专利名称：一种电芯制作方法及其电芯与二次电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂离子二次电池，具体涉及一种更利于内应力释放、减少电芯褶皱以及改善尺寸控制的电芯制作方法及其电芯与二次电池。
背景技术：
自锂离子电池商业化以来，锂离子电池因其高能量密度和轻便易携带等特点，作为能源载体活跃在通讯，数码相机，摄像机，笔记本等领域。随着电子数码产品的升级，消费者对电池外观的要求也更趋于薄型化，原来采用外壳型号为18650,26650等圆形电芯的电子产品制造商，都将电芯的外形定位在方形电芯(含软包，聚合物电芯)以便于将电子产品设计得更加精巧。所以，大型号方形电芯在越来越多的领域存在广泛的需求。经市场调研，市场上占主流的方形大型号电芯的主要是 103450A,电池企业都开发和批量生产该型号电芯。现有的设备卷绕机将负极片、隔膜以及正极片一起从一端开始卷绕至另一端完成极组的制作，其生产的电芯10’如图1所示，负极耳20’以及正极耳30’分别位于电芯10’ 两侧，但是，该种以传统卷绕方法制作的电芯其缺点在于电芯10’需多层多次卷绕造成厚度大、层数多，同时电芯因多次卷绕过于紧致，普遍存在充电过程中因插锂膨胀后层间退让空间小导致电芯10’扭曲变形(即所谓的“褶皱”)，进而影响到电芯10’的电化学性能和尺寸控制。如果进行有关寻找低膨胀的负极替代材料的研究，存在材料研发和新材料导入周期长的问题。或者从卷绕设备入手通过减小卷绕机张力以减小电芯内层膨胀应力，但直接后果导致卷绕速度大幅减慢且电芯螺旋度高，卷绕不良率高。
发明内容
本发明的目的是提供一种更利于内应力释放、减少电芯褶皱以及改善尺寸控制的电芯制作方法及其电芯与二次电池。实现所述目的的技术方案是一种电芯制作方法，包括以下步骤正极片和负极片用隔膜隔开，使用宽卷针将正极片、隔膜以及负极片朝同一方向逐层卷绕形成长宽比值较大的卷绕芯；该卷绕芯在长度方向上至少折叠一次形成电池电芯，折叠后，正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。作为本发明的一种实施方式，该卷绕芯在长度方向上折叠一次，形成对折型电池电芯。该对折型电池电芯的具体结构为该负极耳焊接于该负极片的端头，该端头起始于卷绕芯的一端，该正极耳焊接在该正极片的收尾处并在长度方向上位于卷绕芯的中部， 使得对折后该正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。作为本发明的第二种实施方式，该卷绕芯在长度方向上折叠两次，形成二次折叠型电池电芯。该对二次折叠型电池电芯的具体结构为该负极耳焊接于该负极片的端头，该端头起始于卷绕芯的一端，该正极耳焊接在该正极片的收尾处并在长度方向上位于卷绕芯的另一端，使得二次折叠后该正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。本发明还涉及使用该方法制作的电池电芯以及二次电池。本发明与现有技术相比的有益效果是本发明的电芯制作方法，使用宽卷针将正极片、隔膜以及负极片朝同一方向逐层卷绕形成长宽比值较大的卷绕芯；该卷绕芯在长度方向上至少折叠一次形成电池电芯，亦即，从电芯结构入手，通过使用宽卷针以减少电芯的卷绕次数，减少层间应力，再通过折叠控制电芯尺寸，卷绕加折叠的电芯结构显著提高了插锂膨胀后层间应力的释放速度，有效改善了褶皱和尺寸控制。进一步地，通过各个具体实施方式
的技术方案，带来如下的有益效果本发明的电池电芯，对折型电池电芯可显著提高插锂膨胀后层间应力的释放速度，有效改善褶皱和尺寸控制，尚存在电芯两侧受力不均的弱点；二次折叠电池电芯，与对折型电池电芯相比，更有利于内层应力的释放，同时还能有效平衡电芯两侧受力不均的现象，进一步优化尺寸和改善褶皱。本发明的二次折叠电池电芯，更有利于电解液的渗透和层间热量分散，有效降低因短路和过充等局部温度过高造成的安全隐患。
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步的详细说明图1是现有电池电芯的结构示意图；图2是本实施方式的对折型电池电芯的折叠前的结构示意图；图3是本实施方式的对折型电池电芯的折叠后的结构示意图；图4是本实施方式的二次折叠型电池电芯的卷绕芯结构示意图；图5是本实施方式的二次折叠型电池电芯的卷绕芯第一次折叠过程的结构示意图；图6是本实施方式的二次折叠型电池电芯的卷绕芯第二次折叠过程的结构示意图。
