卷绕式扣式电池的制作方法

1.本实用新型涉及一种电池领域，尤其是涉及一种卷绕式扣式电池。


背景技术：

2.扣式电池也被称为纽扣电池，是一种形状像钮扣的圆盘形扁电池。扣式电池通常是由正极杯和负极顶通过一个密封垫圈互相扣合构成的，密封垫圈用于密封及将正负极绝缘同时又使电池保持密封。
3.正极杯与负极顶通常由镀镍的薄钢板或是不锈钢板通过冲压而成，密封垫圈的材质为具有一定弹性的高分子材料，比较常见的是聚丙烯塑料。
4.通常地，正负极材料是压成圆饼状后分别放入到正极杯与负极顶中，正负极之间再放置隔离层并加入必要的电解液，然后与密封垫圈组合成一个电池。
5.将正负极压成饼状的结构，正负极通常只有一层，因此正负极之间的接触面积也就只有饼状正负极的截面积大小；同时由于正负极只有一层，因此正负极的厚度都比较厚。这些因素都不利于电池放电时的电流传输以及放电产物之间的输送，因此这种结构的电池存在着电池内阻大、工作电流小的问题，这种电池的放电电流通常只能以毫安级甚至微安级进行，电池的使用也因此受到较大的限制。
6.随着电子技术的发展，尤其是数字技术和穿戴式设备的发展，对扣式电池的性能提出了更高要求。
7.授权公告号为cn207602716u的一种卷绕式电池及电池组、申请公布号为 cn108258294a的一种卷绕式电芯、电芯卷绕方法以及卷绕式电池、以及授权公告号为 cn102804473b的具有卷绕电极的纽扣电池及其制造方法均公开了一种卷绕式电芯，电芯由正极片、负极片以及隔膜卷绕而成，正极片的一端设有正极极耳，负极片的一端设有负极极耳，通过两侧的极耳将电流从电芯引出到电池外壳中。
8.这种方式的卷绕式电池结构，其实质就是传统的卷绕式圆柱形电池的扁平化，也就是将电极的宽度大幅度变窄、达到扣式电池厚度范围之内，还是保留了卷绕式圆柱形电池的结构特征：电池极材料是涂布在金属箔片(铜、铝箔)上的、再从其上用极耳引出电流，由于扣式电池容积大幅度减小，尤其是厚度大幅度降低，这些铜、铝箔基体金属的存在将占去大量的内部容积，尤其是两则需要留出一定的涂布间隔以及隔膜，因此有限容也将大幅度降低，而极耳的存在不但占去宝贵的内部空间，也因为内部空间窄小大大增加的工艺难度，因此这种结构不但在电容量上受到很大制约，而且工艺难度也很大、产品成品率低、可靠性不高。


