高功率高比能圆柱电池的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其是一种高功率高比能圆柱电池。


背景技术：

2.圆柱电池是具有容量高、循环寿命长等优点的电池，而高功率高比能圆柱电池相较于普通的圆柱电池具有更好的性能。高功率高比能圆柱电池的开发需要提高其电芯的导电和导热能力，但又不能增加过多的无活性组件。
3.目前行业中采用增加极耳数量、增加电芯直径和电极片长度的方式来提高加高功率高比能圆柱电池的导电和导热能力，但会造成电芯内部的热量聚集严重；增加极耳数量会因焊接极耳的部位与未焊接极耳的部位应力不同，随着圆柱电池充放电循环的进行，电极片发生膨胀和收缩，应力有变化的部位容易发生析锂，甚至出现电极片断裂的情况而导致电池容量的衰减，最终造成圆柱电池充放电循环寿命降低。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种高功率高比能圆柱电池，能够在提高圆柱电池功率和容量的同时保证圆柱电池具有良好的散热能力和导电能力。
5.为解决上述技术问题本实用新型所采用的技术方案是：高功率高比能圆柱电池，包括由电极片卷绕形成的卷芯，卷芯设置在电池钢壳内，电极片由正极片、负极片以及设置在正极片和负极片之间的隔膜组成，正极片和负极片上都设有极耳，所述极耳包括设置在正极片边部的正极耳以及设置在负极片边部的负极耳，所述正极耳包括靠近卷芯卷绕头部设置的第一正极耳以及靠近卷芯卷绕尾部设置的第二正极耳，第一正极耳的宽度大于第二正极耳的宽度，第一正极耳的厚度大于第二正极耳的厚度；所述负极耳包括设置在卷芯卷绕头部处的第一负极耳以及设置在卷芯卷绕尾部处的第二负极耳，第一负极耳的宽度大于第二负极耳的宽度，第一负极耳的厚度大于第二负极耳的厚度。
6.进一步的是：所述第一负极耳和第二负极耳都朝向电池钢壳底部的方向折弯，第二负极耳贴靠在第一负极耳上，第一负极耳与电池钢壳的底部相贴靠。
7.进一步的是：所述第一负极耳和第二负极耳都为铜镍复合极耳，第一负极耳和第二负极耳相互接触的一面都为铜质金属面，第一负极耳和第二负极耳未相互接触的面都为镍质金属面。
8.进一步的是：所述第一正极耳和第二正极耳都为铝质极耳。
9.进一步的是：所述卷芯为圆柱形卷芯，正极耳和负极耳分别位于卷芯的两端。
10.进一步的是：所述第一正极耳与卷芯卷绕头部之间的距离为正极片总长的三分之一，所述第二正极耳与卷芯卷绕头部之间的距离为正极片总长的三分之二。
11.进一步的是：所述第一正极耳和第二负极耳的长度都为卷芯轴向长度的三分之一；所述第一负极耳和第二负极耳的长度都为卷芯轴向长度的三分之一。
12.进一步的是：所述正极耳与正极片相接部分的长度以及负极耳与负极片相接部分
的长度之和小于任一极片的宽度。
13.本实用新型的有益效果是：本实用新型对圆柱电池的结构进行改进，对特定部位的正极耳和负极耳的尺寸进行了优化，通过将位于卷芯内部的极耳的宽度和厚度设置为大于位于卷芯外周部分的极耳的宽度和厚度，能够有利于将卷芯内层的热量通过更宽更厚的极耳快速传导出去，从而减少卷芯内部的热量聚集；并且减少位于卷芯外层的极耳的尺寸能够减少非活性物质的占比，从而能够提高圆柱电池的能量密度，进而提高圆柱电池的导电能力。
附图说明
14.图1为本实用新型的正视图；
15.图2为本实用新型的侧视图；
16.图3为本实用新型的俯视图；
17.图4为本实用新型中电极片展开状态的示意图；
18.图5为本实用新型中正极片展开状态的示意图；
19.图6为本实用新型中负极片展开状态的示意图。
20.图中标记为：100-卷芯、200-正极片、300-负极片、400-隔膜、510-第一正极耳、520-第二正极耳、610-第一负极耳、620-第二负极耳。
具体实施方式
21.为了便于理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明。
22.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”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，而不是指示或暗示所指的装置或部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。
23.如图1至图3所示，本实用新型所述的高功率高比能圆柱电池包括卷芯100和极耳，卷芯100设置在电池钢壳内；卷芯100由电极片卷绕形成，极耳则设置在电极片上。如图4至图6所示，本实用新型中的电极片由正极片200、负极片300和隔膜400组成，正极片200和负极片300分别覆盖在隔膜400的两侧面，从而形成隔膜400位于正极片200和负极片300之间的电极片。电极片上的极耳包括正极耳和负极耳，正极耳和负极耳的极性相反；正极耳采用焊接的方式固定在正极片上，负极耳同样采用焊接的方式固定在负极片上。
