一种防错位电芯、锂离子电池及锂离子电池制备方法与流程

文档序号:31053945发布日期:2022-08-06 10:16阅读:291来源:国知局
一种防错位电芯、锂离子电池及锂离子电池制备方法与流程

1.本发明涉及电池的技术领域,尤其是一种防错位电芯、锂离子电池及锂离子电池制备方法。


背景技术:

2.锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。
3.现有锂离子电池的电芯制造方式为卷绕。对于卷绕电芯,是通过卷绕机的卷针旋转将正极片、负极片和隔离膜卷制成卷芯,然后再制备成品锂离子电池。然而在电芯的生产过程中,时常会由于设备的问题而导致极片在卷绕的时候正极片和负极片之间会发生错位;以及在锂离子电池的使用过程中,锂离子电池会发生碰撞,使得锂离子电池内的正极片和负极片会发生偏移,进而容易导致正极片和负极片之间发生错位,进而容易导致正极片和负极片发生边缘析锂、掉粉、电池鼓胀等现象,严重影响成品电池的电化学性能和安全性能。
4.上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。


技术实现要素:

5.为了解决现有技术的上述问题,本发明提供一种防错位电芯、锂离子电池及锂离子电池的制备方法,其可以防止负极片和正极片之间发生错位的情况。
6.为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案包括:
7.一种防错位电芯,其包括:正极片、隔膜和负极片,所述正极片和所述负极片分别贴合所述隔膜的相对两侧;所述正极片包括正极活性层,所述负极片包括负极活性层,所述负极活性层的宽度大于所述正极活性层的宽度。
8.当电芯内的正极片和负极片之间发生偏移时,利用负极片的负极活性层的宽度大于正极片的正极活性层的宽度,使得负极片的负极活性层始终覆盖着正极片的正极活性层,进而防止正极片和负极片之间发生错位,防止负极片的活性层无法全部覆盖正极片的活性层,进而防止电芯内因正极片与负极片之间覆盖不良而产生边缘析锂、掉粉、电池鼓胀等现象。
9.本发明的一个实施例中,所述正极活性层的相对两侧分别设置有第一绝缘层和第二绝缘层,所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均用于防止正极片和负极片之间发生短路。
10.当电芯内的正极片和负极片之间发生偏移时,正极片和负极片有可能偏移出隔膜的覆盖范围,使得正极片的侧边和负极片的侧边可以直接接触,利用第一绝缘层和第二绝缘层,进而防止正极片和负极片因为直接接触而导致短路的情况发生。
11.本发明的一个实施例中,所述正极片的宽度与所述负极片的宽度相同,所述隔膜
的宽度大于所述正极片的宽度,和/或所述隔膜的宽度大于所述负极片的宽度。
12.实施时,如果正极片的宽度小于负极片的宽度,则会降低电池的能量密度;如果正极片的宽度大于负极片的宽度,则会增加电池长度方向的尺寸;如果正极片的宽度等于负极片的宽度,即正极片的边缘和负极片的边缘平齐,从而可以使极片利用率最大化。实施时,隔膜宽度大于正极片的宽度或负极片的宽度,可以避免正极片的边缘和负极片的边缘受到撞击时掉粉。
13.在本发明的一个实施例中,所述第一绝缘层为勃姆石层或者氧化铝层,所述第二绝缘层为勃姆石层或者氧化铝层。
14.为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案还包括:
15.一种锂离子电池,其包括:如上所述的电芯。
16.为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案还包括:
17.一种锂离子电池的制备方法,其包括:
18.正极片制备平台,所述正极片制备平台用于制备正极片,并分别在正极活性层的相对两侧挤压涂覆第一绝缘层和第二绝缘层;
19.负极片制备平台,所述负极片制备平台用于制备负极片;
