一种高倍率全极耳型锂电池的制作方法

本实用新型涉及锂电池技术领域，更具体地说，涉及一种高倍率全极耳型锂电池。

背景技术：

随着社会的发展，世界各种对能源危机、环境污染问题尤为关注，对新能源的探索也是持续不断，致使新能源行业蓬勃发展，其中锂电池行业凭借其能量密度高、功率密度高、循环性能好的特点广受人们关注，在电动(混动)汽车、便携式电源、储能电站和电网、智能家居等领域都具有广泛的应用。近年来，随着电动汽车技术的日益完善，纯电动或者混合动力汽车在人们生活中扮演着越来越重要的角色，人们也对汽车动力电动化提出了更高的要求，这种日益增长的物质精神需求给企业带来了巨大的商机和挑战。

目前，单体锂电池主要有圆柱型、方形和软包，其电池制作过程中采取的方法主要有叠片式和卷绕式，叠片式一般是模切后再分裁进而叠片，生产效率较低、一致精度低、倍率与循环性能较低；卷绕式生产效率较高，但是一般非模切工艺的电芯都采取后工序焊接极耳的方式进行引流，不能很好的满足动力电池的高倍率性能，难以充分满足纯电或混动汽车市场高倍率需求。

其中，方形电池多为单极耳工艺和多极耳工艺，单极耳工艺为极片卷绕之前将极耳通过超声焊接的方式与极片连接，进而卷绕成电池通过焊接的极耳引流；多极耳工艺是将极片进行模切，模切完成后可以分两种：一是分裁后进行叠片，二是直接卷绕，两种最终都是以极片端部为极耳进行多极耳的超焊作为引流端子。由于单极耳的正负极均在同一侧，载流面积小，导致过电流能力差，倍率性能差，且由于单极耳工艺需要另外单独在极片上焊接极耳，工艺繁琐，生产效率较低。虽然多极耳倍率性能较单极耳高，但其正负极均在同一侧，载流面积小，过电流能力差，倍率性能也不够满足电动汽车的高倍率需求；且多极耳工艺需要模切工序，生产工序较多、设备投入大，工艺复杂效率较低。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高倍率全极耳型锂电池。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高倍率全极耳型锂电池，包括两端开口的中空电池壳体、设置在所述电池壳体内的电芯、以及分别设置在所述电池壳体两端将所述电池壳体的两端开口密封的上盖板组件和下盖板组件；

所述上盖板组件包括正极极柱，所述下盖板组件包括负极极柱；

所述电芯为按照隔膜、正极片、隔膜、负极片、隔膜的顺序卷绕而成的多层卷绕结构；

所述正极片的一端为覆有正极材料的正极片储电部分，另一端为空白的正极片空白部分；所述负极片的一端为覆有负极材料的负极片储电部分，另一端为空白的负极片空白部分；

所述正极片空白部分和负极片空白部分分别位于所述电芯的两端，所述正极片空白部分焊接在一起形成正极全极耳，所述负极片空白部分焊接在一起形成负极全极耳，所述正极全极耳和负极全极耳分别与所述正极极柱和所述负极极柱连接。

优选地，所述上盖板组件还包括设有注液孔的上盖板，所述上盖板组件通过所述上盖板将所述壳体的一端密封；所述上盖板设有供所述正极极柱穿设的通孔，所述正极极柱与所述上盖板之间通过树脂绝缘接合；

所述下盖板组件还包括设有防爆阀的下盖板，所述下盖板组件通过所述下盖板将所述壳体的一端密封；所述下盖板设有供所述负极极柱穿设的通孔，所述负极极柱与所述下盖板之间通过树脂绝缘接合。

优选地，所述电池壳体为铝质壳体，所述上盖板和所述下盖板均为铝板，所述上盖板和所述下盖板分别与所述电池壳体的两端焊接密封。

优选地，所述注液孔和所述防爆阀位于所述电池壳体的同一侧。

优选地，所述正极片包括正极片基材，所述正极材料覆盖在所述正极片基材的一端形成所述正极片储电部分，所述正极片基材的另一端形成所述正极片空白部分；

所述负极片包括负极片基材，所述负极材料覆盖在所述负极片基材的一端形成所述负极片储电部分，所述负极片基材的另一端形成所述负极片空白部分。

优选地，所述正极片基材为铝箔，所述正极全极耳与所述正极极柱焊接；所述负极片基材为铜箔，所述负极全极耳与所述负极极柱焊接。

优选地，所述正极极柱为铝质极柱；所述负极极柱为铜铝复合极柱，所述负极极柱的一端为铜端，另一端为铝端，所述铜端朝向所述壳体内部，所述铝端朝向所述壳体外部。

优选地，所述正极全极耳的宽度小于或等于所述正极极柱的宽度，所述负极全极耳的宽度小于或等于所述负极极柱的宽度。

优选地，所述正极全极耳的宽度比所述正极极柱的宽度小5-8mm，所述负极全极耳的宽度比所述负极极柱的宽度小5-8mm。

优选地，所述正极片的总宽度为105mm，所述正极片空白部分的宽度为15mm；所述隔膜总宽度为95mm；所述负极片总宽度为105mm，所述负极片空白部分的宽度为15mm。

