本發(fā)明涉及鋰離子二次電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種卷繞式電芯和含有此種結(jié)構(gòu)卷

繞式電芯的鋰離子二次電池。

背景技術(shù)：

鋰離子二次電池有高電壓、高能量密度等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、儲(chǔ)能系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)的電源，體積更小、重量更輕、容量更大，一直是鋰離子二次電池的發(fā)展方向。近年來(lái)隨著飛行器、電動(dòng)車(chē)輛等需要大電流高倍率充放電的用電設(shè)備的需求，鋰離子二次電池需要具備高的充放電倍率和低的電阻，也更需要在此基礎(chǔ)上繼續(xù)減小體積、減輕重量，增加容量。

為制備高倍率鋰離子二次電池，一般現(xiàn)有以下技術(shù)方案：

第一種技術(shù)方案如專(zhuān)利文獻(xiàn)cn104600250a和cn105161673a：在電極極片上焊接有多個(gè)極耳，并在焊接位置貼保護(hù)膠帶。該種方法的缺點(diǎn)在于：焊接極耳并貼膠帶占據(jù)了涂覆粉料位置，容量較??；焊接上的極耳及膠帶會(huì)增加電池厚度，占用體積；需多次焊接，可靠性差。

第二種技術(shù)方案如專(zhuān)利文獻(xiàn)cn204885269u和cn205543006u：在電極極片一側(cè)或兩側(cè)留箔，并將留箔位置切割為合適形狀并與外極耳焊接。該種技術(shù)方案在實(shí)際實(shí)施時(shí)和在專(zhuān)利文獻(xiàn)的實(shí)施例中，一般將箔材兩面粉料設(shè)計(jì)為相同長(zhǎng)度(如圖9圖10所示)。在卷繞后，如圖11所示，該種方式中第一電極的r14位置部分材料未與第二電極的材料相對(duì)應(yīng)，無(wú)法發(fā)揮容量，并且白白占用電池厚度和電池重量，并且浪費(fèi)物料成本。

第三種技術(shù)方案如專(zhuān)利文獻(xiàn)cn204230364u，為第一種方案和第二種方案的某種結(jié)合。

本發(fā)明公開(kāi)了一種卷繞式電芯和含有此種結(jié)構(gòu)的卷繞式電芯的鋰離子二次電池。該電池與傳統(tǒng)的卷繞式電池比較，具有體積小、重量輕、節(jié)省物料成本、能量密度高、比能量高等特點(diǎn)，適合作為消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、儲(chǔ)能系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)的電源，尤其適合飛行器、電動(dòng)車(chē)輛等需要大電流高倍率充放電的用電設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：一種卷繞式電芯和含有此種結(jié)構(gòu)的卷繞式電芯的鋰離子二次電池。

本發(fā)明提供一種卷繞式電芯，其極片設(shè)計(jì)如圖1圖2所示，卷繞式電芯截面圖如圖3所示，卷繞式電芯正面圖如圖4所示，卷繞電芯的側(cè)面視圖如圖5所示，包括：第一電極片：由第一集流體、涂覆在第一集流體一面的活性物質(zhì)層a、涂覆在第一集流體另一面的活性物質(zhì)層b組成；

第二電極片：由第二集流體、涂覆在第二集流體一面的活性物質(zhì)層c、涂覆在第二集流體另一面的活性物質(zhì)層d組成；

隔離膜：位于第一電極片和第二電極片之間，將它們隔離開(kāi)；

第一極耳：通過(guò)第一極耳引出端與第一集流體連接；

第二極耳：通過(guò)第二極耳引出端與第二集流體連接；

第一集流體的單側(cè)或雙側(cè)留有一個(gè)或多個(gè)間隔的第一極耳引出端；

第二集流體的單側(cè)或雙側(cè)留有一個(gè)或多個(gè)間隔的第二極耳引出端；

涂覆在第一集流體兩面的活性物質(zhì)層a和活性物質(zhì)層b的涂覆長(zhǎng)度不同，存在一個(gè)位置只有單面涂覆活性物質(zhì)層而背面無(wú)涂覆，為第一單面空箔；

