一种多卷芯单元堆叠型电芯的制作方法

本发明涉及锂二次电池技术领域，尤其涉及到一种多卷芯单元堆叠型电芯。

背景技术：

电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及手机、笔记本电脑、无人机、可穿戴设备、电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。尤其在电动汽车领域，近年来，需求旺盛，增幅显著。因此，业内对满足各种需要的电池做了许多研究，且具有高能量密度的大型动力电池已然成为行业热点。

在电池形状上，按封装的形式不同，可分为圆柱形电池、方形铝壳电池和铝塑膜软包电池。基于安全因素和轻量化、高能量密度考虑，铝塑膜软包锂二次电池已引起了较多关注。在电池材料上，对于具有高能量密度、高放电电压和高功率稳定性的、诸如锂离子电池和软包锂离子二次电池的需求很高。

基于二次电池的电极组件的结构，可通常将构造二次电池的具有阴极/隔离膜/阳极结构的电极组件分为连续卷绕型（果冻状/卷芯）结构和堆叠型结构来构造的电极组件，在所述卷绕型（果冻状/卷芯）结构中，长片型阴极和长片型阳极缠绕，同时在阴极和阳极之间分别设置了隔离膜，而在堆叠型结构中，具有预定尺寸的多个阴极片和阳极片被连续的堆叠，而在所述阴极和阳极之间分别设置了隔离膜。

但是，传统的电极组件有以下问题：

1）通过密集的卷绕长型阴极片和长型阳极片来制造果冻卷芯电极组件，在大容量电极组件的开发使用过程中，势必将极片长度加长卷绕层数加多，电芯截面呈椭圆形甚至圆形。结果在电池充电和放电期间电极的膨胀和收缩引起的应力在电极组件中累计，并且当应力累计超过特定极限时，电极组件会变形。电极组件的变形使电极之间形成不均匀的间隙，导致电池的性能衰减，内部短路，进而热失控引起的安全问题无法避免；另外电芯在充放电时，极片膨胀引起的电芯厚度膨胀较大，电芯极易变形，导致界面接触不良，尤其是在弯折处还容易出现掉粉、过充析锂的不良现象，不仅影响循环寿命，还存在安全隐患。

2）通过依次堆叠多个单元阴极和多个单元阳极来制造的堆叠型电极组件，使用电机驱动隔膜左右移动的方式实现“z”字形叠片，制作过程需要大量的时间和精力来执行顺序堆叠处理，生产效率低。且结构上端面毛刺、层面滑动带来的安全风险无法避免。

目前为了提升二次电池能量密度，作为电化学单元的果冻状卷芯总是希望卷绕的阴极/阳极极片层数越多越好，卷芯数量尽可能少；但是基于电芯安全性能考虑，又希望卷绕层数尽可能的少；基于材料的电化学性能和能量密度、安全性能的综合考量，各电化学体系需结合二次电池物理结构尺寸，寻找一个最优的平衡点。

因此，需要一种电芯来增加二次电池的可制造性，提升生产效率，改善电性能及安全性能。同时，在市场层面上，满足占主流趋势的车用动力电池更高安全性能、续航里程的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多卷芯单元堆叠型电芯，综合优化电化学性、能量密度和安全性能，既能满足二次电池高能量的要求，又能保证电池的电化学性能和使用的安全性能，且能够提升生产效率。

本发明采用的技术方案如下：一种多卷芯单元堆叠型电芯，包括电芯本体，所述电芯本体包括n个上、下堆叠放置的卷芯单元，其中n≥2，n个卷芯单元彼此之间通过连续卷绕的电芯隔离膜隔开，所述电芯隔离膜外部的自由端与电芯本体固定为一体，所述卷芯单元是由阴极板、阳极板以及将阴极板、阳极板隔离开的卷芯隔离膜形成的卷绕型结构。

优选的，所述卷芯单元中阴极板、阳极板以及卷芯隔离膜的卷绕折数为3-23折；所述卷芯单元的末端以卷芯隔离膜向外伸出收尾。

优选的，所述电芯本体中的卷芯单元为n个，其中2≤n≤27。

优选的，每个卷芯单元的阴极板上焊接有阴极极耳，阳极板上焊接有阳极极耳。

优选的，各个卷芯单元的阴极极耳为上、下重叠，呈并联耦合状态；各个卷芯单元的阳极极耳为上、下重叠，呈并联耦合状态。

优选的，所述阴极极耳、阳极极耳为模切极耳。

优选的，所述阴极极耳、阳极极耳为处于电芯本体不同侧的全极耳。

优选的，所述电芯隔离膜、卷芯隔离膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜中的一种或者是两者的组合物。