本实用新型还提供了一种高倍率全极耳型锂电池的制备方法，用于制备上述的高倍率全极耳型锂电池，所述制备方法包括以下步骤：

S1、在正极片的正极片基材一端设置正极材料层形成正极片储电部分，另一端留空白形成正极片空白部分；

S2、在负极片的负极片基材一端设置负极材料层形成负极片储电部分，另一端留空白形成负极片空白部分；

S3、将所述正极片、所述负极片和隔膜按照隔膜、正极片、隔膜、负极片、隔膜的顺序进行卷绕形成电池电芯，并将所述电芯两端部的正极片空白部分和负极片空白部分分别焊接形成正极全极耳和负极全极耳；

S4、将下盖板组件的负极极柱与所述负极全极耳连接，将所述电芯放入电池壳体内，并用所述下盖板组件将所述壳体的一端密封；

将上盖板组件的正极极柱与所述正极全极耳连接，并用所述上盖板组件将所述电池壳体的另一端密封；

S5、对组装好的电池进行烘烤，待水分到达预设标准值时注入电解液，完成密封后再进行化成激活，形成全极耳型锂电池。

优选地，所述步骤S1包括：

S11、将正极材料层的原料混合均匀，制成正极活性浆料；

S12、将所述正极浆料按照预设面密度均匀涂覆到所述正极片基材的一端，形成所述正极片储电部分；所述正极片基材的另一端留空白，形成所述正极片空白部分；

S13、烘干后得到所述正极片；

所述步骤S2包括：

S21、将负极材料层的原料混合均匀，制成负极活性浆料；

S22、将所述负极浆料按照预设面密度均匀涂覆到所述负极片基材的一端，形成所述负极片储电部分；所述负极片基材的另一端留空白，形成所述负极片空白部分；

S23、烘干后得到所述负极片。

优选地，所述上盖板组件包括设有注液孔的上盖板，所述上盖板设有供所述正极极柱穿设的通孔；所述下盖板组件包括下盖板，所述下盖板设有供所述负极极柱穿设的通孔；

所述步骤S1之前还包括以下步骤：

S0、将所述正极极柱穿设在所述上盖板的通孔中，并使用树脂将所述正极极柱与所述上盖板绝缘接合在一起；

将所述负极极柱穿设在所述下盖板的通孔中，并使用树脂将所述负极极柱与所述下盖板绝缘接合在一起。

实施本实用新型的高倍率全极耳型锂电池，具有以下有益效果：本实用新型的高倍率全极耳型锂电池通过将正极全极耳、负极全极耳分设电芯两侧，载流面积可以充分放大，过电流能力强，倍率性能好。本实用新型高倍率全极耳型锂电池的制备时不需要另外单独在极片上焊接极耳，生产工序少，工艺简单，提高了生产效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型高倍率全极耳型锂电池的分解示意图；

