一种锂电池卷芯、锂电池及制作方法与流程

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池卷芯、锂电池及制作方法。

背景技术：

目前动力锂电池的卷芯主要有方形、圆柱两大类。方形卷芯的截面呈椭圆形，制造过程中需要克服极片、隔膜的变张力运动，导致极片、隔膜的运动纠偏困难，生产效率较低，且易造成卷芯因内部短路而报废。方形卷芯两侧圆弧处易掉粉，化学反应界面较差，会严重影响锂电池的能量发挥。圆柱卷芯的生产工艺更加成熟，生产效率高、卷芯一致性好。极片、隔膜的运动纠偏易控制，且内部化学反应更加稳定。但圆柱卷芯的径向导热性较差，电池内部的温度分布不均匀。

公开号为cn210744083u的实用新型专利公开了一种圆柱锂电池及其并联卷芯，通过将相邻圆柱卷芯的多个正极极耳和多个负极极耳并联连接作为卷芯，最终得到的卷芯结构接近于方形，但其主要解决的是并联卷芯一致性差和性能差异较大的问题，未能解决现有方形和圆形卷芯分别存在的技术短板。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种方形圆形一体式卷芯，以兼顾解决方形卷芯运动纠偏困难、容易短路以及圆形卷芯径向导热差，内部温度分布不均匀的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种锂电池卷芯，包括至少两个圆柱芯体和包绕至少两个圆柱芯体的长腰型围边；所述圆柱芯体包括一根正极片和分别贴附于正极片两侧的负极单元，两侧的负极单元一端部分重叠，另一端相互远离，两侧负极单元将正极片包绕在重叠部分上；相邻圆柱芯体具有一根共同的负极单元，卷芯一端的圆柱芯体的一个负极单元与正极片缠绕贴附在所处的圆柱芯体上，另一端圆柱芯体的一个负极单元与正极片一起包绕所有圆柱芯体形成所述围边，同一卷芯上的多个圆柱芯体沿直线排列，一个卷芯仅包括一根正极片。

本发明通过两个负极单元相互缠绕形成圆柱芯体，制造效率高，卷芯一致性好，继承了圆柱卷芯界面反应稳定的优点，通过配置若干小直径的援助卷芯，增大了散热面积，规避了内部温度场不均匀的缺陷，通过对多个圆柱芯体进行统一的缠绕形成长腰型的方形卷芯，两端圆弧处的过渡更加均匀，卷芯结构更加紧凑，有效提升锂电池卷芯的能量密度。

优选的，所述负极单元包括负极片和分别贴附于负极片两端的隔膜。

优选的，相邻圆柱芯体上负极单元的包绕方向相反，多个圆柱芯体的直径大致相同。

优选的，一个卷芯上包括奇数个圆柱芯体。

优选的，所述正极片和负极片均包括铝箔片和涂覆于铝箔片上的涂层，所述铝箔片宽度方向的一端未设置图层形成空箔区，所述隔膜的宽度大于负极涂覆区的宽度大于正极涂覆区的宽度；在卷芯中，正极片和负极片的空箔区分别朝向圆柱芯体轴向的两端，圆柱芯体外侧至少一周、相邻圆柱芯体之间的连接部分以及围边对应的正极片和负极片的空箔区的铝箔被移除形成无箔区。

本发明还提供了一种锂电池，包括所述的卷芯和沿轴向套设于卷芯外侧的铝壳，所述铝壳两端分别设置有与卷芯的正负极连接的盖板。

优选的，所述盖板包括基板，基板朝向卷芯的一侧设置有与圆柱芯体的端部连接的连接片，基板另一侧设置有穿过基板与连接片连接的极柱，所述极柱与基板之间设置有绝缘垫片，连接片与基板之间设置有绝缘层。