涂覆在第二集流體兩面的活性物質(zhì)層c和活性物質(zhì)層d的涂覆長(zhǎng)度不同，存在一個(gè)位置只有單面涂覆活性物質(zhì)層而背面無(wú)涂覆，為第二單面空箔。

一般而言，所述的第一電極片為負(fù)極片，所述的第二電極片為正極片。

通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)第一極耳引出端和多個(gè)第二極耳引出端的間距，可以在卷繞后使得具有多個(gè)第一極耳引出端并在卷繞后重疊于同一位置；具有多個(gè)第二極耳引出端并在卷繞后重疊于同一位置，如圖4所示。

第一單面空箔的位置位于第一電極片卷繞開(kāi)始的端部(s1)，即卷繞后位于卷芯內(nèi)部。第二單面空箔的位置位于第二電極片卷繞結(jié)束的尾部(e2)，即卷繞后位于卷芯外部。出于安全考慮，防止充電析鋰，活性物質(zhì)層a和活性物質(zhì)層b的需完全覆蓋活性物質(zhì)層c和活性物質(zhì)層d。因此，極片設(shè)計(jì)和涂覆時(shí)：活性物質(zhì)層a的涂覆長(zhǎng)度大于等于活性物質(zhì)層c的涂覆長(zhǎng)度；活性物質(zhì)層b的涂覆長(zhǎng)度大于等于活性物質(zhì)層d的涂覆長(zhǎng)度?；钚晕镔|(zhì)層a和活性物質(zhì)層b的涂覆寬度分別大于活性物質(zhì)層c和活性物質(zhì)層d的涂覆寬度；卷繞對(duì)齊時(shí)：第一集流體和第一單面空箔直接對(duì)應(yīng)的第二極片的位置上未涂覆活性材料層c或活性物質(zhì)層d。

除了在厚度方向更薄以外，在電芯的長(zhǎng)度方向，我們優(yōu)選通過(guò)折疊極耳焊接位置的方法節(jié)省長(zhǎng)度方向的空間，從而電池可以做得更小，如圖4圖5所示：將第一極耳引出端與第一極耳連接的部分，經(jīng)過(guò)彎折后折到電池厚度方向；第二極耳引出端與第二極耳連接的部分，經(jīng)過(guò)彎折后折到電池厚度方向。

另外，在電芯需求特別厚的情況下，一個(gè)卷芯可能難以達(dá)到那么厚，如圖5所示，可以將多個(gè)卷芯連接在同一個(gè)極耳上成為一個(gè)電芯。

本發(fā)明中所述活性物質(zhì)為常規(guī)的電池中所用的活性物質(zhì)層，沒(méi)有特定的配方或者成分要求，可使用已知的電池中使用的活性物質(zhì)層。本專(zhuān)利的改進(jìn)點(diǎn)主要是對(duì)電池內(nèi)部的新結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，其特征是包含外包裝以及一個(gè)或多個(gè)如1～9所述的電芯。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：厚度薄、長(zhǎng)度小、重量輕、節(jié)省物料成本、能量密度高、比能量高，應(yīng)用于無(wú)人機(jī)等飛行器、電動(dòng)汽車(chē)等設(shè)備，可顯著減輕重量、提升容量、提高續(xù)航時(shí)間和續(xù)航里程。

