一种方形锂离子电池及加工方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，特别是中小容量的方形锂离子电池。其技术方案是：一种方形锂离子电池，是由长方形壳体、盖板和卷芯组成，盖板是由正极集流柱、负极集流柱、防爆阀和绝缘片组成；卷芯置于壳体内，卷芯的正极耳、负极耳分别通过正极集流体、负极集流体与盖板的正极集流柱、负极集流柱连接；卷芯由多个同规格的卷芯单元组成，多个卷芯单元外部由卷芯辅助模块夹持排列固定后置于壳体内。本发明专利技术的方形锂离子电池，采取圆柱卷绕式卷芯，极片间隙和松紧度均匀，生产效率高；卷芯辅助模块能够支撑和保护卷芯，提升了一种新型方形电池的机械强度和安全性。增加卷芯单元的个数可以增加电池的容量。正负极集流体与壳体不接触，电池壳体不带电，提高了使用的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池领域，特别是中小容量的方形锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池以其高电压、高能量密度、良好的循环性能等优点越来越多地应用到了储能和动力等领域。目前常见的金属壳体的锂离子电池主要有圆柱电池和方形电池两大类。圆柱电池的电 芯采取卷绕式进行生产。卷绕式的优点主要有(I)卷绕式工艺成熟稳定，成本低，生产效率高。(2)极片间隙均匀，一致性好。(3)极片曲率半径大，极片不易掉料。这些优点使卷绕工艺得到了广泛的应用。如常见的18650、26650等圆柱电池就采取卷绕工艺。但是卷绕工艺也有其局限性，比如容量不能做大，原因是当极片过长时卷绕难度增大、卷芯对齐度下降等不利因素出现。方形电池主要分为两种方形卷绕式和方形叠片式。方形电池的优点是容量较大，但是与圆柱卷绕式电池相比方形电池也有其缺点(1)方形卷绕式的卷芯曲率半径各部位不同导致极片间隙不均匀，在卷芯曲率半径小处，极片间隙小，容易掉料。这种不一致性会影响电池性能的发挥。(2)方形叠片式的缺点在于工艺复杂，生产成本高、效率低。电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料，是电池中非常关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响，其主要作用是隔离正、负极并使电池的电子不能自由穿过，让电解液中的离子在正负极之间自由通过。电池隔膜的的离子传导能力直接关系到电池的整体性能，其隔离正负极的作用使电池在过度充电或者温度升高的情况下能限制电流的升高，防止电池短路引起爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备起到安全保护的作用。目前的电池所用的常规隔膜通常是采用聚乙烯、聚丙烯制备，在实际使用中存在绝缘效果不佳易短路、离子扩散不理想并且强度较差的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种结合了圆柱电池和方形电池的优点的新型方形电池。其技术方案是一种方形锂离子电池，是由长方形壳体、盖板和卷芯组成，盖板是由正极集流柱、负极集流柱、防爆阀和绝缘片组成；卷芯置于壳体内，卷芯的正极耳、负极耳分别通过正极集流体、负极集流体与盖板的正极集流柱、负极集流柱连接；卷芯为多个同规格的卷芯单元组成，多个卷芯单元外部由卷芯辅助模块夹持排列固定后置于壳体内。上述方案还包括所述的卷芯单元是圆柱形卷绕式结构，卷芯正极耳、负极耳分别设置在圆柱形卷芯的两端；所述的卷芯辅助模块为两块卷芯辅助模块沿卷芯的轴向对合组成的长方形整体结构，其外部与长方形的壳体插接配合，内部设有与卷芯插接配合的柱形凹槽，两块卷芯辅助模块在其对合面上设有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯辅助模块上设有内外贯通的通孔或通槽。所述的卷芯单元是圆柱形卷绕式结构，卷芯正极耳、负极耳分别设置在圆柱形卷芯的两端；所述的卷芯辅助模块为两块卷芯辅助模块沿卷芯的外周边对合组成的长方形整体结构，其外部与长方形的壳体插接配合，内部设有与卷芯插接配合的弧形凹槽，两块卷芯辅助模块在其对合面上设有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯辅助模块上设有内外贯通的通孔或通槽。两块卷芯辅助模块沿卷芯的外周边对合方式包括上、下对合结构和左、右对合结构。对合后的卷芯辅助模块在与圆柱形卷芯两端的正极耳、负极耳的结合部分别设置正极集流体、负极集流体，每个卷芯单元的正极耳、负极耳均对应连接在正极集流体、负极集流体上，正极集流体、负极集流体分别插接固定在卷芯辅助模块对应的端部。正极集流体、负极集流体分别与盖板的正极集流柱、负极集流柱连接，并在其连接 部位之间设置集流体隔离模块。集流体隔离模块是中间带孔的卡槽结构。