一种叠片式圆柱形锂离子电池及其制作方法技术

本发明专利技术一种叠片式圆柱形锂离子电池及其制备方法，该电池的结构包括电池正极端盖、电池电芯和电池壳；其中，所述电池电芯的组成包括正极极耳、正极并联引带、绝缘保护套、负极焊接引片、负极极片、正极极片和隔膜；负极极片以蛇形弯曲折叠，且负极极片的正反两面均被隔膜包住；在相邻的两层负极极片之间是两层隔膜，在上述两层隔膜之间插入一层正极极片。本发明专利技术通过叠片式电芯结构消除了当前技术中电芯内部空心区域，提高了相同规格电池壳对电芯的容纳量，进而提高了电池总体容量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术一种叠片式圆柱形锂离子电池及其制备方法，该电池的结构包括电池正极端盖、电池电芯和电池壳；其中，所述电池电芯的组成包括正极极耳、正极并联引带、绝缘保护套、负极焊接引片、负极极片、正极极片和隔膜；负极极片以蛇形弯曲折叠，且负极极片的正反两面均被隔膜包住；在相邻的两层负极极片之间是两层隔膜，在上述两层隔膜之间插入一层正极极片。本专利技术通过叠片式电芯结构消除了当前技术中电芯内部空心区域，提高了相同规格电池壳对电芯的容纳量，进而提高了电池总体容量。【专利说明】
本专利技术涉及锂离子电池领域，涉及一种锂离子电池结构，特别是涉及一种圆柱形 锂离子电池电芯的结构及其制作方法。 技术背景 随着信息电器化时代不断推进，各式各样的移动电器设备在人们的日常生活中的 应用越来越广，同时人们环保意识的不断提高，一种能满足大众需求且性能优良的移动电 源成为关键所在。锂离子电池是时代高科技的产物，因其具有高比容量、高电压、安全可靠、 绿色环保等性能成为现代高性能电池的代表。现有的圆柱形锂离子电池，主要是由卷绕制 成的电芯和圆柱形钢壳装配而成。其中，电芯由正极极片、隔膜、负极极片三者经卷绕而成。 这样做成的电芯存在一些不足，主要问题在于： 1，因电芯由钢针卷绕而成，这就导致了电芯的中心部位势必会出现一定的空心区 域，也即中心无效空间。中心无效空间的存在，一定程度上限制了单体电池容量的进一步提 商； 2,电芯制作过程中，为保证正、负极极片对正，且不短路和便于加工，一般隔膜的 宽度会比负极极片宽度略宽2mm左右，比正极极片略宽4mm左右。这种设计，无疑在电芯的 两端出现一定无效空间，致使电池的容量受到进一步限制； 3,传统电芯因卷绕而成，因隔膜导热性差，使电芯外卷层给内卷层加上了多层保 温层，导致在使用过程中，因充电、放电产生的热量很难由电芯内部导出，致使电芯易出现 局部高温区；一方面由于电芯本身直径较大使热量不易快速导出。另一方面，由于电芯热 量升高，使得电芯自身内阻增加，导致电芯内部大量的电能转化为热能，使得电池进一步产 热。综合以上两种原因，势必给电池的使用带来极大地安全隐患，也从一定程度上减短了电 池寿命，影响了锂离子电池各项性能的高效发挥。 鉴于此，实有必要设计一种新的圆柱型锂离子电池结构、电芯结构以解决上述技 术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对当前技术的不足，提供一种叠片式圆柱形锂离子电池。本 专利技术通过叠片式电芯结构消除了当前技术中电芯内部空心区域，提高了相同规格电池壳对 电芯的容纳量，进而提高了电池总体容量。 本专利技术的技术方案为： 一种叠片式圆柱形锂离子电池，该电池的结构包括电池正极端盖、电池电芯和电 池壳；其中，电池电芯坚直装入电池壳内，且电池电芯的底端与电池壳的底端内侧通过锡焊 连接；电池正极端盖盖住电池壳的上端开口，电池电芯的正极极耳焊接在正极端盖的正极 盖帽上。 所述正极端盖的组成包括金属盖帽、绝缘垫圈、压力弹簧、绝缘垫和压力杆；所述 正极端盖的各部分的连接关系如下： 金属盖帽的边缘被绝缘垫圈包住，金属盖帽下部内侧装有绝缘垫；绝缘垫下部内 侧装有压力弹簧，压力弹簧的下端装有压力杆； 所述电池电芯的组成包括正极极耳、正极并联引带、绝缘保护套、负极焊接引片、 负极极片、正极极片和隔膜； 所述电池电芯的各部分的连接关系如下： 负极极片以蛇形弯曲折叠，且负极极片的正反两面均被隔膜包住；在相邻的两层 负极极片之间是两层隔膜，在上述两层隔膜之间插入一层正极极片；每一层正极极片均被 焊接到正极并联引带上，使得各层正极极片之间并联起来；正极并联引带的上端焊接有正 极极耳；在最底一层负极极片的下面焊接有负极焊接引片；经折叠好的电池电芯柱被绝缘 保护套完全包住； 所述的负极极片的蛇形弯曲折叠具体为：将负极极片按顺序首先从第一层极片先 正向折叠180°，再从第二层极片反向折叠180°，再从第三层极片正向折叠180°，以此类 推组成连续叠片结构； 所述的电池壳为一端开口，另一端完全封闭，且电池壳内底焊有焊接引带。 