24.如图5所示，本实用新型中采用了两个正极耳，两个正极耳在正极片200的长度方向上间隔设置。将靠近正极片200卷绕头部一端的正极耳设定为第一正极耳510，将靠近正极片200卷绕尾部一端的正极耳设定为第二正极耳520，如图1和图2所示，电极片卷绕成卷芯100后，第一正极片510靠近卷芯100的中心，第二正极片520则靠近卷芯100的外周。本实用新型中限定第一正极片510的宽度大于第二正极片520的宽度，同时第一正极片510的厚度大于第二正极片520的厚度。
25.如图6所示，本实用新型中采用了两个负极耳，两个负极耳在负极片300的长度方向上间隔设置。将设置在负极片300卷绕头部处的负极耳设定为第一负极耳610，将设置在负极片300卷绕尾部处的负极耳设定为第二负极耳620，如图1和图2所示，电极片卷绕成卷
芯100后，第一负极片610靠近卷芯100的中心，第二负极片620则靠近卷芯100的外周。本实用新型中限定第一负极片610的宽度大于第二负极片620的宽度，同时第一负极片610的厚度大于第二负极片620的厚度。
26.采用上述对正极耳和负极耳的结构和位置的优化方案后，圆柱电池放电过程中因阻抗的存在所产生并聚集在卷芯100内部的热量能够第一时间传递给靠近卷芯100内部的第一正极片510和第一负极片610，由于第一正极片510和第一负极片610的尺寸较大且厚度较厚，热量具有更大的传递空间和传递路径，热量的传递更加效率，从而能够使卷芯100内部聚集的热量快速传递到圆柱电池外部，减少卷芯100内部热量聚集，提高电池的功率性能。而位于卷芯100外层的卷芯层处的热量能够直接传递给电池钢壳，然后通过电池钢壳大大面积周面进行散热，因而不需要增加靠近卷芯100外周的第二正极片520和第二负极片620的宽度和厚度；并且，减小第二正极片520和第二负极片620的尺寸还能够减少非活性物质的占比，从而提高圆柱电池的能量密度。
27.如图1所示，本实用新型中将第一负极耳610和第二负极耳620都朝向电池钢壳底部的方向折弯，第二负极耳620贴靠在第一负极耳610上，第一负极耳610与电池钢壳的底部相贴靠。并且对极耳的材质进行了限定，第一负极耳610和第二负极耳620都为铜镍复合极耳，第一负极耳610和第二负极耳620相互接触的一面都为铜质金属面，第一负极耳610和第二负极耳620未相互接触的面都为镍质金属面；第一正极耳510和第二正极耳520都为铝质极耳。在进行圆柱电池基本的导电工作的基础上，能够加快极耳与电池钢壳之间的热传递效率，从而进一步提高对卷芯100内部的散热效果。同时便于进行极耳的焊接，使极耳与电极片之间焊接牢固，避免虚焊的情况发生。
28.为了减缓圆柱电池性能的衰降，本实用新型在采用电极片卷绕形成的圆柱形卷芯的基础上，将正极耳和负极耳分别设置在卷芯100的两端，从而能够尽量平衡整个卷芯100内部的应力。
29.具体的，本实用新型中对正极耳和负极耳的设置位置的优化还包括：如图5所示，将第一正极耳510设置在距离卷芯100卷绕头部的距离为正极片200总长度的三分之一处，将第二正极片520设置在距离卷芯100卷绕头部的距离为正极片200总长度的三分之一处；如图6所示，将第一负极耳610直接设置在卷芯100的卷绕头部处，将第二负极耳620直接设置在卷芯100的卷绕尾部处。设定第一正极耳510和第二负极耳620的长度都为卷芯100轴向长度的三分之一；设定第一负极耳610和第二负极耳620的长度都为卷芯100轴向长度的三分之一。另外，还包括限定正极耳与正极片相接部分的长度加上负极耳与负极片相接部分的长度的总和小于任一极片的宽度，即小于宽度最小的极片的宽度。
30.在制备上述本实用新型所述的高功率高比能圆柱电池时，按照下述步骤进行：
31.步骤一、制备正极浆料和负极浆料。分别将正极活性物质和负极活性物质与导电剂、粘接剂、溶剂等搅拌均匀，制成黏度适宜的浆料。
32.步骤二、涂布正极和负极。分别将正极浆料和负极浆料加注到涂布机料槽内，按照工艺要求对涂布厚度、涂布长度、留白长度、涂布速度、烘烤温度和烘烤风频的参数进行设定。依次完成正面和背面的涂布后收卷放入真空烘箱内进行烘烤。
33.步骤三、辊压极片和裁片。根据电芯设计的压实密度来设置辊压机的参数，将上述步骤中烘烤好的极片过轧辊进行辊压；正极辊压一遍，负极辊压两遍；然后分别裁片待用。
34.步骤四、制备正极片和负极片。将宽度尺寸为4～6mm、厚度尺寸为0.08～0.15mm、长度尺寸为卷芯总长度三分之一的铝极耳焊接在正极片上靠近卷绕头部三分之一处；将宽度尺寸为3～5mm、厚度尺寸为0.07～0.10mm、长度尺寸为卷芯总长度三分之一的铝极耳焊接在正极片上靠近卷绕头部三分之二处；将宽度尺寸为4～6mm、厚度尺寸为0.08～0.15mm、长度尺寸为卷芯总长度三分之一的铜镍复合极耳焊接在负极片的卷绕头部；将宽度尺寸为3～5mm、厚度尺寸为0.07～0.10mm、长度尺寸为卷芯总长度三分之一的铜镍复合极耳焊接在负极片的卷绕尾部。
35.步骤五、装配。将上述制备好的正极片和负极片同隔膜一起卷绕成圆柱状的卷芯，然后安装下垫片并装入电池钢壳中焊接牢固，再安装上垫片和滚槽并焊接盖帽后依次进行烘烤、注液、封口。
36.步骤六、后处理。将上述封口好的圆柱电池进行清洗、涂油，套上保护膜后打上标签；最后依次完成预充、高温老化、化成和分容下线。