优选的，一端的基板上设置有防爆阀，另一端的基板上设置有注液孔。

优选的，所述连接片包括固定在基板上的汇流部，多个与圆柱芯体的端部固定配合的焊接部和将每个焊接部与汇流部分别连接的分支部，极柱与汇流部连接。

本发明还提供了卷芯的制作方法，包括以下步骤：

a：分别在正负极片的铝箔上制作涂层得到涂覆区和空箔区；

b：在正极片的两侧分别敷设负极单元，两侧负极单元的长度方向相反，且存在部分重叠，正极片与负极单元的空箔区方向相反；

c：两侧的负极单元将正极片置于内侧缠绕在重叠部分上，得到圆柱芯体；

d：如果圆柱芯体具有未制作的相邻圆柱芯体，则以其处于自由状态的负极单元的端部为下一个缠绕中心，返回步骤b，直到绕制的圆柱芯体满足卷芯数量要求；

e：卷芯其中一端的圆柱芯体的自由端负极单元与正极片同步贴在所处的圆柱芯体上；另一端的圆柱芯体的自由端的负极单元与正极片共同绕过所有圆柱芯体形成卷芯的围边；

f：去除圆柱芯体外围至少一周、圆柱芯体连接区间以及围边的空箔区的铝箔，得到无极耳区，卷芯两端形成正极耳和负极耳。

本发明还提供了制作锂电池的方法，包括

步骤1：将卷芯沿轴向穿过铝壳使两端的正极耳和负极耳外漏在铝壳两端；

步骤2：揉平卷芯两端的正极耳和负极耳；

步骤3：将盖板的焊接部分别贴合在圆柱芯体的正极耳和负极耳上，焊接固定；

步骤4：弯折分支部，使基板覆盖铝壳的端部；

步骤5：将基板与铝壳卡合，焊接固定得到锂电池。

本发明提供的锂电池卷芯、锂电池及制作方法的优点在于：通过两个负极单元相互缠绕形成圆柱芯体，制造效率高，卷芯一致性好，继承了圆柱卷芯界面反应稳定的优点，通过配置若干小直径的援助卷芯，增大了散热面积，规避了内部温度场不均匀的缺陷，通过对多个圆柱芯体进行统一的缠绕形成长腰型的方形卷芯，两端圆弧处的过渡更加均匀，卷芯结构更加紧凑，有效提升锂电池卷芯的能量密度。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的锂电池卷芯的示意图；

图2为本发明的实施例提供的锂电池卷芯的绕制前的正极片与负极单元的配合示意图；

图3为本发明的实施例提供的锂电池卷芯的圆柱芯体绕制方法示意图；

图4为本发明的实施例提供的锂电池卷芯的圆周芯体的示意图；

图5为本发明的实施例提供的锂电池卷芯的圆柱芯体制作下一个圆柱芯体的示意图；

图6为本发明的实施例提供的两个圆柱芯体的锂电池卷芯示意图；

图7为本发明的实施例提供的三个圆柱芯体的锂电池卷芯的制作方法示意图；

图8为本发明的实施例提供的锂电池卷芯的正极片和负极片的示意图；

图9为本发明的实施例提供的锂电池的示意图；

图10为本发明的实施例提供的锂电池盖板的示意图；

图11为本发明的实施例提供的锂电池盖板的内侧面示意图；

图12为本发明的实施例提供的锂电池的焊接部与卷芯配合示意图；

图13为本发明的实施例提供的锂电池的盖板安装示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供了一种锂电池卷芯，包括至少两个圆柱芯体1和包绕至少两个圆柱芯体1的长腰型围边2；结合图2，所述圆柱芯体1包括一根正极片3和分别贴附于正极片两侧的负极单元4，两侧的负极单元4一端部分重叠，另一端相互远离，结合图3和图4，两侧负极单元4将正极片3包绕在重叠部分上；相邻圆柱芯体1具有一根共同的负极单元4，卷芯一端的圆柱芯体1的一个负极单元4与正极片3缠绕贴附在所处的圆柱芯体1上，另一端圆柱芯体1的一个负极单元4与正极片3一起包绕所有圆柱芯体1形成所述围边2，同一卷芯上的多个圆柱芯体1沿直线排列，一个卷芯仅包括一根正极片3。

本实施例通过两个负极单元4相互缠绕形成圆柱芯体1，制造效率高，卷芯一致性好，继承了圆柱卷芯界面反应稳定的优点，通过配置若干小直径的援助卷芯，增大了散热面积，规避了内部温度场不均匀的缺陷，通过对多个圆柱芯体1进行统一的缠绕形成长腰型的方形卷芯，两端圆弧处的过渡更加均匀，卷芯结构更加紧凑，有效提升锂电池卷芯的能量密度。

参考图2，所述负极单元4包括负极片41和分别贴附于负极片41两端的隔膜42，由于负极片41上富含石墨，绕制运输过程中容易掉粉、刮伤，因此在其两侧贴附隔膜42进行保护。

需要说明的是，对于电池来说，在储存电能的机理确定的情况下，其正负极对电池性能一般没有影响，因此本实施例中正极片3和负极片41可以调换使用，在卷芯整体结构未做实质性改进的情况下，调换正负极极片依然落在本实施例的发明构思内。

参考图5，在一个圆柱芯体绕制完成后，如果其左端需要再制作一个圆柱芯体，则在正极片3上设置负极单元4，以同样的方法包绕负极单元4的重叠部分得到一个新的圆柱芯体1，两个圆柱芯体1紧密排列，其右端自然绕过两个圆柱芯体1即可得到图6所述的具有两个圆柱芯体的卷芯，将端部的正极片3和负极单元4一起切断固定即可。

参考图7，如果第一个圆柱芯体1的右侧还排列有另一个圆柱芯体1，则其右侧的负极单元4对应设置有一个部分重叠的贴附于正极片3上的负极单元4，通过同样的方法缠绕制作第三个圆柱芯体1，最终可以在两侧的圆柱芯体1的基础上再次向外延伸制作更多个圆柱芯体1，如果只需要三个圆柱芯体1，可以直接用右侧或左侧的圆柱芯体1的自由端绕过所有圆柱芯体1得到图1所示的卷芯。