技术实现要素：

9.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、电容量大、电性能优良的卷绕式扣式电池。
10.本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：卷绕式扣式电池包括正极
杯、负极顶、电芯及电解液，所述的电芯容纳在由正极杯和负极顶组合形成的空间中，所述的电芯从外到内依次由正极涂层、第一隔膜层、负极涂层和第二隔膜层相隔卷绕形成；
11.所述的电芯包括与所述的正极杯接触的第一端面和与所述的负极顶接触的第二端面；
12.所述的正极涂层的一边缘直至所述的电芯的第一端面，且正极涂层的另一边缘与电芯的第二端面留有第一空白区域；
13.所述的负极涂层的一边缘直至所述的电芯的第二端面，且负极涂层的另一边缘与电芯的第一端面留有第二空白区域；
14.所述的电芯的第一端面上涂覆第一导电涂层，以使所述的正极涂层与所述的正极杯导通；所述的电芯的第二端面上涂覆第二导电涂层，以使所述的负极涂层与所述的负极底导通。
15.本实用新型解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的正极涂层涂覆在所述的第一隔膜层的外表面，所述的负极涂层涂覆在所述的第一隔膜层的内表面。
16.本实用新型解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的正极涂层涂覆在第一隔膜层的外表面，所述的负极涂层涂覆在第二隔膜层的外表面。
17.本实用新型解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的第一空白区域和第二空白区域涂覆绝缘涂层，使所述的正极涂层与第一导电涂层绝缘，所述的负极涂层与第二导电涂层绝缘。
18.本实用新型解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：正极涂层、负极涂层和绝缘涂层采用图形印刷、刷涂、喷涂中的至少一种方式涂覆。
19.本实用新型解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的第一空白区域和第二空白区域的宽度为0.5～2mm。
20.本实用新型解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的第一导电涂层或第二导电涂层包括粘结剂、稀释剂及超细石墨颗粒或超导碳黑、石墨烯、碳纳米管。
21.本实用新型解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的第一导电涂层或第二导电涂层包括粘结剂、稀释剂及金属粉末，金属粉末包括铜、铝、银、镍等。
22.本实用新型解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的第一导电涂层或第二导电涂层采用真空镀层，所镀材料包括铜、铝、银、镍等金属材料；
23.本实用新型解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的第一导电涂层或第二导电涂层的涂覆厚度为10～200μm。
24.本发明是一种与现有技术截然不同的电池技术，本发明利用隔膜作为正、负极涂层的基体，省去了作为集流体的铜、铝箔，大大增加了电池内部空间的有效利用率、大幅度提高了电池容量；利用正、负极涂层的一侧边缘与电芯端面上的导电涂层连通而引出电流，而不是依靠焊接在铜、铝箔集体某一个点上的极耳引出电流，不但电芯结构大大简化，而且导出的电流密度均匀、距离大幅度缩短、截面积大幅度增加，从而有效减少了电池内部的电阻；同时，也简化了电池的生产工艺，精简电池内部结构，有利于缩小电池体积，并避免了原有极耳机构容易出现的极耳脱落、击穿等缺陷。
附图说明
25.以下将结合附图和优选实施例来对本实用新型进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本实用新型范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
26.图1为本实用新型的实施例一的电极涂层涂覆的示意图一；
27.图2为本实用新型的实施例一的电极涂层涂覆的示意图二；
28.图3为本实用新型的实施例一的待卷电极制备的示意图；
29.图4为本实用新型的实施例一的电芯的示意图；
30.图5为本实用新型的实施例一的电芯的局部放大图；
31.图6为本实用新型的实施例一的卷绕式扣式电池的示意图；
32.图7为本实用新型的实施例二的待卷电极制备的示意图。
具体实施方式
33.以下将参考附图来详细描述本实用新型的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本实用新型的保护范围。
34.应注意到：相似的标号在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可能不再对其进行进一步定义和解释。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.实施例一：
37.本实施例制备卷绕式扣式电池的方法，包括如下步骤：
38.一、准备工作：
39.隔膜的准备：取宽幅的由第一隔膜带沿长度方向卷绕形成的第一隔膜卷和第二隔膜带沿长度方向卷绕形成第二隔膜卷，根据扣式电池的高度将第一隔膜卷和第二隔膜卷裁剪成适宜宽度，使第一隔膜带和第二隔膜带的宽度相同。
40.优选地，本实施例中，第一隔膜带和第二隔膜带可选用pe、pp、pet中的任一一种。
41.正负极材料的准备：将相应的活性物质、导电剂、粘结剂以及必要的分散剂混合形成所需的正极材料和负极材料。
42.优选地，正极活性物质为钴酸锂，负极活性物质为硅碳材料。
43.二、电池制作：