20.隔膜制备平台,所述隔膜制备平台用于制备隔膜;
21.电芯卷绕平台,电芯卷绕平台用于供正极片和负极片分别贴合在隔膜的相对两侧,再同时卷绕正极片、隔膜和负极片,所述电芯卷绕平台用于制备防错位电芯;
22.入壳平台,所述入壳平台用于将所述防错位电芯装入包装袋内;
23.注液平台,所述注液平台用于将电解液注入包装袋内;
24.封装平台,所述封装平台用于对包装袋进行封装。
25.当需要制备锂离子电池时,先通过正极片制备平台制备正极片,通过负极片制备平台制备负极片以及通过隔膜制备平台制备隔膜。其中正极片的第一绝缘层和第二绝缘层分别涂覆于正极活性层的相对两侧,使得正极片和负极片的宽度相同,进而再将正极片、隔膜和负极片放置在电芯卷绕平台内,利用电芯卷绕平台将正极片、隔膜和负极片同时进行卷绕,以形成防错位电芯;再利用入壳平台,将防错位电芯放入包装袋内,再利用注液平台向包装袋内进行注液,最后利用封装平台将完成注液后的包装袋进行封装,最后形成了锂离子电池。
26.本发明的一个实施例中,所述电芯卷绕平台包括电芯卷绕机,所述电芯卷绕机设置有供正极片放置的正极给定槽和供负极片放置的负极给定槽,所述正极给定槽和所述负极给定槽呈相对设置并且宽度相等,正极片的宽度和负极片的宽度相等。
27.当需要卷绕防错位电芯时,正极片放置在正极给定槽内,负极片放置在负极给定槽内,利用正极给定槽和负极给定槽之间呈相对设置,使得正极片和负极片之间同样呈相对设置,利用正极片的宽度和负极片的宽度相等,以及正极给定槽和负极给定槽的宽度相等,使得正极片在卷绕过程中可发生偏移的距离范围与负极片在卷绕过程中可发生偏移的距离范围相同,以防止在卷绕过程中,正极片和负极片之间发生过大的偏移距离;利用正极片的宽度等于负极片的宽度,进而提高正极片和负极片的利用率。
28.本发明的一个实施例中,所述第一绝缘层的宽度小于所述第二绝缘层的宽度,所述负极给定槽的宽度与所述负极片的宽度之差小于或等于所述第一绝缘层的宽度。
29.当正极片在正极给定槽内发生偏移和/或负极片在负极给定槽内发生偏移时,利用负极给定槽的宽度与负极片的宽度之差小于或等于第一绝缘层的宽度,其中,负极活性层的宽度与负极片的宽度相等,使得正极片和负极片在卷绕的过程中,负极片的负极活性层始终覆盖正极片的正极活性层。
30.本发明的一个实施例中,所述第二绝缘层的宽度小于所述第一绝缘层的宽度,所述负极给定槽的宽度与所述负极片的宽度之差小于或等于所述第二绝缘层的宽度。
31.当正极片在正极给定槽内发生偏移和/或负极片在负极给定槽内发生偏移时,利用负极给定槽的宽度与负极片的宽度之差小于或等于第一绝缘层的宽度,其中,负极活性层的宽度与负极片的宽度相等,使得正极片和负极片在卷绕的过程中,负极片的负极活性层始终覆盖正极片的正极活性层。
32.在本发明的一个实施例中,所述第一绝缘层等于所述第二绝缘层,所述负极给定槽的宽度与所述负极片的宽度之差小于或等于所述第一绝缘层的宽度;或者所述负极给定槽的宽度与所述负极片的宽度之差小于或等于所述第二绝缘层的宽度。
33.当正极片在正极给定槽内发生偏移和/或负极片在负极给定槽内发生偏移时,利用负极给定槽的宽度与负极片的宽度之差小于或等于第一绝缘层的宽度,其中,负极活性层的宽度与负极片的宽度相等,使得正极片和负极片在卷绕的过程中,负极片的负极活性层始终覆盖正极片的正极活性层。
34.与现有技术相比,本发明的有益效果是:
35.1、通过利用负极片的负极活性层的宽度大于正极片的正极活性层的宽度,使得负极片的负极活性层始终覆盖着正极片的正极活性层,进而防止正极片和负极片之间发生错位,防止负极片的活性层无法全部覆盖正极片的活性层,进而防止电芯内因正极片与负极片之间覆盖不良二产生边缘析锂、掉粉、电池鼓胀等现象;
36.2、通过利用第一绝缘层和第二绝缘层,进而防止正极片和负极片因为直接接触而导致短路的情况发生;