图2是本实用新型高倍率全极耳型锂电池的剖视图；

图3是本实用新型高倍率全极耳型锂电池中的上盖板组件的结构示意图；

图4是本实用新型高倍率全极耳型锂电池的正极片的结构示意图；

图5是本实用新型高倍率全极耳型锂电池的负极片的结构示意图；

图6是本实用新型高倍率全极耳型锂电池的电芯卷绕时的局部示意图；

图7是本实用新型高倍率全极耳型锂电池的电芯的结构示意图；

图8是本实用新型高倍率全极耳型锂电池的电芯裁剪倒角后的结构示意图；

图9本实用新型高倍率全极耳型锂电池的制备方法的流程图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

本实用新型公开了一种高倍率全极耳型锂电池，包括两端开口的中空电池壳体10、设置在电池壳体10内的电芯20、以及分别设置在电池壳体10两端将电池壳体10的两端开口密封的上盖板组件30和下盖板组件40；上盖板组件30包括正极极柱31，下盖板组件40包括负极极柱41；电芯20为按照隔膜23、正极片21、隔膜23、负极片22、隔膜23的顺序卷绕而成的多层卷绕结构；正极片21的一端为覆有正极材料的正极片储电部分211，另一端为空白的正极片空白部分212；负极片22的一端为覆有负极材料的负极片储电部分221，另一端为空白的负极片空白部分222；电芯20卷绕完成后，正极片空白部分212和负极片空白部分222分别位于电芯20的两端，正极片空白部分212焊接在一起形成正极全极耳201，负极片空白部分222焊接在一起形成负极全极耳202，正极全极耳201和负极全极耳202分别与正极极柱31和负极极柱41连接。优选地，正极全极耳201与所述正极极柱31通过超声波焊接的方式连接，负极全极耳202与负极极柱41通过超声波焊接的方式连接。

电池壳体10的中空型壳体，用于容置电芯20。本实施例中，电池壳体10采用铝质型材制成的铝壳，铝的牌号为3003，具体可采用铝板拉伸、裁剪、清洗加工而成，铝板的厚度为0.5mm。电池壳体10的两端均开口，两端开口便于电芯20引出，通过上盖板组件30和下盖板组件40分别将电池壳体10两端的开口密封。

本实用新型的锂电池满足大电流通过能力，实现电池的倍率性能要求，盖板组件的结构尤为重要。如图1所示，所述盖板组件分为上盖板组件30和下盖板组件40两部分，将电池正负极分设两侧，扩大极柱导流面积，增强过电流能力，倍率性能好。上盖板组件30、下盖板组件40采用金属-树脂结合工艺形成，所述的树脂50为热塑性树脂。优选地，所述热塑性树脂为耐高温、耐老化、耐电解液腐蚀的聚苯硫醚材料。

如图1、图2或图3所示，上盖板组件30还包括设有注液孔33的上盖板32，上盖板组件30通过上盖板32将电池壳体10的一端密封，注液孔33用于向电池壳体10内注入电解液。本实施例中，上盖板32的厚度为2mm。上盖板32设有供正极极柱31穿设的通孔321，正极极柱31与上盖板32之间通过树脂50绝缘接合在一起。采用树脂50来接合上盖板32和正极极柱31，可以使电池更轻便，密封性好，且生产工艺简单。优选地，正极极柱31的宽度均80mm。本实施例中，上盖板32为铝板，该铝板与正极极柱31通过金属与树脂的接合技术将三者形成一个整体。

如图1或图2所示，下盖板组件40还包括设有防爆阀43的下盖板42，下盖板组件40通过下盖板42将电池壳体10的一端密封。本实施例中，下盖板42的厚度为2mm。下盖板42设有供负极极柱41穿设的通孔，负极极柱41与下盖板42之间通过树脂50绝缘接合在一起。采用树脂50来接合下盖板42和负极极柱41，可以使电池更轻便，密封性好，且生产工艺简单。优选地，负极极柱41的宽度为80mm。本实施例中，下盖板42为铝板，该铝板与负极极柱41同样也是通过金属与树脂的接合技术将三者形成一个整体。

优选地，电池壳体10为铝质壳体，上盖板32和下盖板42均为铝板，上盖板32和下盖板42分别与电池壳体10的两端焊接密封，即电池壳体10的两端分别与上盖板32和下盖板42焊接密封。注液孔33和防爆阀43位于电池壳体10的同一侧，保证了较大的极柱宽度尺寸，提高了高倍率下的过载流能力。

电芯20处在电池壳体10的空腔内，电芯20为多层卷绕结构。具体的，电芯20为按照隔膜23、正极片21、隔膜23、负极片22、隔膜23的顺序卷绕而成的多层卷绕结构，如图6所示。中间的隔膜23起到了离子传输的功能，电子通过外部线路流通，锂离子通过中间隔膜23进行流通，实现了电池的充放电功能。优选地，正极片21的总宽度为105mm，正极片空白部分212的宽度为15mm；隔膜23总宽度为95mm；负极片22总宽度为105mm，负极片空白部分222的宽度为15mm。

如图4所示，正极片21包括正极片基材，正极材料覆盖在正极片基材的一端形成正极片储电部分211，正极片基材的另一端形成正极片空白部分212。优选地，所述正极片空白部分212的宽度为15mm，所述正极片空白部分212通过超声焊接的方式焊接在一起形成所述正极全极耳201。

如图5所示，负极片22包括负极片基材，负极材料覆盖在负极片基材的一端形成负极片储电部分221，负极片基材的另一端形成负极片空白部分222。优选地，所述负极片空白部分222的宽度为15mm，所述负极片空白部分222通过超声焊接的方式焊接在一起形成所述负极全极耳202。具体的，卷绕电芯20时，正极储电部分与负极储电部分重合，正极空白部分和负极空白部分位于电芯20的不同端。