具体实施例方式本实施方式涉及一种电池电芯50、500的制作方法，该方法使用宽度较大的卷针将正极片、隔膜以及负极片朝同一方向逐层卷绕形成长宽比值较大的卷绕芯10、100，该宽卷针的使用可减少形成电芯的正极片、隔膜以及负极片的卷绕层数；卷绕后，卷绕芯在长度方向上至少折叠一次形成电池电芯，本实施方式中，以折叠一次的对折型电池电芯和二次折叠型的电池电芯两例加以说明，也可更多次的折叠。本例中的电芯结构改进从电芯的制作方法入手，通过使用宽卷针以减少电芯的卷绕次数，减少层间应力，再通过折叠控制电芯尺寸，卷绕加折叠的电芯结构显著提高了插锂膨胀后层间应力的释放速度，有效改善了褶皱和尺寸控制。请参考图2至图3，所示为对折型电池电芯的制作过程。该对折型电池电芯50由正极片、隔膜以及负极片卷绕折叠而成。其中，该负极片的端头焊接负极耳20，该正极片的收尾位置附近焊接正极耳。其具体卷绕折叠过程如下正极片和负极片用隔膜隔开，使用宽度较大的卷针将正极片、隔膜以及负极片朝同一方向逐层卷绕形成长宽比值较大的卷绕芯10。该长宽比值由卷绕芯10需要折叠的次数决定，折叠得越多，则卷绕芯10就制作得更长。本例中，该卷绕芯在长度方向上沿对折位置41折叠一次，形成对折型电池电芯 50。该负极耳20焊接于该负极片的端头，该端头起始于卷绕芯10的一端，该正极耳30焊接在该正极片的收尾处并在卷绕芯10长度方向上位于对折位置41上，使得卷绕芯10对折后该正极耳30和负极耳20分别位于电池电芯50的两侧。请参考图4至图6，所示为二次折叠型电池电芯的制作过程。基于对折型电池电芯的另一种锂电池新型电芯结构及其制作方法，以103450-2. OAh的制作进行研究。该二次折叠电池电芯500包括正、负极片和隔膜，采用宽度为88士0.2毫米卷针对正负极片和隔膜进行卷绕，铝箔收尾，其中负极耳200焊接于铜箔大刮区端头，而收尾处正极耳300位置在远离负极耳端电芯边缘，使得卷绕芯100 二次折叠后该正极耳300和负极耳200分别位于电池电芯500的两侧。以距离正极耳300位置1/3倍电芯宽度处为第一折叠线45，将正极耳300端的卷绕芯100折叠一次。之后将负极耳200端的卷绕芯100沿第二折叠线47再次折叠完成电池电芯的重合，得到二次折叠电池电芯500。与对折型电池电芯结构相比，该二次折叠电池电芯500更有利于电芯内层应力的释放，同时还能有效平衡电芯两侧受力不均的现象，进一步优化尺寸和改善褶皱。此外该二次折叠电池电芯结构更有利于电解液的渗透和层间热量分散，能有效降低因短路和过充等局部温度过高造成安全隐患。该二次折叠实施方式中，以大型号103450A为例，在对折型极组模式所示结构上进一步优化，提供一种既能改善大型号褶皱和尺寸控制又能平衡电芯两侧受力不均的锂离子电池电芯。在该二次折叠电池电芯的制作中采用宽型卷针将极组卷完后再将其二次折叠，形成一种新结构极组体，该结构能更大程度上降低电芯层间应力，尤其是内层应力的释放，且与“对折型”极组模式相比，能更好的缓解电芯两侧受力不均的现象。该种卷绕加折叠的电池电芯制作简单方便，基材的准备与正常卷一样，包括正、负极片各一张以及隔离正负极间的隔膜，具体制作方法举例如下1)与对折型电池电芯50的差别在于采用宽度更大的卷针，针对103450A型号，新结构采用卷针宽度规格为88士0. 2毫米对正负极片和隔膜进行卷绕，并以铝箔收尾。其中负极耳焊接于铜箔大刮区端头，而收尾处正极耳位置在远离负极耳端电芯边缘，得到如图4 所示结构。2)在图4所示的结构中，以距离正极耳所在位置约1/3倍卷绕芯100宽度的第一折叠线处为轴线，将正极耳300端的卷绕芯折叠一次，得到如图5所示结构。3)在图6所示的结构中，将负极耳端200的卷绕芯再次折叠进行重合，得到一种二次折叠型电池电芯500，如图6所示。实施方式一与实施方式二的技术效果比对将对折型电池电芯50和二次折叠型电池电芯进行了对比，每款实验数量100PCS， 我们考察了电芯的容量、内阻和尺寸，尤其是电芯两侧的尺寸，以A侧和B侧进行区分，结果比较如下电芯结构容量/mAh尺寸/毫米电芯电芯内阻/m η(4. 2V)A侧B侧对折型2032.610. 458. 848. 6249. 8二次折叠型2033. 410. 398. 828. 7848. 4 由表中数据可知，二次折叠电池电芯在两侧力学平衡体系上更具有优势。 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种电芯制作方法，包括以下步骤正极片和负极片用隔膜隔开，使用宽卷针将正极片、隔膜以及负极片朝同一方向逐层卷绕形成长宽比值较大的卷绕芯；所述卷绕芯在长度方向上至少折叠一次形成电池电芯。
