片上涂布的电极材料在弯折区域不容易产生掉料的情况，使电池稳定性高、倍率性好、循环稳定性好、能量密度高。其三，电芯平整度高，整个空间能够完全利用，可提高电芯能量密度。

在一些实施例中，负极片1的长度方向和正极片2的长度方向成角度设置。这样，负极片1和正极片2在交替弯折后，能够在整个长度上都相互穿插交错，起到极片之间在长度和宽度方向上均相互约束，以起到限位固定的作用，在叠片完成后转移至固定工序的过程中不容易发生变形，也有利于后续的焊接工序，可进一步降低生产难度，并提高电池产品的合格率。

可替代地，负极片1和正极片2在弯折前长度方向一致，只在一端重叠设置，这样也可形成在部分长度段上交替层叠的电芯。

在一些实施例中，如图1和图2所示，负极片1的长度方向和正极片2的长度方向垂直设置。该实施例在负极片1和正极片2均为矩形带状结构时，在弯折过程中易于定位，方便确定弯折位置，可保证负极片1和正极片2弯折后涂布区域的对准性；而且，此种设置方式可形成长方体状的叠片电芯，减小叠片电芯的体积。

如图1和图5所示，隔膜3设有两片且为带状结构，两片隔膜3均与负极片1的长度方向一致，分别贴合在负极片1沿厚度方向的两侧，且随负极片1弯折。隔膜3可使正负极片之间不导电，不允许电子通过只允许电解液中的离子通过。例如，隔膜3可采用pp层、pe层或者这两种层的复合层，进一步地还可以在隔膜3上涂布陶瓷层。可替代地，隔膜3也可与正极片2贴合。

该实施例将隔膜3设计为带状结构，可随极片一起弯折层叠，以简化生产工艺，而且带状结构的隔膜3可将负极片1整体覆盖，防止正极片2与负极片1之间发生导通，提高电芯的绝缘性能。通过在负极片1的两端均设置隔膜3，在极片弯折的过程中，负极片1的内外侧面均能与正极片2通过隔膜3隔开。

在一些实施例中，隔膜3的宽度大于负极片1的宽度，以保证隔膜3能可靠地覆盖住负极片1和正极片2，以防发生导通，提高绝缘可靠性。

在一些实施例中，负极片1的两个侧面均具有连续涂布区域，负极片1的其中一个侧面设有第一空白区域1b，连续涂布区域用于涂布负电极材料，第一空白区域1b位于负极片1的一端，用于设置负极耳。负极耳可设在负极片1的任一侧面。

在一些实施例中，如图1和图2所示，叠片电芯沿层叠方向位于最外侧的为负极片1。由于正极片2的制作成本较高，此种叠片电芯可减小正极片2的成本，从而降低电芯成本。

如图3a所示，负极片1的内侧面具有第一连续涂布区域1a和第一空白区域1b，连续涂布区域1a用于涂布负电极材料，覆盖了负极片1的整个宽度方向；第一空白区域1b位于负极片1的一端，用于设置沿负极片1宽度方向延伸的负极耳，第一空白区域1b的宽度可与负极耳的宽度一致，负极耳的宽度根据电池的容量设计。例如，负极片1的基体可采用铜箔，涂布的负电极材料可采用常规电芯中的涂布材料。

连续涂布负电极材料的方式能够使正极片2在各处都有负极片1与之对应，且负极片1在弯折处不容易与正极片2发生导通，提高叠片电芯的绝缘可靠性。而且，在负极片1内侧固定负极耳的方式能够将负极耳压在内侧，防止发生脱落。

如图3b所示，负极片1的外侧面具有第二连续涂布区域1c和第二空白区域1d，第二连续涂布区域1c用于涂布负电极材料，覆盖了负极片1的整个宽度方向；负极片1的两端均设有第二空白区域1d，第二空白区域1d的宽度与负极片1单次弯折的宽度一致。

由于负极片1沿叠片高度方向的最外侧面不与正电极2配合，因此在负极片1的两端均设有第二空白区域1d可以减小负电极材料的涂布面积，以降低成本，还能减小电芯厚度和重量。

如图4a和4b所示，正极片2的内外侧面均具有间隔涂布区域2a和第三空白区域2b，间隔涂布区域2a用于涂布正电极材料，各块涂布正电极材料的区域可均匀间隔设置，间隔的空白区域均位于正极片2的弯折处，第三空白区域2b位于正极片2的一端，用于设置沿正极片2长度方向延伸的正极耳。第三空白区域2b的长度与正极片2单次弯折的宽度一致，第三空白区域2b的宽度与正极耳的宽度一致，正极耳的宽度根据电池容量设计。如图4a和4b两端的空白区域只是正电极材料均匀间隔涂布后剩下的区域，更优地使正电极材料将整个端部覆盖。例如，正极片2的基体可采用铝箔，涂布的正电极材料可采用常规电芯中的涂布材料。

该实施例中的正极片2采用间隔涂布，两边不留空白区域的涂布极片，可避免辊压时膜区与露箔区对全极耳的漏箔区进行应力释放，并防止产生析锂现象，提高电池使用寿命。而且，在正极片2的弯折处不涂布正电极材料，可避免弯折处极片拱起引起掉料最终导致循环性能降低的情况；另外，由于正极片2的弯折处不涂布正电极材料，相比常规电芯来说两侧的厚度变窄，便于电芯装入电池壳体中，还可将电芯中正负极之间具有缝隙的一侧正对电池的注液孔，便于电解液的注入润湿。