37.3、正极片放置在正极给定槽内,负极片放置在负极给定槽内,利用正极给定槽和负极给定槽之间呈相对设置,使得正极片和负极片之间同样呈相对设置,利用正极片的宽度和负极片的宽度相等,以及正极给定槽和负极给定槽的宽度相等,使得正极片在卷绕过程中可发生偏移的距离范围与负极片在卷绕过程中可发生偏移的距离范围相同,以防止在卷绕过程中,正极片和负极片之间发生过大的偏移。
附图说明
38.图1为本发明实施例一中正极片的部分结构示意图;
39.图2为本发明实施例一中负极片的部分结构示意图;
40.图3为本发明实施例一中电芯的部分结构剖视图;
41.图4为本发明实施例三中第一绝缘层抵紧于正极给定槽侧壁的部分结构示意图;
42.图5为本发明实施例三中第二绝缘层抵紧于正极给定槽侧壁的部分结构示意图;
43.图6为本发明实施例四中第二绝缘层抵紧于正极给定槽侧壁的部分结构示意图;
44.图7为本发明实施例四中第一绝缘层抵紧于正极给定槽侧壁的部分结构示意图;
45.图8为本发明实施例五中正极给定槽和负极给定槽的部分结构示意图。
46.【附图标记说明】
47.1、正极片;11、正极活性层;12、正极集流层;13、第一绝缘层;14、第二绝缘层;15、正极极耳;16、正极极耳胶;2、负极片;21、负极活性层;22、负极集流层;23、负极极耳;24、负极极耳胶;3、隔膜;4、电芯卷绕机;41、正极给定槽;42、负极给定槽。
具体实施方式
48.为了更好的解释本发明,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本发明作详细描述。
49.实施例一
50.本发明一个实施例提供的防错位电芯,请参阅图1、图2和图3所示,一种防错位电芯,其包括:正极片1、隔膜3和负极片2,正极片1和负极片2分别贴合隔膜3厚度方向的相对两侧。
51.请继续参阅图1和图3,其中,正极片1包括正极集流层12和正极活性层11。优选的,在本技术的一个实施例中,正极活性层11的数量为两层,两层正极活性层11分别涂覆于正极集流层12厚度方向的相对两侧。正极活性层11的宽度、第一绝缘层13的宽度、第二绝缘层14的宽度之和与正极集流层12的宽度相同。正极片1还包括正极极耳15和正极极耳胶16,正极极耳15的一端固定连接于正极集流层12长度方向的一端,正极极耳胶16固定连接于正极极耳15处。
52.请继续参阅图2和图3,其中,负极片2包括负极集流层22和负极活性层21。优选的,在本技术的一个实施例中,负极活性层21的数量为两层,两层负极活性层21分别涂覆于负极集流层22的相对两侧,负极集流层22的宽度与和负极活性层21的宽度相等。负极活性层21的宽度大于正极活性层11的宽度。负极片2还包括负极极耳23和负极极耳胶24,负极极耳23的一端固定连接于负极集流层22长度方向的一端,负极极耳胶24固定连接于负极极耳23处。
53.当需要卷绕防错位电芯时,工作人员将正极片1、隔膜3和负极片2依次放置,利用卷绕机对正极片1、隔膜3和负极片2进行卷绕,即使正极片1和负极片2在卷绕的过程中容易发生偏移,利用负极活性层21的宽度大于正极活性层11的宽度,使得正极片1的正极活性层11依旧在负极活性层21的覆盖范围内,进而防止正极片1和负极片2之间发生错位(即负极片2的活性层无法全部覆盖正极片1的活性层),进而防止电芯内因正极片1与负极片2之间因覆盖不良而产生边缘析锂、掉粉、电池鼓胀等现象。
54.请参阅图1、图2和图3,具体的,正极活性层11的相对两侧分别设置有第一绝缘层13和第二绝缘层14,第一绝缘层13和第二绝缘层14均用于防止正极片1和负极片2之间发生短路。第一绝缘层13的厚度与第二绝缘层14的厚度相同,第一绝缘层13的最小厚度为0.01mm,第一绝缘层13的最大厚度为0.1mm。
55.优选的,在本技术的一个实施例中,第一绝缘层13的厚度可以为0.03mm。
56.优选的,在本技术的一个实施例中,第一绝缘层13可以为勃姆石层,也可以为氧化铝层。
57.优选的,在本技术的一个实施例中,第二绝缘层14可以为勃姆石层,也可以为氧化铝层。