附圖說(shuō)明：

圖1第一電極片(1)的俯視圖和截面圖。

圖2第二電極片(2)的俯視圖和截面圖。

圖3卷繞式電芯截面圖。

圖4卷繞式電芯后正面圖。

圖5卷繞式電芯折疊極耳引出端正面圖。

圖6卷繞式電芯側(cè)面圖(對(duì)應(yīng)圖4)。

圖7卷繞式電芯折疊極耳引出端側(cè)面圖(對(duì)應(yīng)圖5)。

圖8多個(gè)卷繞式電芯(第一卷芯與第二卷芯)連接后，折疊極耳引出端，側(cè)面圖。

圖9對(duì)比例第一電極片(r1)的俯視圖和截面圖。

圖10對(duì)比例第二電極片(r2)的俯視圖和截面圖。

圖11對(duì)比例卷繞式電芯截面圖。

標(biāo)記說(shuō)明：

1第一電極片；

11第一集流體；

12第一活性物質(zhì)層(短)；

13第一活性物質(zhì)層(長(zhǎng))；

14第一單面空箔；

111第一極耳引出端；

s1第一電極片卷繞起始端；

e1第一電極片卷繞結(jié)束端；

2第二電極片；

21第二集流體；

22第二活性物質(zhì)層(短)；

23第二活性物質(zhì)層(長(zhǎng))；

24第二單面空箔；

211第二極耳引出端；

s2第二電極片卷繞起始端；

e2第二電極片卷繞結(jié)束端；

3隔膜；

4第一極耳；

5第二極耳；

r1對(duì)比例第一電極片；

r11對(duì)比例第一集流體；

r12對(duì)比例第一活性物質(zhì)層(正面)；

r13對(duì)比例第一活性物質(zhì)層(反面)；

r14對(duì)比例第一活性物質(zhì)層(正面對(duì)容量無(wú)貢獻(xiàn)部分)；

r111對(duì)比例第一極耳引出端；

rs1對(duì)比例第一電極片卷繞起始端；

re1對(duì)比例第一電極片卷繞結(jié)束端；

r2對(duì)比例第二電極片；

r21對(duì)比例第二集流體；

r22對(duì)比例第二活性物質(zhì)層(正面)；

r23對(duì)比例第二活性物質(zhì)層(反面)；

r211對(duì)比例第二極耳引出端；

rs2對(duì)比例第二電極片卷繞起始端；

re2對(duì)比例第二電極片卷繞結(jié)束端。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案以及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

電池制造說(shuō)明：

正極極片的制備：正極活性材料鈷酸鋰、粘接劑聚偏氟乙烯(pvdf)導(dǎo)電劑super-p按照96:2:2的重量比加入到n-甲基吡咯烷酮(nmp)中攪拌勻漿制成正極漿料；將正極漿料雙面涂布在正極集流體上，經(jīng)過(guò)烘干、壓實(shí)、分切、裁片、焊接極耳后得到正極極片。

負(fù)極極片的制備：負(fù)極活性材料人造石墨、丁苯橡膠(sbr)、羧甲基纖維素鈉(cmc)，按照95:2.5:2.5的比例加入去離子水中攪拌勻漿制成負(fù)極漿料；將負(fù)極漿料雙面涂布在負(fù)極集流體上，經(jīng)過(guò)烘干、壓實(shí)、分切、裁片、焊接極耳后得到負(fù)極極片。

需要說(shuō)明的是：以下比較例和實(shí)施例中，集流體箔材相同，正負(fù)極極片的單位面積的涂覆量相同，正負(fù)極極片的涂覆寬度相同，第一極耳引出端111和第二極耳引出端211數(shù)量相同，涂覆長(zhǎng)度根據(jù)電池尺寸和不同卷繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有所不同。

電解液的制備：選用濃度為1m的六氟磷酸鋰作為鋰鹽，以碳酸乙烯酯(ec)：碳酸二乙酯(dec)：碳酸甲乙酯(emc)按照30:30:40的重量比作為溶劑，此外還含有其它確保性能的添加劑。

鋰離子電池的制備：將根據(jù)前述工藝制備得到的負(fù)極極片和正極極片與隔膜進(jìn)行組裝，制得電池電芯，將電池電芯裝入鋁塑膜軟包裝中，向其內(nèi)部注入電解液后封口，進(jìn)行預(yù)充，并化成制得鋰離子二次電池。

卷繞式電芯具有：第一電極片1：由第一集流體11、涂覆在第一集流體一面的活性物質(zhì)層a12、涂覆在第一集流體另一面的活性物質(zhì)層b13組成；

第二電極片2：由第二集流體21、涂覆在第二集流體一面的活性物質(zhì)層c22、涂覆在第二集流體另一面的活性物質(zhì)層d23組成；

隔離膜3：位于第一電極片1和第二電極片2之間，將它們隔離開(kāi)；

第一極耳4：通過(guò)第一極耳引出端111與第一集流體11連接；

第二極耳5：通過(guò)第二極耳引出端211與第二集流體21連接；

第一集流體11的單側(cè)或雙側(cè)留有一個(gè)或多個(gè)間隔的第一極耳引出端111；

第二集流體21的單側(cè)或雙側(cè)留有一個(gè)或多個(gè)間隔的第二極耳引出端211；

涂覆在第一集流體11兩面的活性物質(zhì)層a12和活性物質(zhì)層b13的涂覆長(zhǎng)度不同；在第一集流體11上存在一個(gè)部位只有單面涂覆活性物質(zhì)層，為第一單面空箔14；

