一种倒卷结构电芯以及包括其的锂离子电池的制作方法

1.本实用新型属于锂离子电池技术领域，涉及倒卷结构电芯，尤其涉及一种倒卷结构电芯以及包括其的锂离子电池。


背景技术：

2.锂离子电池以工作电压高、能量密度高、循环寿命长和存储时间长等优势，在消费电子、储能和动力汽车等领域的应用越来越广泛，其中动力汽车对锂离子电池的安全性能的要求最严格。其中，电芯制作方式可以分为叠片式和卷绕式两种。叠片式是将正负极极片、隔膜裁成规定尺寸的大小，随后将正极极片、隔膜、负极极片叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联起来组成一个大电芯；卷绕式是将分条后的极片固定在卷针上随着卷针转动将正极极片、负极极片以及隔膜卷成电芯的工艺方式。
3.锂离子电池卷绕结构分为正卷结构和倒卷结构，在卷芯宽度较小时，由于极耳在头部摆放不下，需要采用倒卷结构来解决该尺寸限制的问题，倒卷结构虽然可以解决正卷结构无法满足的要求，但是倒卷结构亦有其不足，由于极耳点焊位置在极片的尾端，导致极耳点焊的位置极其不易控制，容易造成极耳中心距和偏心距不良等问题。
4.cn210897524u公开了一种多极耳卷绕电芯，包括正极片、负极片以及设置在所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片设置有若干第一凸片，所述负极片设置有若干第二凸片，所述第一凸片与所述第二凸片分别设置在所述电芯相对的两侧，所述第一凸片焊接有正极耳，所述第二凸片焊接有与所述正极耳一一对应的负极耳；卷绕后若干所述正极耳相互叠合且所述正极耳外露部分的端部连接在一起，卷绕后若干所述负极耳相互叠合且所述负极耳外露部分的端部连接在一起。该实用新型在多个凸片上焊接极耳的设置实现了单个卷绕电芯即有并联的效果，达到了减少内阻、降低发热温度的效果，但是其存在极片制备困难和结构复杂等问题。
5.cn206574796u公开一种电池极耳中心距卡位夹具，包括夹具底板、一体式设置于该夹具底板的左侧限位块、右侧限位块，该右侧限位块上设有用于容置电池之正极耳的第一卡槽，以及设有用于容置电池之负极耳的第二卡槽，该第一卡槽和第二卡槽之间形成正极耳和负极耳的中心距卡位凸起。这样，电池电芯卷绕时，正极耳卡入第一卡槽，负极耳卡入第二卡槽中，卡位凸起的长度决定了正负极耳的中心距，使正负极耳定位更为精确。其通过增加卡位夹具对正极耳和负极耳进行位置限定，存在操作复杂的问题。
6.cn201081817y公开了一种卷绕式锂电池电芯的极片，所述极片包括集流体、集流体上涂敷的极性材料层以及集流体上设置的极耳，所述的极耳设置在集流体长向侧面上并向外凸出。所述的极耳是通过对集流体冲切制成的，极耳与集流体为一整体结构。集流体上长向侧面上可以延伸出一个或多个极耳。该实用新型所提供的极片，极耳设置在极片集流体的侧面，由加工集流体时一体冲切而成，充分提升了集流体上正、负极活性物质的利用空间，可减少正、负极耳铝条及镍条在卷芯里面的厚度，提高了电池的电芯容量，同时卷绕之后极片的正负极耳在卷芯外面，其定位准确可使电池电芯的极耳中心距一致。依然存在卷
绕后偏心距不良的问题。
7.现有卷绕电芯均存在极耳中心距和偏心距不良等问题，因此，如何在保证卷绕电芯具有结构简单的情况下，同时还能够保证极耳中心距和偏心距，减少卷绕电芯的不良率，成为目前迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种倒卷结构电芯以及包括其的锂离子电池，通过倒卷后将正极极耳和负极极耳分别设置于正极空箔区和负极空箔区，解决了倒卷结构极耳中心距和侧边距不好控制，不良率高的问题，具有生产效率高、良品率高和结构简单等特点。
9.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
10.第一方面，本实用新型提供了一种倒卷结构电芯，所述的倒卷结构电芯包括呈倒卷卷绕体结构的方形卷芯，所述方形卷芯包括层叠设置的第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片；
11.所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体的表面沿长度方向分为正极活性区和正极空箔区，所述正极活性区设置有正极活性物质层；所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体的表面沿长度方向分为负极活性区和负极空箔区，所述负极活性区设置有负极活性物质层；在所述方形卷芯的同一平整侧，所述正极空箔区和所述负极空箔区重合的区域为极耳焊接侧；在所述极耳焊接侧上，所述正极空箔区和负极空箔区分别设置有正极极耳和负极极耳。
12.本实用新型通过在极耳焊接侧上的正极空箔区和负极空箔区分别设置正极极耳和负极极耳，在保证电芯的卷绕松紧程度的情况下，解决了倒卷结构极耳中心距和侧边距不好控制以及不良率高的问题，进一步地减少制备锂离子电池过程中焊接困难的问题，具有生产效率高、良品率高和结构简单等特点。
13.需要说明的是，所述方形卷芯的截面呈跑道状，包括相对的两个平整侧和两个曲面侧。