58.当卷绕机卷绕防错位电芯时,正极片1和负极片2之间容易发生偏移,进而容易导致正极片1和负极片2均脱离了隔膜3的覆盖范围,使得正极片1宽度方向的侧边和负极片2宽度方向的侧边之间容易直接接触,利用第一绝缘层13和第二绝缘层14,进而防止正极片1和负极片2之间因直接接触而导致出现短路的情况发生。
59.当使用锂离子电池时,锂离子电池出现碰撞或者掉落的情况发生,锂离子电池内的正极片1和负极片2之前容易发生偏移,利用第一绝缘层13和第二绝缘层14,进而防止正极片1和负极片2之间发生直接接触,进而防止正极片1和负极片2之间发生短路。
60.请参阅图1、图2和图3,具体的,正极片1的宽度等于正极活性层11的宽度、第一绝缘层13的宽度和第二绝缘层14的宽度之和。负极片2的宽度等于负极活性层21的宽度,同时负极片2的宽度还等于正极片1的宽度,进而提高对正极片和负极片的利用率。同时,隔膜3的宽度大于正极片1的宽度,和/或隔膜3的宽度大于负极片2的宽度,利用隔膜的宽度尺寸设计,进而提高对正极片和负极片的保护作用,进而可以避免正极片的边缘和负极片的边缘受到撞击时掉粉。
61.实施例二
62.本发明一个实施例提供的锂离子电池,一种锂离子电池,其包括如上所述的防错位电芯。
63.实施例三
64.参照图1、图2和图3,本发明一个实施例提供的锂离子电池的制备方法,其包括:正极片制备平台、负极片制备平台、隔膜制备平台、电芯卷绕平台、入壳平台、注液平台和封装平台。
65.其中,正极片制备平台用于制备正极片1。工作人员先利用正极片制备平台制备正极集流层12、正极活性浆料以及绝缘体浆料。正极片制备平台包括第一挤压涂布机,利用第一挤压涂布机的模头将正极活性浆料挤出在正极集流层12的侧壁,进而形成正极活性层11,同时利用第一挤压涂布机的模头将绝缘体浆料分别挤压在正极活性层11宽度方向的相对两侧,进而分别形成第一绝缘层13和第二绝缘层14。工作人员再将正极极耳15固定在正极集流层12的一端,再将正极极耳15胶固定在正极极耳15处,进而完成对正极片1的制备。
66.其中,负极片制备平台用于制备负极片2。工作人员利用负极片制备平台制备负极集流层22和负极活性浆料。负极片制备平台包括第二挤压涂布机,利用第二挤压涂布机的模头将负极活性浆料挤压在负极集流层22的侧壁,进而形成负极活性层21。工作人员再将负极极耳23固定在负极集流层22的一端,再将负极极耳23胶固定在负极极耳23处,进而完成对负极片2的制备。
67.其中,隔膜制备平台,隔膜制备平台用于制备隔膜3。
68.其中,电芯卷绕平台用于供正极片1和负极片2分别贴合在隔膜3的相对两侧,再同时卷绕正极片1、隔膜3和负极片2,电芯卷绕平台用于制备防错位电芯。
69.其中,入壳平台用于将防错位电芯装入包装袋内。
70.其中,注液平台用于将电解液注入包装袋内。
71.其中,封装平台用于对包装袋进行封装。
72.当需要制备锂离子电池时,先通过正极片制备平台制备正极片1,通过负极片2制备平台制备负极片2以及通过隔膜制备平台制备隔膜3。其中正极片1的第一绝缘层13和第
二绝缘层14分别涂覆于正极活性层11的相对两侧,使得正极片1和负极片2的宽度相同,进而再将正极片1、隔膜3和负极片2放置在电芯卷绕平台内,利用电芯卷绕平台将正极片1、隔膜3和负极片2同时进行卷绕,以形成防错位电芯;再利用入壳平台,将防错位电芯放入包装袋内,再利用注液平台向包装袋内进行注液,最后利用封装平台将完成注液后的包装袋进行封装,最后形成了锂离子电池。
73.在防错位电芯卷绕的过程中,即使正极片1沿其宽度方向发生了偏移,由于负极活性层21的宽度大于正极活性层11的宽度,进而正极活性层11始终位于负极活性层21的覆盖范围内,以防止正极片1和负极片2之间发生错位,利用正极片1中的第一绝缘层13和第二绝缘层14,防止后期正极片1与负极片2卷绕后,正极活性层11与负极活性层21之间直接接触,进而防止正极片1与负极片2之间发生短路。
