一种锂离子电芯及其制作方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地说，涉及一种锂离子电芯及其制作方法。


背景技术：

2.随着电子数码产品的进一步发展以及新能源汽车的逐渐普及，锂离子电池以其绿色环保、能量密度高、循环性能好、无记忆效应等优点应用越来越广泛，对于锂离子电池制造成本和质量的管控也日益受到人们的关注。
3.传统的硬壳锂离子电池的制作流程主要包括、制片、组装、注液和化成等，组装工序又可分为极耳预焊、极耳主焊、包膜、贴胶、周边焊等工序，电芯的结构件主要包括外壳、正极盖板、负极盖板、止动架、绝缘膜等，制作流程繁琐、结构件种类较多导致制程管控难度大且制造成本较高，鉴于此有必要对电芯的结构和制作流程进行简化。
4.现有技术中，比如公告号为cn206497940u的中国专利，公开了一种方形动力电池电芯绝缘保护结构，包括外壳、设置在外壳内的电芯、用于盖封外壳的顶盖，所述电芯顶面、两大侧面以及底面通过绝缘保护片与外壳绝缘，所述电芯两小侧面通过绝缘胶带与外壳绝缘。该专利的两个极柱与转接片、转接片与顶盖电极为焊接连接，焊接工序较为繁杂。
5.又比如公开号为cn111403822a的中国专利，公开了一种锂电池及其制作方法，其中，锂电池包括外壳、电芯和封板组件，外壳包括基板和围壁，围壁与基板之间形成容纳电芯的容纳腔，围壁远离基板的一端形成与容纳腔连通的开口，封板组件封堵开口，封板组件包括本体，本体上间隔设置第一连接件和第二连接件，第一连接件与第二连接件之间并位于本体靠近容纳腔的一侧形成有膨胀空间，第一连接件和第二连接件两者中的一个与本体绝缘连接，第一连接件具有延伸至电芯与围壁之间的第一连接部，电芯的一极耳与第一连接部连接，第二连接件具有延伸至电芯与围壁之间的第二连接部，电芯的另一极耳与第二连接部连接。该专利的外壳是包括基板和围壁的容纳腔结构，在面对叠芯结构的电芯时，由于电芯结构蓬松，存在电芯入壳困难的问题。


技术实现要素：

6.1.发明所要解决的技术问题
7.针对现有技术中叠芯结构的电芯难以进入电芯外壳的问题，本发明提出一种锂离子电芯，能够简化电芯的制作流程，解决了电芯入壳的难题。
8.本发明还提出一种锂离子电芯的制作方法，解决了传统锂离子电芯入壳的难题，降低了电芯制造成本。
9.2.技术方案
10.为了实现上述目的，本发明提供一种锂离子电芯，包括叠芯和外壳，叠芯的两端分别设置有负极极耳和正极极耳，所述正极极耳与外壳连接，外壳设置有多道凹槽；在叠芯制作完成前，所述外壳为平面结构；当叠芯制作完成后，外壳沿凹槽折弯形成具有一端开口的壳体，叠芯包覆在外壳的壳体中；外壳靠近负极极耳的一端连接有负极盖板，负极极耳与负
极盖板连接。
11.进一步的，所述外壳上设置有注液孔，注液孔位于靠近所述正极极耳的位置。
12.进一步的，所述外壳上安装有防爆阀。
13.进一步的，所述叠芯包括隔膜、负极片和正极片，三者采用“z”型叠片方式依次堆叠设置，叠芯的最上层和最下层均为隔膜。
14.进一步的，所述叠芯的外表面包裹有绝缘膜。
15.进一步的，所述绝缘膜的长度大于叠芯的长度，绝缘膜的宽度大于叠芯的周长。
16.进一步的，所述绝缘膜的自由端通过固定带固定。
17.进一步的，所述负极盖板朝向负极极耳的一侧设置有止动架。
18.本发明还提供一种锂离子电芯的制作方法，用于制作上述的锂离子电芯，包括如下步骤：
19.在预制平面结构的外壳上安装防爆阀，预留注液孔；
20.在叠片台上固定并夹紧外壳，在外壳上铺垫绝缘膜并压紧；
21.制作叠芯，将叠芯的正极极耳与外壳焊接；
22.将外壳沿凹槽处折弯使之形成腔体结构，焊接拼接缝隙；
23.将负极极耳与负极盖板焊接，然后将负极盖板与外壳焊接，使外壳密封；
24.将组装完成的电芯经烘烤、注液、化成和包膜工序，制作完成下线。
25.进一步的，所述制作叠芯的步骤包括：经过合浆、涂布、辊压分切和模切完成正负极片制作；
26.采用“z”型叠片方式，将隔膜、负极和正极依次堆叠至预设的层数，最上层与最下层为隔膜；
27.用绝缘膜将叠芯包裹，并用固定带进行固定。
28.进一步的，所述焊接拼接缝隙步骤中，先用工装将叠芯压紧确保焊缝处衔接良好，再经过预点焊，最后进行全焊接。
29.3.有益效果
30.采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