优选地，正极极柱31为铝质极柱；负极极柱41为铜铝复合极柱，负极极柱41的一端为铜端，另一端为铝端，铜端朝向电池壳体10内部，铝端朝向电池壳体10外部；正极片基材为铝箔，正极全极耳201与正极极柱31焊接；负极片基材为铜箔，电芯20的两个端部分别为无活性物质的光铝箔、光铜箔，多层光铝箔焊接在一起形成正极全极耳201(如图7所示)，多层光铜箔焊接在一起形成负极全极耳202(如图7所示)，焊接完成后对正极全极耳201和负极全极耳202的左右两个尖端进行裁剪倒角处理(如图8所示)，负极全极耳202与负极极柱41焊接。优选地，电芯20的正极全极耳201与上盖板组件30的正极极柱31通过超声焊接的方式连接在一起，电芯20的负极全极耳202与下盖板组件40的负极极柱41通过超声焊接的方式连接在一起，两部分的焊接焊印均尽量与极柱宽度一致，保证良好的过载流能力，提升电池的倍率性能。本实施例中，正极极柱31为铝材质极柱，铝牌号为1060，负极极柱41为铜铝复合极柱，铜铝通过摩擦焊接在一起，正极极柱31和负极极柱41宽度均为80mm，有效地满足了大电流的通过能力。

优选地，正极全极耳201的宽度小于或等于正极极柱31的宽度，负极全极耳202的宽度小于或等于负极极柱41的宽度。本实用新型的优选实施例中，正极全极耳201的宽度比正极极柱31的宽度小5-8mm，负极全极耳202的宽度比负极极柱41的宽度小5-8mm，电芯20如图7所示。

本实用新型还提供了一种高倍率全极耳型锂电池的制备方法，用于制备上述的高倍率全极耳型锂电池。如图9所示，该制备方法包括以下步骤：

S1、在正极片21的正极片基材一端设置正极材料层形成正极片储电部分211，另一端留空白形成正极片空白部分212。优选地，所述步骤S1包括：

S11、将正极材料层的原料混合均匀，制成正极活性浆料；

S12、将正极浆料按照预设面密度均匀涂覆到正极片基材的一端，形成正极片储电部分211；正极片基材的另一端留空白，形成正极片空白部分212；

S13、烘干后得到正极片21。

具体的，正极材料层的原料包括正极活性物质、导电剂、粘接剂和溶剂，所述步骤S1包括：将正极活性物质、导电剂、粘接剂、溶剂四者混合在一起进行搅拌，制得正极浆料；将所述正极浆料以预设面密度按照图4所示的方式均匀涂覆到正极片基材一端的两面，正极片基材的另一端留空白做正极全极耳201，烘干后制得正极片21。其中步骤S1中所提到的预设面密度为：单面面密度＝16.49±0.33mg.cm²，双面面密度＝32.98±0.66mg.cm²。

在本实用新型的优选实施例中，该正极材料层的原料中的正极活性材料为磷酸铁锂，导电剂为SP(碳黑导电剂)，粘结剂为PVDF(聚偏氟乙烯)，溶剂为NMP(N-甲基吡咯烷酮)，并按照预设的配比比例进行混合。

S2、在负极片22的负极片基材一端设置负极材料层形成负极片储电部分221，另一端留空白形成负极片空白部分222。优选地，所述步骤S2包括：

S21、将负极材料层的原料混合均匀，制成负极活性浆料；

S22、将负极浆料按照预设面密度均匀涂覆到负极片基材的一端，形成负极片储电部分221；负极片基材的另一端留空白，形成负极片空白部分222；

S23、烘干后得到负极片22。

具体的，负极材料的原料包括负极活性材料、导电剂、粘接剂和溶剂，所述步骤S2包括：将负极活性材料、导电剂、粘接剂、溶剂四者混合在一起进行搅拌，制得负极浆料；将所述负极浆料以预设面密度按照图5所示的方式均匀涂覆到负极片基材一端的两面，负极片基材的另一端留空白做负极全极耳202，烘干后制得负极片22。其中步骤S2中所提到的预设面密度为：单面面密度＝6.75±0.13mg.cm²，双面面密度＝13.50±0.26mg.cm²。

在本实用新型的优选实施例中，该负极材料层的原料中的负极活性材料为石墨，导电剂为SP(碳黑导电剂)，粘结剂为CMC(羧甲基纤维素)和SBR(丁苯橡胶)，溶剂为水，并按照预设的配比比例进行混合。