结合图1和图6，绕制成型后，相邻的圆柱芯体1上的负极单元4的缠绕方向相反，同一卷芯上的多个圆柱芯体1的直径基本相同，由于材料一致，因此缠绕圈数相同，由于缠绕松紧度不完全一致，直径会有一定的偏差。

参考图6，在有偶数个圆柱芯体1的情况下，围边2的缠绕方向与另一圆柱芯体1的自由端缠绕方向相反，不方便拉紧，而图1中在有奇数个圆柱芯体1的时候，两端圆柱芯体1的自由端缠绕放相同，方便围边2拉紧，因此一个卷芯上优选设置有奇数个圆柱芯体1。

所述正极片3和负极片41的结构相同，参考图8，所述正极片3和负极片41均包括铝箔片(图未示)和涂覆于铝箔片上的涂层5，所述铝箔片两侧均涂覆有涂层5，所述铝箔片宽度方向的一端未设置涂层5形成空箔区51；所述隔膜42的宽度大于负极涂覆区的宽度大于正极涂覆区31的宽度；在绕制卷芯时，正极片3和负极片41的空箔区51分别朝向圆柱芯体1轴向的两端，由此形成圆柱芯体1的正负极，同一个卷芯上的所有圆柱芯体1的正负极方向相同，无箔区52对应卷芯的无极耳区，所述无箔区52可以在绕制前或绕制后加工。

参考图9，在上述锂电池卷芯的基础上，本实施例进一步提供了一种锂电池，包括卷芯和包裹卷芯的铝壳6，铝壳6两端分别设置有与卷芯的正负极连接的盖板7。所述盖板7分别为锂电池的正负极片，通过对卷芯封装得到方形-圆形一体式锂电池。

参考图10和图11，所述盖板7包括基板71，基板71朝向卷芯的一侧设置有与圆柱芯体1的端部连接的连接片72，所述基板71另一侧设置有穿过基板71与连接片72连接的极柱73，所述极柱73与基板71之间设置有绝缘垫片74，连接片72与基板71之间设置有绝缘层75，所述连接片72和极柱73均为金属材质，优选使用电导率优良的材料制作，两端的盖板7上一个设置有防爆阀76，另一个设置有注液孔77，对防爆阀76和注液孔77具体设置在哪一端不做限定。基板71与铝壳6的两端固定连接对卷芯进行封装，本实施例中通过焊接固定基板71和铝壳6，因此基板71也使用金属材料制作，通过绝缘垫片74将极柱73与基板71绝缘分隔。

参考图11和图12，所述连接片72包括固定在基板71上的汇流部723、多个与圆柱芯体1的端部固定配合的焊接部721和将每个焊接部721与汇流部723分别连接的分支部722，所述极柱73与汇流部723连接。

本实施例还提供了一种卷芯制作方法，包括以下步骤：

a：参考图8，分别在正负极片的铝箔上制作涂层得到涂覆区5和空箔区51；

b：参考图2，在正极片3的两侧分别敷设负极单元4，所述负极单元4可以是整体固定后贴附在正极片3上，也可以逐层的贴附于正极片3上，两侧负极单元4的方向相反，且存在部分重叠，正极片3与负极单元4的空箔区51方向相反；

c：参考图3，两侧的负极单元4将正极片置于内侧缠绕在重叠部分上，得到图4所示的圆柱芯体1；

d：参考图5，如果圆柱芯体1具有未制作的相邻圆柱芯体1，则以其处于自由状态的负极单元4的端部为下一个缠绕中心，返回步骤b，直到绕制的圆柱芯体1满足卷芯数量要求；

e：参考图6，卷芯其中一端的圆柱芯体1的自由端负极单元4与正极片3同步贴在所处的圆柱芯体1上，如图6左侧的圆柱芯体1；另一端的圆柱芯体1的自由端的负极单元4与正极片共同绕过所有圆柱芯体形成卷芯的围边；

f：去除圆柱芯体1外围至少一周、圆柱芯体1连接区间以及围边的空箔区51的铝箔，得到无极耳区，卷芯两端形成正极耳和负极耳。

进一步的，基于以上卷芯的制作方法，本实施例进一步提供了锂电池的制作方法，包括

步骤1：将卷芯沿轴向穿过铝壳6使两端的正极耳和负极耳外漏在铝壳6两端；

步骤2：揉平卷芯两端的正极耳和负极耳，即利用超声波将正负极耳收拢，压平；

步骤3：将盖板7的焊接部721分别贴合在正极耳和负极耳上，利用激光进行焊接固定；

步骤4：参考图13，弯折分支部722，使基板71覆盖铝壳6的端部；

步骤5：将基板71与铝壳6卡合，通过激光焊接固定得到图9所示的锂电池。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。