31.(1)本发明的一种锂离子电芯，外壳为平面结构，便于加工存储，不易变形。正极极耳与外壳连接，无需正极盖板，减少焊接工序，降低制造成本。外壳可以沿凹槽折弯，将叠芯的外侧面和正极极耳所在的端面包覆在外壳折弯形成的腔体中，外壳是在叠芯制作完成之后进行折弯成型的，更好地适应叠芯的规格，解决了传统叠芯结构的锂离子电芯入壳困难的问题。正极极耳直接与外壳连接，使得外壳带正电势，防止外壳电化学腐蚀。而正极极耳直接与外壳连接，负极极耳与负极盖板单独连接，省略了传统电芯正极盖板以及正极盖板内的其他部件，同等电芯体积下极片长度可增加5-7mm，大大提高了电芯容量。
32.(2)本发明的一种锂离子电芯，注液孔方便向电芯内部注入电解液，防爆阀能够在电芯升温导致电池内部气体膨胀、压力增大到一定程度时防爆膜脱焊、破碎，放气泄压，从而防止电池爆炸，增加电池的安全性能。
33.(3)本发明的一种锂离子电芯，叠芯采用“z”型叠片方式依次将隔膜、负极片和正极片堆叠设置，叠片结构有着更均匀一致的电流密度、优良的内部散热性能和更适合大功率放电的优点。叠芯的最上层和最下层均为隔膜，避免极片与外壳接触，能够起到绝缘的作
用。叠芯的外表面包裹有绝缘膜，进一步增加叠芯的绝缘性。绝缘膜的长度大于叠芯的长度，绝缘膜的宽度大于叠芯的周长，能够保证绝缘膜完全包裹住叠芯，固定带将绝缘膜的自由端固定住，增加了绝缘膜包裹的严密性。止动架主要起到负极极耳与负极盖板绝缘的作用。
34.(4)本发明的一种锂离子电芯的制作方法，外壳预先固定在叠片台上，在叠片台上可以实现外壳与叠芯的正极极耳的原位焊接，简化了制作流程。然后将外壳沿凹槽处折弯，此时叠芯已经位于外壳上，外壳折弯形成的腔体结构能够包覆住叠芯，相较于传统的先制造壳体再将叠芯放入壳体中的工艺，解决了传统锂离子电芯入壳难的问题，降低了电芯制造成本。
附图说明
35.在附图中，尺寸和比例不代表实际产品的尺寸和比例。附图仅仅是说明性的，并且为了清楚起见，省略了某些非必要的元件或特征。
36.图1是本发明实施例的叠芯与平面状外壳的结构示意图；
37.图2是本发明实施例的外壳折叠焊接后、负极极耳与负极盖板焊接后的结构示意图；
38.图3是本发明实施例的外壳与负极盖板焊接完成后的结构示意图。
39.示意图中的标号说明：
40.1、叠芯；101、负极极耳；102、正极极耳；103、绝缘膜；104、固定带；2、外壳；201、凹槽；3、注液孔；4、防爆阀；5、负极盖板；501、止动架。
具体实施方式
41.为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，其他方式同样落入本发明的范围。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“液平”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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.实施例
44.参照图1-图3，本实施例提供一种锂离子电芯，包括叠芯1和外壳2，外壳2为金属外壳，可以采用钢或铝材料制成。叠芯1的两侧分别设置有负极极耳101和正极极耳102，正极极耳102与外壳2连接，无需正极盖板，减少焊接工序，降低制造成本。在叠芯1制作完成前，外壳2为平面结构，便于加工存储，不易变形。外壳2设置有多道凹槽201且可沿凹槽201折弯，当叠芯1制作完成后，外壳2沿凹槽201折弯形成具有一端开口的壳体，可以将叠芯1的外侧面和正极极耳102所在的端面包覆在外壳2折弯形成的壳体中。外壳2是在叠芯1制作完成之后进行折弯成型的，更好地适应叠芯1的规格。需要说明的是，锂电池的叠芯1的结构较为
蓬松，传统的电芯壳体是预先制作完成的腔体结构，需要将叠芯1塞入壳体中，叠芯1入壳困难。而本实施例中的外壳2在电芯装配前是平面结构，在叠芯1在外壳2上制作完成后，将平面结构的外壳2进行折弯，包覆在叠芯1的外表面，解决了传统叠芯1结构的锂离子电芯入壳困难的问题。