14.需要说明的是，倒卷结构为依次层叠设置的第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片，其中正极活性区和负极活性区重合，先卷绕具有活性区的一侧，卷绕结束后流出具有空箔区一侧。
15.需要说明的是，本实用新型对正极片、负极片和隔膜的材质不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据操作需求合理选择正极片、负极片和隔膜的材质，例如，正极片中，正极集流体的材质为铝箔，正极活性物质包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂或磷酸铁锂；负极片中，负极集流体的材质为铜箔，负极活性物质包括石墨或硅碳。
16.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述负极空箔区包覆所述极耳焊接侧。
17.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述负极空箔区的末端位于所述极耳焊接侧的边缘。
18.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述正极空箔区包覆整个所述方形卷芯的外周。
19.需要说明的是，本实用新型中所述的正极空箔区包覆整个方形卷芯外周，即方形
卷芯的外周被正极空箔区整个包覆。
20.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述正极极耳和所述负极极耳分别位于所述极耳焊接侧的两侧边缘。
21.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述正极极耳和所述负极极耳沿所述方形卷芯的卷绕方向依次排布。
22.本实用新型通过卷芯收尾过程中，负极空箔区包覆整个极耳焊接侧，并沿卷绕方向，依次设置正极极耳和负极极耳，能够多一层负极集流体包覆方形卷芯，有效提高电芯的散热性能，并且更易通过针刺测试，进一步地加强了安全性和平衡性。
23.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述负极空箔区的长度为6～11mm，例如，长度为6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或11mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述正极集流体朝向所述方形卷芯中心的表面为正极内侧表面，所述正极内侧表面上正极空箔区的长度为13～29mm，例如，长度为13mm、15mm、17mm、19mm、21mm、23mm、25mm、27mm或29mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述正极集流体背向所述方形卷芯中心的表面为正极外侧表面，所述正极外侧表面上正极空箔区的长度为27～62mm，例如，长度为27mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm或62mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.第二方面，本实用新型提供了一种锂离子电池，所述的锂离子电池包括如第一方面所述的倒卷结构电芯。
27.示例性地，提供一种上述锂离子电池的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
28.(ⅰ)依次层叠设置第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片，正极活性区和负极活性区重合，正极空箔区与负极空箔区重合，通过卷针的旋转卷绕具有正极活性区和负极活性区的一端进行倒卷，倒卷结束后，留出正极空箔区和负极空箔区，待点焊正极极耳和负极极耳；
29.(ⅱ)根据方形卷芯的宽度确定正极极耳的位置和负极极耳的位置，分别将正极极耳和负极极耳焊接在极耳焊接侧流出的正极空箔区和负极空箔区上，使正极极耳和负极极耳分别位于极耳焊接侧的两侧边缘，最后将正极空箔区包覆整个方形卷芯外周，点焊并粘贴收尾胶固定。
30.本实用新型所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本实用新型不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
31.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
32.本实用新型通过在极耳焊接侧上的正极空箔区和负极空箔区分别设置正极极耳和负极极耳，在保证电芯的卷绕松紧程度的情况下，解决了倒卷结构极耳中心距和侧边距不好控制以及不良率高的问题，进一步地减少制备锂离子电池过程中焊接困难的问题，具有生产效率高、良品率高和结构简单等特点。
附图说明
33.图1为本实用新型一个具体实施方式中提供的倒卷结构电芯的极耳焊接侧的示意图。
34.其中，1
‑
第一隔膜；2
‑
负极片；3
‑
第二隔膜；4
‑
正极片；5
‑
正极极耳；6
‑
负极极耳。
具体实施方式