74.参照图4所示,具体的,电芯卷绕平台包括电芯卷绕机4,电芯卷绕机4设置有供正极片1放置的正极给定槽41和供负极片2放置的负极给定槽42,正极给定槽41和负极给定槽42呈相对设置并且宽度相等,正极片1的宽度和负极片2的宽度相等。
75.当需要卷绕防错位电芯时,正极片1放置在正极给定槽41内,负极片2放置在负极给定槽42内,利用正极给定槽41和负极给定槽42之间呈相对设置,使得正极片1和负极片2之间同样呈相对设置,利用正极片1的宽度和负极片2的宽度相等,以及正极给定槽41和负极给定槽42的宽度相等,使得正极片1在卷绕过程中可发生偏移的距离范围与负极片2在卷绕过程中可发生偏移的距离范围相同,以防止在卷绕过程中,正极片1和负极片2之间发生过大的偏移距离。
76.参照图4所示,第一绝缘层13的宽度小于第二绝缘层14的宽度,负极给定槽42的宽度与负极片2的宽度之差小于或等于第一绝缘层13的宽度。
77.请继续参照图4所示,电芯卷绕机4卷绕防错位电芯的过程中,负极片2向负极给定槽42宽度方向的一侧偏移,并且正极片1沿正极给定槽41宽度方向远离负极片2的一侧偏移,同时正极片1带动第一绝缘层13抵紧于正极给定槽41的侧壁,此时是正极片1与负极片2之间的最大偏移距离,利用负极给定槽42的宽度与负极片2的宽度之差小于或等于第一绝缘层13的宽度,并且第一绝缘层13的宽度小于第二绝缘层14的宽度,使得负极活性层21依旧完全覆盖正极活性层11,进而防止在后期卷绕出电芯后,正极片1和负极片2之间出现错位的情况发生。
78.参照图5所示,当第二绝缘层14抵紧于正极给定槽41的侧壁,负极片2抵紧于负极给定槽42远离正极片1的一侧,利用负极给定槽42的宽度与负极片2的宽度之差小于或等于第一绝缘层13的宽度,使得负极活性层21始终完全覆盖正极活性层11,进而防止后期卷绕出电芯后,正极片1和负极片2之间出现错位的情况发生。
79.实施例四
80.实施例四与实施三的不同之处在于,参照图6所示,第二绝缘层14的宽度小于第一绝缘层13的宽度,负极给定槽42的宽度与负极片2的宽度之差小于或等于第二绝缘层14的宽度。
81.请继续参照图6所示,电芯卷绕机4卷绕防错位电芯的过程中,负极片2向负极给定槽42宽度方向的一侧偏移,正极片1沿正极给定槽41宽度方向远离负极片2的一侧偏移,同时正极片1带动第二绝缘层14抵紧于正极给定槽41的侧壁,此时是正极片1与负极片2之间
的最大偏移距离,利用负极给定槽42的宽度与负极片2的宽度之差小于或等于第二绝缘层14的宽度,并且第二绝缘层14的宽度小于第一绝缘层13的宽度,使得负极活性层21依旧完全覆盖正极活性层11,进而防止在后期卷绕出电芯后,正极片1和负极片2之间出现错位的情况发生。
82.请继续参照图7所示,当第一绝缘层13抵紧于正极给定槽41的侧壁,负极片2抵紧于负极给定槽42远离正极片1的一侧,利用负极给定槽42的宽度与负极片2的宽度之差小于或等于第一绝缘层13的宽度,使得负极活性层21始终完全覆盖正极活性层11,进而防止后期卷绕出电芯后,正极片1和负极片2之间出现错位的情况发生。
83.实施例五
84.实施例五与实施三的不同之处在于,参照图8所示,第一绝缘层13等于第二绝缘层14,负极给定槽42的宽度与负极片2的宽度之差小于或等于第一绝缘层13的宽度,负极给定槽42的宽度与负极片2的宽度之差小于或等于第二绝缘层14的宽度。
85.请继续参照图8所示,当第一绝缘层13或第二绝缘层14抵紧于正极给定槽41的侧壁,负极片2抵紧于负极给定槽42远离正极片1的一侧,利用负极给定槽42的宽度与负极片2的宽度之差小于或等于第一绝缘层13的宽度,以及第一绝缘层13的宽度等于第二绝缘层14的宽度,使得负极活性层21始终完全覆盖正极活性层11,进而防止后期卷绕出电芯后,正极片1和负极片2之间出现错位的情况发生。
86.上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
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