优选的，所述电芯隔离膜、卷芯隔离膜的其中一面上涂覆有陶瓷粉和粘结剂的混合物。

优选的，所述电芯隔离膜采用回型方式卷绕，所述电芯隔离膜外部的自由端通过热熔或者是利用胶纸实现与电芯本体固定为一体。

本发明的优点在于：

1、利用电芯隔离膜连续卷绕实现将多个堆叠的卷心单元缠绕在一起，避免电芯之间滑动，满足提升容量的同时，保证二次电池的能量要求，弥补了传统意义上的果冻型卷芯和堆叠型电芯的缺陷。

2、电芯本体内的电芯数量为2-27个，该数量下具有较优的极耳性能。

3、每个电芯单元的阴极板、阳极板以及卷芯隔离膜的卷绕折数为3-23折，相对层数较少，该厚度下可有效的防止电池在充放电循环的过程中电化学膨胀引起的褶皱变形问题，以及引发的安全问题。

4、各个卷芯单元均是以隔膜首尾，结构一致，不需要考虑阴极、阳极的对位问题，操作更加便利，有利于提高生产效率，同时可避免传统的工艺端面毛刺及层面滑动带来的安全问题。

附图说明

图1为本发明卷芯单元中阴极板、阳极板以及卷芯隔离膜的卷绕成型的侧视图。

图2为本发明多个卷心单元堆叠并由电芯隔离膜卷绕成型的侧视图。

图3为本发明中模切极耳型的电芯本体的结构示意图。

图4为本发明中全极耳型的电芯本体的结构示意图

图中：1、卷芯单元，2、阴极板，21、阴极极耳，3、阳极板，31、阳极极耳，4、卷芯隔离膜，10、电芯本体，11、电芯隔离膜，12、胶纸。

具体实施方式

下面对本发明一种多卷芯单元堆叠型电芯作进一步详细描述。

实施例1

一种多卷芯单元堆叠型电芯，如图1、2、3所示，包括电芯本体10，电芯本体10包括5个上、下堆叠放置的卷芯单元1，5个卷芯单元1彼此之间通过连续卷绕的电芯隔离膜11隔开，电芯隔离膜11外部的自由端与电芯本体10固定为一体，卷芯单元1是由阴极板2、阳极板3以及将阴极板2、阳极板3隔离开的卷芯隔离膜4形成的卷绕型结构。

其中，卷芯单元1中阴极板2、阳极板3以及卷芯隔离膜4的卷绕折数为4折；卷芯单元1的末端以卷芯隔离膜4向外伸出收尾。

其中，电芯本体10中的卷芯单元1为5个。

其中，每个卷芯单元1的阴极板2上焊接有阴极极耳21，阳极板3上焊接有阳极极耳31。

其中，各个卷芯单元1的阴极极耳21为上、下重叠，呈并联耦合状态；各个卷芯单元1的阳极极耳31为上、下重叠，呈并联耦合状态。

其中，阴极极耳21、阳极极耳31为模切极耳。

其中，电芯隔离膜11、卷芯隔离膜4为聚乙烯膜、聚丙烯膜的组合物。

其中，电芯隔离膜11、卷芯隔离膜4的其中一面上涂覆有陶瓷粉和粘结剂的混合物。

其中，电芯隔离膜11采用回型方式卷绕，电芯隔离膜11外部的自由端通过胶纸12实现与电芯本体10固定为一体。

实施例2

一种多卷芯单元堆叠型电芯，如图1、2、4所示，包括电芯本体10，电芯本体10包括5个上、下堆叠放置的卷芯单元1，5个卷芯单元1彼此之间通过连续卷绕的电芯隔离膜11隔开，电芯隔离膜11外部的自由端与电芯本体10固定为一体，卷芯单元1是由阴极板2、阳极板3以及将阴极板2、阳极板3隔离开的卷芯隔离膜4形成的卷绕型结构。

其中，卷芯单元1中阴极板2、阳极板3以及卷芯隔离膜4的卷绕折数为4折；卷芯单元1的末端以卷芯隔离膜4向外伸出收尾。

其中，电芯本体10中的卷芯单元1为5个。

其中，每个卷芯单元1的阴极板2上焊接有阴极极耳21，阳极板3上焊接有阳极极耳31。

其中，各个卷芯单元1的阴极极耳21为上、下重叠，呈并联耦合状态；各个卷芯单元1的阳极极耳31为上、下重叠，呈并联耦合状态。

其中，阴极极耳21、阳极极耳31为处于电芯本体不同侧的全极耳。

其中，电芯隔离膜11、卷芯隔离膜4为聚乙烯膜、聚丙烯膜的组合物。

其中，电芯隔离膜11、卷芯隔离膜4的其中一面上涂覆有陶瓷粉和粘结剂的混合物。

其中，电芯隔离膜11采用回型方式卷绕，电芯隔离膜11外部的自由端通过胶纸12实现与电芯本体10固定为一体。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。