2.根据权利要求1所述的电芯制作方法，其特征在于卷绕芯折叠成电池电芯后，正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。
3.根据权利要求2所述的电芯制作方法，其特征在于所述卷绕芯在长度方向上折叠一次，形成对折型电池电芯，其中，所述负极耳焊接于所述负极片的端头，所述端头起始于卷绕芯的一端，所述正极耳焊接在所述正极片的收尾处并在长度方向上位于卷绕芯的中部，使得对折后所述正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。
4.根据权利要求2所述的电芯制作方法，其特征在于所述卷绕芯在长度方向上折叠两次，形成二次折叠型电池电芯，其中，所述负极耳焊接于所述负极片的端头，所述端头起始于卷绕芯的一端，所述正极耳焊接在所述正极片的收尾处并在长度方向上位于卷绕芯的另一端，使得二次折叠后所述正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。
5.一种电池电芯，包括正极片、隔膜以及负极片，其特征在于所述正极片、隔膜以及负极片用于朝同一方向逐层卷绕形成长宽比值较大的卷绕芯，所述卷绕芯用于在长度方向上至少折叠一次成为电池电芯，折叠后正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。
6.根据权利要求5所述的电池电芯，其特征在于所述电池电芯是在长度方向上折叠一次的对折型电池电芯，所述负极耳焊接在所述负极片的端头，该端头起始于卷绕芯的一端，所述正极耳焊接在所述正极片的收尾处并在长度方向上位于卷绕芯的中部，对折后所述正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。
7.根据权利要求5所述的电池电芯，其特征在于所述电池电芯是在长度方向上折叠两次的二次折叠型电池电芯，所述负极耳焊接于所述负极片的端头，所述端头起始于卷绕芯的一端，所述正极耳焊接在所述正极片的收尾处并在长度方向上位于卷绕芯的另一端， 使得二次折叠后所述正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。
8.一种二次电池，包括正极片、隔膜以及负极片，其特征在于所述正极片、隔膜以及负极片用于朝同一方向逐层卷绕形成长宽比值较大的卷绕芯，所述卷绕芯用于在长度方向上至少折叠一次成为电池电芯，折叠后正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。
9.根据权利要求8所述的二次电池，其特征在于所述电池电芯是在长度方向上折叠一次的对折型电池电芯，所述负极耳焊接在所述负极片的端头，该端头起始于卷绕芯的一端，所述正极耳焊接在所述正极片的收尾处并在长度方向上位于卷绕芯的中部，对折后所述正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。
10.根据权利要求8所述的二次电池，其特征在于所述电池电芯是在长度方向上折叠两次的二次折叠型电池电芯，所述负极耳焊接于所述负极片的端头，所述端头起始于卷绕芯的一端，所述正极耳焊接在所述正极片的收尾处并在长度方向上位于卷绕芯的另一端， 使得二次折叠后所述正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。
全文摘要
本发明涉及一种电芯制作方法，包括以下步骤正极片和负极片用隔膜隔开，使用宽卷针将正极片、隔膜以及负极片朝同一方向逐层卷绕形成长宽比值较大的卷绕芯；该卷绕芯在长度方向上至少折叠一次形成电池电芯，折叠后，正极耳和负极耳分别位于电池电芯的两侧。本发明从电芯的制作入手改变电芯构造，通过使用宽卷针以减少电芯的卷绕次数，减少层间应力，再通过折叠卷绕芯控制电芯尺寸，该种卷绕加折叠的电芯结构显著提高了插锂膨胀后层间应力的释放速度，有效改善了褶皱和尺寸控制。
文档编号H01M10/0525GK102237554SQ20101016367
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者何伟, 孙定元, 王世珍 申请人:深圳市比克电池有限公司