35.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
36.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
38.在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种倒卷结构电芯，所述的倒卷结构电芯包括呈倒卷卷绕体结构的方形卷芯，方形卷芯包括层叠设置的第一隔膜1、负极片2、第二隔膜3和正极片4；正极片4包括正极集流体，正极集流体的表面沿长度方向分为正极活性区和正极空箔区，正极活性区设置有正极活性物质层；负极片2包括负极集流体，负极集流体的表面沿长度方向分为负极活性区和负极空箔区，负极活性区设置有负极活性物质层；在方形卷芯的同一平整侧，正极空箔区和负极空箔区重合的区域为极耳焊接侧；如图1所示，在极耳焊接侧上，正极空箔区和负极空箔区分别设置有正极极耳5和负极极耳6。
39.本实用新型通过在极耳焊接侧上的正极空箔区和负极空箔区分别设置正极极耳5和负极极耳6，在保证电芯的卷绕松紧程度的情况下，解决了倒卷结构极耳中心距和侧边距不好控制以及不良率高的问题，进一步地减少制备锂离子电池过程中焊接困难的问题，具有生产效率高、良品率高和结构简单等特点。
40.进一步地，负极空箔区包覆极耳焊接侧，负极空箔区的末端位于极耳焊接侧的边缘。正极空箔区包覆整个方形卷芯的外周。
41.进一步地，正极极耳5和负极极耳6分别位于极耳焊接侧的两侧边缘。更进一步地，正极极耳5和负极极耳6沿方形卷芯的卷绕方向依次排布。本实用新型通过卷芯收尾过程中，负极空箔区包覆整个极耳焊接侧，并沿卷绕方向，依次设置正极极耳5和负极极耳6，能够多一层负极集流体包覆方形卷芯，有效提高电芯的散热性能，并且更易通过针刺测试，进一步地加强了安全性和平衡性。
42.进一步地，负极空箔区的长度为6～11mm，正极集流体朝向方形卷芯中心的表面为
正极内侧表面，正极内侧表面上正极空箔区的长度为13～29mm。正极集流体背向方形卷芯中心的表面为正极外侧表面，正极外侧表面上正极空箔区的长度为27～62mm。
43.本实用新型还提供了一种锂离子电池，所述的锂离子电池包括上述的倒卷结构电芯。
44.示例性地，提供一种上述锂离子电池的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
45.(ⅰ)依次层叠设置第一隔膜1、负极片2、第二隔膜3和正极片4，正极活性区和负极活性区重合，正极空箔区与负极空箔区重合，通过卷针的旋转卷绕具有正极活性区和负极活性区的一端进行倒卷，倒卷结束后，留出正极空箔区和负极空箔区，待点焊正极极耳5和负极极耳6；
46.(ⅱ)根据方形卷芯的宽度确定正极极耳5的位置和负极极耳6的位置，分别将正极极耳5和负极极耳6焊接在极耳焊接侧流出的正极空箔区和负极空箔区上，使正极极耳5和负极极耳6分别位于极耳焊接侧的两侧边缘，最后将正极空箔区包覆整个方形卷芯外周，点焊并粘贴收尾胶固定。
47.实施例1
48.本实施例提供了一种倒卷结构电芯，基于一个具体实施方式所述的倒卷结构电芯，其中，负极空箔区的长度为8mm，正极内侧表面上正极空箔区的长度为21mm，正极外侧表面上正极空箔区的长度为45mm。
49.实施例2
50.本实施例提供了一种倒卷结构电芯，基于一个具体实施方式所述的倒卷结构电芯，其中，负极空箔区的长度为6mm，正极内侧表面上正极空箔区的长度为13mm，正极外侧表面上正极空箔区的长度为27mm。
51.实施例3
52.本实施例提供了一种倒卷结构电芯，基于一个具体实施方式所述的倒卷结构电芯，负极空箔区的长度为11mm，正极内侧表面上正极空箔区的长度为29mm，正极外侧表面上正极空箔区的长度为62mm。
53.对比例1
54.本对比例提供了一种倒卷结构电芯，所述的倒卷结构电芯包括呈倒卷卷绕体结构的方形卷芯，方形卷芯包括层叠设置的第一隔膜1、负极片2、第二隔膜3和正极片4；所述正极空箔区和负极空箔区分别焊接有正极极耳5和负极极耳6。
55.本对比例还提供了一种上述倒卷结构电芯的制备方法，所述的制备方法具体包括：
56.依次层叠设置第一隔膜1、负极片2、第二隔膜3和正极片4，正极活性区和负极活性区重合，正极空箔区与负极空箔区重合，通过卷针的旋转卷绕具有正极活性区和负极活性区的一端进行倒卷，倒卷结束后进行点焊并粘贴收尾胶固定，制备得到所述的倒卷结构电芯。
57.分别制备1000个上述实施例1、实施例2、实施例3和对比例1中所述的倒卷结构电芯，检测其产品不良率，其中产品不良率数据结果见表1：
58.表1
[0059] 产品不良率/％实施例10实施例20.15实施例30.3对比例12
[0060]
通过表1中的数据，相对于普通倒卷电芯的产品不良率为2％，本实用新型中的产品不良率在0～0.3％，大幅降低了产品不良率。本实用新型通过在极耳焊接侧上的正极空箔区和负极空箔区分别设置正极极耳5和负极极耳6，在保证电芯的卷绕松紧程度的情况下，解决了倒卷结构极耳中心距和侧边距不好控制以及不良率高的问题，进一步地减少制备锂离子电池过程中焊接困难的问题，具有生产效率高、良品率高和结构简单等特点。
[0061]
申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。