45.外壳2靠近负极极耳101的一端连接有负极盖板5，负极极耳101与负极盖板5激光焊接。由于外壳2在装配后是和内部电解液有直接接触的，外壳2在低电势情况下易发生电化学腐蚀。正极极耳102直接与外壳2焊接，使得外壳2带正电势，能够防止外壳2发生电化学腐蚀。为了避免整个外壳2带正电可能会导致电芯负极和外壳2直接接触会发生内短路，工作人员在电芯下线时会在外壳2的外部包上绝缘薄膜，所以可以避免发生短路的问题。此外，正极极耳102直接与外壳2焊接，负极极耳101与负极盖板5单独连接，相较于传统的带有正极盖板的锂离子电芯，本实施例的电芯结构可以省略正极盖板这一结构之外，还可以省去在正极盖板上的弱导电板结构，所以同等电芯体积下极片长度可增加5-7mm，大大提高了电芯容量。需要说明的是，负极盖板5朝向负极极耳101的一侧设置有止动架501，止动架501为塑料材质，集成在负极盖板5上，使得负极极耳101与外壳2绝缘。
46.本实施例中，参照图1，外壳2上设置有注液孔3，注液孔3位于靠近正极极耳102的位置，方便向电芯内部注入电解液。外壳2上安装有防爆阀4，防爆阀4能够在电芯升温导致电池内部气体膨胀、压力增大到一定程度时防爆膜脱焊、破碎，放气泄压，从而防止电池爆炸，增加电池的安全性能。
47.需要说明的是，叠芯1包括隔膜、负极片和正极片，三者采用“z”型叠片方式依次堆叠设置，叠片结构有着更均匀一致的电流密度、优良的内部散热性能和更适合大功率放电的优点。叠芯1的最上层和最下层均为隔膜，避免极片与外壳2接触，能够起到绝缘的作用。
48.参照图1，叠芯1的外表面包裹有绝缘膜103，进一步增加叠芯1的绝缘性。本实施例中，绝缘膜103的长度大于叠芯1的长度，绝缘膜103的宽度大于叠芯1的周长，能够保证绝缘膜103完全包裹住叠芯1的本体。具体的，绝缘膜103长度比叠芯1本体超出2～5mm，宽度比叠芯1的周长超出5～10mm，长度和宽度可以根据叠芯1的大小而定，绝缘膜103采用耐热材料为佳。为了增加绝缘膜103包裹的严密性，绝缘膜103的自由端通过固定带104固定。此处的固定带104采用的是高温胶带，其材质为pet或聚酰亚胺，高温胶带宽度为25～35mm，长度为30mm～50mm，长度和宽度同样可以根据叠芯1和绝缘膜103的尺寸以及位置决定。
49.本实施例的第二个目的在于提供一种锂离子电芯的制作方法，即在叠片台上原位进行外壳2与正极极耳102的焊接，简化了制作流程，其制作方法方案如下：
50.外壳2结构为一体化预制平面结构，外壳2材料为钢或铝，外壳2上预先安装防爆阀4，并且预留注液孔3；电芯制作步骤包括：
51.步骤一：经过合浆、涂布和辊压分切、模切完成正负极片制作；本实施例中，正极片尺寸为200mm*100mm，负极片尺寸为202mm*102mm，正极极耳(102)尺寸为40mm*20mm,负极极耳(101)尺寸为40mm*30mm；
52.步骤二：将外壳2预先置于叠片台固定位置并夹紧，外壳2上方垫有绝缘膜103并压紧；
53.步骤三：采用“z”型叠片方式，将隔膜、负极、正极依次堆叠至预设的层数，最上层与最下层为隔膜；隔膜尺寸为205*103mm；
54.步骤四：用耐热绝缘膜103将叠芯1包裹，并用高温胶带进行固定，再将正极极耳102直接与外壳2进行超声波焊接；
55.步骤五：将外壳2沿凹槽201处折弯使之形成长方体结构，缝隙处采用激光焊接技术将外壳2焊接为密封整体结构；
56.步骤六：将负极极耳101与负极盖板5焊接，再通过激光焊接将负极盖板5与外壳2密封；
57.步骤七：组装好的电芯经过烘烤、注液、化成、包膜即可下线。
58.需要说明的是，所述外壳2组装前为平面结构，考虑外壳2厚度过小会影响强度和加工性能，厚度过大会占用较多电芯的体积和重量，影响电芯能量密度发挥，此处外壳2的厚度设计为0.3～1mm，是一个比较合适的范围。外壳2上预留注液孔3，考虑注液孔3的孔径过小影响制程中排气和注液，孔径过大不利于封口焊接，此处孔径设计为1～2mm。金属外壳2弯折处有设有凹槽201，凹槽201深度为外壳2厚度的10％～30％，凹槽201宽度为外壳2厚度的2倍。凹槽201的尺寸参数在上述的范围内，一方面能够保证折弯后的强度，另一方面则是考虑到折弯的难度，这样设计更容易折弯。激光焊接，先用工装将叠芯1压紧确保焊缝处衔接良好，再经过预点焊，最后进行全焊接。这种焊接方式能够便于外壳2折弯后的定位，使其更容易形成腔体结构。此外，焊接产生焊渣是目前铝壳电芯普遍存在问题，我们在焊接时会有除尘设施，例如正压/负压除尘设施，另外裸电芯外部也设有绝缘膜103可以避免焊渣直接进入叠芯1与其接触，保证了叠芯1质量的可靠性。
59.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。