所述的卷芯中的隔膜的组成如下以聚丙烯、聚乙烯材质的隔膜为基体，在基体表面涂敷由聚合物胶体材料和无机填料组成的涂层；所述的聚合物胶体材料是由聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯组成的混合物；所述的无机填料是由纳米级无机粉体材料三氧化二铝、二氧化硅的一种或其混合物组成。所述的聚丙烯、聚乙烯材质的隔膜基体选用聚丙烯微孔薄膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合微孔隔膜；所述的无机填料粒度是50nm-200nm ;所述隔膜涂层厚度为1-5 μ m ;经过涂聚合物胶体材料和无机填料处理的隔膜孔隙率在30%-50%之间；所述隔膜涂层厚度优选为2-3 μ m。所述无机填料的重量占涂层聚合物胶体材料重量的30%-100%。聚合物胶体材料中的聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物占总体聚合物胶体材料重量的40%-70% ;聚丙烯腈占总体聚合物胶体材料重量的5%-20% ;聚甲基丙烯酸甲酯占总体聚合物胶体材料重量的10%-40% ;聚合物胶体材料所用溶剂选自下列溶剂的一种或几种丁酮、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乙醇、碳酸二乙酯、丁醇。按照前述的方形锂离子电池的加工方法包括如下步骤 (1)将卷芯单元的正、负极耳采用超声波焊接的形式焊接到正、负极集流体上，其中正极集流体为铝带，负极集流体为铜带或镍带； (2)将卷芯与正、负极集流体置入两块卷芯辅助模块内，正、负极集流体从卷芯辅助模块卡槽内引出； (3)将两块卷芯辅助模块的凸柱和凹槽对位后连接，将卷芯、卷芯辅助模块装配到一起; (4)再将卷芯模块的集流体隔离模块卡入卷芯辅助模块对应的开口处，保护正负极集流体不与卷芯接触； (5)将装配好的卷芯置入壳体内； (6)将正负极集流体采取激光焊接或超声波焊接的形式焊接到盖板上的正极集流柱和负极集流柱上； (7)将盖板与壳体用激光焊接进行封闭； (8)最后对电池进行注液、化成。本专利技术的方形锂离子电池，采用的是圆柱卷绕式的卷芯单元组合，具有圆柱卷绕式电芯的优点，同时卷芯单元的组合突破了圆柱卷绕式电池容量的瓶颈。其中卷芯是由若干个卷芯单元组合而成，每个卷芯单元都完全相同，都采取的是圆柱卷绕式结构，增加卷芯单元的个数可以增加方形电池的容量；卷芯辅助模块有效地保护和支撑了卷芯，对所用的金属外壳厚度要求降低；正极集流体和负极集流体通过盖板的绝缘片和盖板隔离，通过集流体隔离模块和卷芯隔离，这样能够保证外壳不带电，提高电池的使用安全性。同时本专利技术的方形电池用隔膜为凝胶聚合物电解质膜，其采用以聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物电解质胶体为基质，加入聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、无机纳米级粉体材料提高胶体的吸液能力、离子导电能力，采用聚丙烯、聚乙烯材质的隔膜为聚合物胶体的基体，解决了聚合物电解质胶体薄膜机械强度难控制的问题。本专利技术调整聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的含量提高隔膜表面聚合物胶体粘结性能和聚合物非结晶物质含量，加入聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、无机纳米级粉体材料提高胶体的吸液能力、离子导电能力。综上本隔膜提高了电池的耐短路、耐针刺、抗冲击、抗挤压能力，进而提高和改善了锂离子电池的安全性能。附图说明图I为一种新型方形锂离子电池的整体示意图。 图2为一种沿轴向对合的卷芯辅助模块三视图，图2a为左视图，图2b为主视图，图2c为俯视图。图3为另一种沿卷芯外周边左右对合的卷芯辅助模块装配图。图4为集流体隔离模块4的三视图。具体实施例方式下面将结合附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方形锂离子电池，是由壳体、盖板和卷芯组成，盖板是由正极集流柱、负极集流柱、防爆阀和绝缘片组成；卷芯置于壳体内，卷芯的正极耳、负极耳分别通过正极集流体、负极集流体与盖板的正极集流柱、负极集流柱连接，其特征在于：壳体呈长方体空腔结构；卷芯为多个同规格的卷芯单元组成，多个卷芯单元外部由卷芯辅助模块夹持排列固定后置于壳体内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建贞，朱玉法，柳艾美，孟庆帅，
申请(专利权)人：山东天阳新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：