涂覆在第二集流體21兩面的活性物質(zhì)層c22和活性物質(zhì)層d23的涂覆長(zhǎng)度不同；在第二集流體21上存在一個(gè)部位只有單面涂覆活性物質(zhì)層，為第二單面空箔24。

第一單面空箔14的位置位于第一電極片1卷繞開(kāi)始的端部s1，即卷繞后位于卷芯內(nèi)部。第二單面空箔24的位置位于第二電極片2卷繞結(jié)束的尾部e2，即卷繞后位于卷芯外部。

活性物質(zhì)層a12的涂覆長(zhǎng)度大于等于活性物質(zhì)層c22的涂覆長(zhǎng)度；活性物質(zhì)層b13的涂覆長(zhǎng)度大于等于活性物質(zhì)層d23的涂覆長(zhǎng)度?；钚晕镔|(zhì)層a12和活性物質(zhì)層b13的涂覆寬度分別大于活性物質(zhì)層c22和活性物質(zhì)層d23的涂覆寬度。第一集流體11和第一單面空箔14直接對(duì)應(yīng)的第二極片2的位置上未涂覆活性材料層c22或活性物質(zhì)層d23。

第一極耳引出端111與第一極耳4連接的部分，經(jīng)過(guò)彎折后折到電池厚度方向；第二極耳引出端211與第二極耳5連接的部分，經(jīng)過(guò)彎折后折到電池厚度方向。具有多個(gè)第一極耳引出端111并在卷繞后重疊于同一位置；具有多個(gè)第二極耳引出端211并在卷繞后重疊于同一位置。

測(cè)試方法說(shuō)明：

容量測(cè)試：在25℃下，以800ma的電流恒流充電至4.35v，再在4.35v恒壓充電至電流小于80ma，擱置5分鐘，以800ma電流恒流放電至3.0v，以此放電容量為容量。

厚度、長(zhǎng)度、重量等參數(shù)按照公知的方法測(cè)試。長(zhǎng)度的測(cè)定部位表示如圖4、5、6、7所示(非圖片中尺寸)，為電芯底部到極耳膠頂端長(zhǎng)度。

比較例1

參照電池制作說(shuō)明制備鋰離子二次電池，負(fù)極片設(shè)計(jì)如圖9，正極片設(shè)計(jì)如圖10，卷繞結(jié)構(gòu)如圖11，極耳焊接裝配如圖4、圖6。

實(shí)施例1

參照電池制作說(shuō)明制備鋰離子二次電池，負(fù)極片設(shè)計(jì)如圖1，正極片設(shè)計(jì)如圖2，卷繞結(jié)構(gòu)如圖3，極耳焊接裝配如圖4、圖6。

實(shí)施例2

參照電池制作說(shuō)明制備鋰離子二次電池，負(fù)極片設(shè)計(jì)如圖1，正極片設(shè)計(jì)如圖2，卷繞結(jié)構(gòu)如圖3，極耳焊接裝配如圖5、圖7。

實(shí)施例3

參照電池制作說(shuō)明制備鋰離子二次電池，負(fù)極片設(shè)計(jì)如圖1，正極片設(shè)計(jì)如圖2，卷繞結(jié)構(gòu)如圖3，卷兩個(gè)卷芯，并聯(lián)裝配，極耳焊接裝配如圖5、圖8。

比較例和每個(gè)實(shí)施例各制作100只電池，其容量、厚度、長(zhǎng)度、重量的平均值如下表所示。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，容量高、厚度薄、重量輕，在更優(yōu)化的選用折疊極耳引出端的方案時(shí)(實(shí)施例2和3)，電池長(zhǎng)度更短，在體積、重量和容量上均有優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)上述原理，本發(fā)明還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷摹Ｒ虼?，本發(fā)明并不局限于上面解釋和描述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說(shuō)明書(shū)中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。