所述的电池壳为圆柱形筒状结构，每层的正极极片和负极极片均为圆形。 所述的正极极片的直径比负极极片的直径小1mm。 所述的电池部件的材质优选为： 金属盖帽与电池外壳均采用合金钢；正极并联引带和正极极耳均采用铝带；正极 集流体采用16 μ m厚的铝箔；负极集流体采用9 μ m厚的铜箔；隔膜采用12 μ m厚的聚乙烯 隔膜。 所述的叠片式圆柱形锂离子电池的制作方法，包括以下步骤： 1)，先用隔膜将负极极片正反两面包住，以蛇形折叠，使用冲裁机将折叠好的负极 极片和隔膜裁成直径相同的圆柱，每相邻两层之间有1 一 3mm连接带；另使用冲裁机将正极 极片裁成直径为单独圆片；将冲裁好的正极极片，一片一片地插入到上述所有相邻的负极 极片之间的两层隔膜之间，使之成为一个圆柱体；使用压紧装置将上述圆柱体压紧，使用两 条正极并联引带依次将每一层正极极片经焊接的方式并联起来；所述正极极片的并联方式 是，每一层正极极片的焊接位置是正极极片同负极极片的折叠处相对应的位置，任意两层 最近邻正极极片的焊接位置分别位于电芯两侧，并在正极并联引带的最上端焊接上正极极 耳，裸露极耳使用高温胶带包裹起来，并预留末端焊接点；之后，将上述裸圆柱状电池电芯 使用绝缘保护套完全包裹起来，使之成为柱体备用。 2)，将电池电芯与电池壳相焊接：将上述圆柱状电池电芯放入电池壳中，使圆柱状 电池电芯的底端同电池壳内底紧密接触，给电池壳底加热，使得电池壳内底焊锡层与圆柱 状电池电芯底端的负极焊接引片焊接成一体即可；之后对电池壳进行滚槽，待用； 3)，注电解液、焊正极端盖以及封装：将上述装有电芯的电池壳放入手套箱，使用 激光焊或者超声焊将正极极耳焊接到正极金属盖帽上；将上述焊接好正极端盖的半成品电 池正立，并向电池壳中注入电解液，抽真空3?5次，以便电解液完全浸润电芯；将完成注电 解液操作的半成品电池，在冲床上将正极端盖与电池壳封装在一起，使得电池壳内部成为 一独立空间；到此，完成全部电池的制备过程。 本专利技术的有益效果为： 1.提1?电池容量； 电池电芯采用叠片式，无电芯中心的中心无效空间，也没有电芯两端的无效空间， 这就在很大程度上提高了电池壳内部空间的有效使用率。使得其空间的有效使用率由传 统的90%上升到最大可达96%以上。由实例1、实例2、实例3可以看出，同种极片同样的 制备环境，18650型磷酸铁锂电池，卷绕式电池的平均容量为1468. 63mAh，叠片式电池的平 均容量为1734. 63mAh，叠片式比卷绕式平均高出265. 4mAh，约占卷绕式总容量的18. 07% ; 18650型三元材料电池，卷绕式电池的平均容量为2226. 7mAh，叠片式电池的平均容量为 2656. 8mAh，叠片式比卷绕式平均高出430. ImAh，约占卷绕式总容量的19. 32 % ; 18650型锰 酸锂电池，卷绕式电池的平均容量为1271. 7mAh，叠片式电池的平均容量为1391. 2mAh，叠 片式比卷绕式平均高出119mAh，约占本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叠片式圆柱形锂离子电池，其特征为该电池的结构包括电池正极端盖、电池电芯和电池壳；其中，电池电芯竖直装入电池壳内，且电池电芯的底端与电池壳的底端内侧通过锡焊连接；电池正极端盖盖住电池壳的上端开口，电池电芯的正极极耳焊接在正极端盖的正极盖帽上；所述正极端盖的组成包括金属盖帽、绝缘垫圈、压力弹簧、绝缘垫和压力杆；所述正极端盖的各部分的连接关系如下：金属盖帽的边缘被绝缘垫圈包住，金属盖帽下部内侧装有绝缘垫；绝缘垫下部内侧装有压力弹簧，压力弹簧的下端装有压力杆；所述电池电芯的组成包括正极极耳、正极并联引带、绝缘保护套、负极焊接引片、负极极片、正极极片和隔膜；所述电池电芯的各部分的连接关系如下：负极极片以蛇形弯曲折叠，且负极极片的正反两面均被隔膜包住；在相邻的两层负极极片之间是两层隔膜，在上述两层隔膜之间插入一层正极极片；每一层正极极片均被焊接到正极并联引带上，使得各层正极极片之间并联起来；正极并联引带的上端焊接有正极极耳；在最底一层负极极片的下面焊接有负极焊接引片；经折叠好的电池电芯柱被绝缘保护套完全包住；所述的负极极片的蛇形弯曲折叠具体为：将负极极片按顺序首先从第一层极片先正向折叠180°，再从第二层极片反向折叠180°，再从第三层极片正向折叠180°，以此类推组成连续叠片结构； 所述的电池壳为一端开口，另一端完全封闭，且电池壳内底焊有焊接引带。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：纪继坤，郅晓科，梁广川，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12