S3、将正极片21、负极片22和隔膜23按照隔膜23、正极片21、隔膜23、负极片22、隔膜23的顺序进行卷绕形成电池电芯20，并将电芯20两端部的正极片空白部分212和负极片空白部分222分别焊接形成正极全极耳201和负极全极耳202。

具体的，如图6所示，将正极片21、负极片22、隔膜23按照隔膜23、正极片21、隔膜23、负极片22、隔膜23的顺序利用卷绕设备进行卷绕，形成电池电芯20，分别将电芯20两端的端部多层正极片空白部分212和负极片空白部分222进行揉搓并超声焊接形成正极全极耳201和负极全极耳202，超声焊接完成后对正极全极耳201和负极全极耳202的左右两个尖端进行裁剪倒角处理(即切角处理)，如图8所示。对极耳的左右两边进行切角处理，确保全极耳的宽度小于极柱的宽度，便于后序与极柱的焊接，但为了保证一定的大电流承载性能，全极耳的被裁切部分不能过大，因此正、负极全极耳的宽度均比正、负极极柱的宽度小5-8mm较佳。

S4、将下盖板组件40的负极极柱41与负极全极耳202连接，将电芯20放入电池壳体10内，并用下盖板组件40将电池壳体10的一端密封；将上盖板组件30的正极极柱31与正极全极耳201连接，并用上盖板组件30将电池壳体10的另一端密封。

具体的，将下盖板组件40的负极极柱41与负极全极耳202使用超声波焊接方式连接在一起，保持一定的焊接强度，抗拉强度不小于500N，然后将电芯20放入电池壳体10里，通过激光焊接的方式将下盖板组件40的下盖板42与电池壳体10的一端焊接密封，例如将下盖板42与电池壳体10通过专用夹具进行固定，利用连续的激光将两者焊接在一起；再将上盖板组件30的正极极柱31与正极全极耳201通过超声焊接在一起，保持一定的焊接强度，抗拉强度不小于500N，再通过激光焊接的方式焊接将上盖板组件30的上盖板32与电池壳体10的另一端焊接密封，例如将上盖板32与电池壳体10通过专用夹具进行固定，利用连续的激光将两者焊接在一起。

S5、对组装好的电池进行烘烤，待水分到达预设标准值时注入电解液，完成密封后再进行化成激活，形成全极耳型锂电池。具体的，电池装配完毕，通过向注液孔33抽真空的方式进行负压气密性检测，气密性通过后方可对组装好的电池进行烘烤，待电池正极的水分和电池负极的水分到达标准值时从上盖板32的注液孔33向电池壳体10内注入电解液，完成密封后再进行化成激活，分容后即形成电池成品。其中，电池正极的水分标准值为≤300PPM，电池负极的水分标准值为≤200PPM，PPM为百万比单位。

优选地，上盖板组件30包括设有注液孔33的上盖板32，上盖板32设有供正极极柱31穿设的通孔321；下盖板组件40包括下盖板42，下盖板42设有供负极极柱41穿设的通孔；在所述步骤S1之前还包括以下步骤：

S0、将正极极柱31穿设在上盖板32的通孔321中，并使用树脂50将正极极柱31与上盖板32绝缘接合在一起；将负极极柱41穿设在下盖板42的通孔中，并使用树脂50将负极极柱41与下盖板42绝缘接合在一起。具体的，所述步骤S0包括：将铝壳采用先拉伸、后切口形成中空的通孔式电池壳体10；分别将上盖板组件30、下盖板组件40一体注塑成型，即：将树脂50、正极极柱31、上盖板32进行一体注塑，使三者形成一个整体，制成上盖板组件30；将树脂50、负极极柱41、下盖板42进行一体注塑，使三者形成一个整体，制成下盖板组件40。优选地，在树脂50注塑之前，对上、下盖板42和正、负极极柱41进行表面处理，便于树脂50注塑时充分与盖板和极柱相结合，保证良好的密封性能。表面处理包括阳极氧化和磷酸处理，表面处理完成后，将盖板与极柱在注塑机中定位，进行树脂注塑工艺将盖板与极柱相互绝缘接合在一起。

综上所述，本实用新型的高倍率全极耳型锂电池通过将正极全极耳201、负极全极耳202分设电芯20两侧，载流面积可以充分放大，过电流能力强，倍率性能好。本实用新型的高倍率全极耳型锂电池制备时不需要另外单独在极片上焊接极耳，生产工序少，工艺简单，提高了生产效率。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。