正极耳沿正极片2的长度方向延伸，负极耳沿负极片1的宽度方向延伸，这种设置方式的目的在于，由于正负极片在长度方向上垂直交叠设置，可保证正极耳和负极耳在形成叠片电芯后引出方向一致。除了上述实施例给出的极耳设置方式，也可使第一空白区域1b沿负极片1的长度方向设置，第三空白区域2b沿正极片2的宽度方向设置，最终也可使正极耳和负极耳在形成叠片电芯后引出方向一致。

预留的正极耳和负极耳的焊接处可设置在极片沿长度方向的头部、尾部、中间或其它位置。将预留的极耳焊接处设在中间位置的优点在于，在形成叠片电芯后，上下方均有极片压住极耳，可提高极耳固定的牢固性。

在一些实施例中，间隔涂布区域2a中单片涂布区域的宽度边缘不超过负极片1的宽度边缘，以使负极片1能够覆盖正极片2，以充分利用正极片2提高电池容量。如果间隙太大会也会造成电池能量利用率低。

在一些实施例中，正极片2的弯折处由于未涂布正电极材料，可作为焊接固定位置。正极片2固定后，由于正极片2与负极片1交替叠加设置，叠片电芯将整体固定。

其次，本发明还提供了一种锂电池，包括上述各实施例的叠片电芯，叠片电芯置于锂电池的壳体中。此种叠片电芯在成组时，正极片2与负极片1之间形成缝隙的侧面区域向上，以增加电芯电解液的流通通道，加快电解液的浸润速率。

采用此种叠片电芯支撑的锂电池稳定性高、倍率性好、循环稳定性好、能量密度高，下面将具体说明其优点：

(1)内阻：内阻较低。相当于多个小电池并联，降低了内阻，内阻在一定程度上影响电芯倍率性能和放电平台。

(2)倍率性能：高倍率放电容量较多。多极片更容易在短时间内完成大电流放电。

(3)放电平台：放电平台高，内阻较低极化较小，因而放电平台会高于卷绕电池，对于很多放电截止电压高的用电设备，选取叠片电芯最优。

(4)体积能量密度：侧边空间利用充分，各处厚度和弯折程度均匀，体积能量密度高。

(5)厚度变形：电芯内部结构统一，不容易发生变形，反应速度相对一致，也可适用于较大体积的电芯。在使用过程中，电芯经过数次放电后，极片厚度增加后，极片间的张力加大程度较小，不容易引起电芯变形而影响界面稳定性。

最后，本发明还提供了一种基于上述实施例叠片电芯的制作方法，在一个实施例中，包括：

步骤101、将负极片1和正极片2交替弯折形成层叠结构，隔膜3随长度方向一致的极片一起弯折，并使负极片1和正极片2之间均通过隔膜3隔开。

在一些实施例中，在步骤101之前，还包括：

步骤100、提供两片隔膜3；

步骤100’、将两片隔膜3分别贴合在负极片1沿厚度方向的两侧，且长度方向一致。

在一些实施例中，步骤101中将负极片1和正极片2交替弯折形成层叠结构的步骤具体包括：

步骤101a、将负极片1和正极片2沿各自的长度方向垂直交叠设置，且交叉位置位于端部，包括极片的头部或尾部；

步骤101b、依次将位于下方的极片交替朝向另一个极片的上部弯折。

进一步地，在负极片1和正极片2交替弯折完毕后，此种叠片电芯的制作方法还包括：

步骤103、将负极耳沿负极片1的宽度方向焊接在负极片1的第一空白区域1b上；

步骤104、将正极耳沿正极片2的长度方向焊接在正极片2的第三空白区域2b上。其中，步骤103和104的执行顺序不受限制。

进一步地，在负极片1和正极片2交替弯折完毕后，此种叠片电芯的制作方法还包括：

步骤105、将正极片2在各个弯折处焊接固定，起到固定卷芯的作用，形成一体结构。较优地，步骤105在步骤103和104之后执行，可使负极耳和正极耳的焊接更加方便。

在一个具体的实施例中，图1和图2所示叠片电芯的制作方法包括：

步骤201、将两片隔膜3分别贴合在负极片1沿厚度方向的两侧，且长度方向一致；进一步地，隔膜3与负极片1的长度也可一致；

步骤202、将正极片2垂直交叠设置于上层隔膜3的上方，且正极片2与负极片1的交叉位置位于一端；

步骤203、先将负极片1连同隔膜3一起向上弯折压住正极片2，再将正极片2向上弯折压住负极片1上方的隔膜3，正极片2上间隔的空白区域位于弯折处；

步骤204、负极片1和正极片2依次交替弯折，直至将整个长度弯折完毕。

如图1和图2所示，每一块正极片2的上下方均对应一块负极片1，且之间通过隔膜3隔开，每一块正极片2的上下表面均与相对的负极片1形成一个电池单元，这样各个电池单元并联设置可降低内阻。图1中负极片1弯折后形成连续的s形结构，左右两侧的弯折处均为负极片1的弯折处。图2中正极片2弯折后形成连续的s形结构，左右两侧的弯折处均为正极片2的弯折处。

以上对本发明所提供的一种叠片电芯及其制作方法、锂电池进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。