44.步骤一：制备待卷电极
45.a、如图1、2所示，取第一隔膜卷，将第一隔膜卷逐渐展开成第一隔膜带，采用图形印刷方式在展开的第一隔膜带的第一表面和第二表面分别涂覆正极材料和负极材料。
46.涂覆后，在铺开的第一隔膜带上形成若干个并列的涂覆单元，每个涂覆单元对应与一个电芯。后续第一隔膜带将被分切形成每一个电芯的第一隔膜层2。每个第一隔膜层2
的涂覆导电涂层的带状涂覆区a位于两个面的不同侧，而在相对另一侧留出一空白带 b。即每个第一隔膜层2的第一表面由沿隔膜长度方向延伸的相互平行的带状的正极涂层1和第一空白带11形成，每个第一隔膜层2的第二表面由沿隔膜长度方向延伸的相互平行的带状的负极涂层3和第二空白带13形成。其中，第一空白带11和第二空白带 13位于两个面的不同侧，带状的正极涂层1和带状的负极涂层3的一边都分别涂至第一隔膜带2的两个面的不同侧的边缘。
47.应当说明的是，采用图形印刷方式可使涂覆位置精确。除图形印刷方式外，电极涂层的涂覆方式还可以为刷涂或喷涂等方式。
48.根据电池规格的不同，第一空白带11和第二空白带13的宽度可以为0.5～2毫米，本实施例中，第一空白带11和第二空白带13的宽度为1mm。
49.优选地，在正极涂层1和负极涂层3上再涂覆一层第三导电涂层6，通过这样的方式，对卷绕后的正负极起到集流作用。
50.进一步优选地，采用图形印刷方式在第一空白带11和第二空白带13内涂满绝缘涂层7。
51.应当说明的是，待卷电极制备过程中采用印刷涂布设备，分别将正极或负极材料、第三导电涂层以及绝缘涂层涂布到隔膜上。为提高效率，上述涂布是在宽幅的隔膜带上以图形印刷的方式连续印上去，后续再进行分切的。
52.优选地，在隔膜上采用图形印刷方法印上电极涂层时，在前后段留出分切的间隙，以便于后续分切，可以有效避免裁切到料的掉粉和切刀造成的毛刺短路状况。通过这样的方式可以实现电极涂层涂覆的连续作业，简化生产工艺，降低生产成本，提高生产效率。
53.b、将第二隔膜卷逐渐展开为第二隔膜带，将第二隔膜带对齐覆盖在步骤a完成涂覆的第一隔膜带附着有负极涂层的一面，形成叠层结构。
54.c、对步骤b的叠层结构对应涂覆单元进行分段分切，由此形成待卷电极。待卷电极自上而下包括正极涂层1、第一隔膜层2、负极涂层3、第二隔膜层4。
55.步骤二：制备电极卷
56.如图3所示，利用卷绕机将上一步制作的待卷电极以一端为首进行卷绕形成电极卷，卷绕方向如图3箭头所示，即按正极涂层1朝外的方向卷绕。卷绕后，在电极卷外周贴上固定用的胶带，避免电极卷松弛。
57.形成的电池卷从外到内依次由正极涂层1、第一隔膜层2、负极涂层3和第二隔膜层4相隔卷绕形成。正极涂层1位于第一隔膜层2的外表面，负极涂层3位于第二隔膜层4的内表面。
58.正极涂层1的一边缘直至电池卷的第一端面，且正极涂层1的另一边缘与电池卷的第二端面留有第一空白区域或第一空白区域涂满绝缘涂层7；负极涂层3的一边缘直至电池卷的第二端面，且负极涂层3的另一边缘与电池卷的第一端面留有第二空白区域或第一空白区域涂满绝缘涂层7，绝缘涂层为第一空白区域和第二空白区域的宽度，也就是第一空白带和第二空白带的宽度，该宽度尺寸为0.5～2毫米。
59.步骤三：形成电芯
60.如图3、4所示，电池卷的第一端面上涂覆第一导电涂层8，第二端面上涂覆第二导电涂层9，从而形成电芯。
61.优选地，第一导电涂层8或第二导电涂层9的涂覆厚度为10～200μm。
62.应当理解的是，正极涂层1的边沿与电池卷的第一端面齐平，从而正极涂层1与第一导电涂层8导通，而负极涂层3的边沿通过绝缘涂层7或第一空白区域与第一导电涂层9隔离而绝缘。对应地，负极涂层3的边沿与电池卷的第二端面齐平，从而负极涂层 3与第二导电涂层9导通，而正极涂层1的边沿通过绝缘涂层7或第二空白区域与第二导电涂层9隔离而绝缘。此外正极涂层1和负极涂层3的表面均涂覆第三导电涂层6，此处不再展开。
63.作为一种可选方式，第一导电涂层或第二导电涂层包括粘结剂、稀释剂及超细石墨颗粒或超导碳黑、石墨烯、碳纳米管。
64.作为一种另一种可选方式，第一导电涂层或第二导电涂层包括粘结剂、稀释剂及金属粉末，金属粉末包括铜、铝、银、镍等。
65.此外，第一导电涂层或第二导电涂层还可以采用真空镀层，所镀材料包括铜、铝、银、镍等金属材料。
66.步骤四：电池成型
67.如图4
‑
6所示，按电芯100的第二端面c朝向负极顶200底面的方向，将电芯100 放入负极顶200中，加入电解液，装上密封垫圈400后，扣上正极杯300，使电芯100 的第一端面d朝向正极杯300的内表面，利用电池封装设备将电池密封。
68.优选地，正极杯300与负极顶200通常由镀镍的薄钢板或是不锈钢板通过冲压而成，密封垫圈的材质为具有一定弹性的高分子材料，比较常见的是聚丙烯塑料。
69.形成的卷绕式扣式电池包括正极杯300、负极顶200、电芯100及电解液，电芯100 容纳在由正极杯300和负极顶200组合形成的空间中，电芯100从外到内依次由正极涂层1、第一隔膜层2、负极涂层3和第二隔膜层4相隔卷绕形成；电芯100包括与正极杯300接触的第一端面c和与负极顶200接触的第二端面d；正极涂层1的一边缘直至电芯100的第一端面c，且正极涂层1的另一边缘与电芯100的第二端面d留有第一空白区域；负极涂层3的一边缘直至电芯100的第二端面d，且负极涂层3的另一边缘与电芯100的第一端面c留有第二空白区域；电芯100的第一端面c上涂覆第一导电涂层8，以使正极涂层1与正极杯300导通；电芯100的第二端面d上涂覆第二导电涂层 9，以使负极涂层3与负极底200导通。
70.由于整个电芯100展开厚度很薄、而长度又比较长，因此正负极之间的接触面积很大，电池具有很小的欧姆内阻并且离子导电性也很好，因此电池性能大幅度提高。
71.而第一导电涂层与第二导电涂层取代原有圆柱形卷绕电池中常规采用的极耳不仅减少了其对内部空间的占用，增大了电池活性物质的可容纳空间，从而提高了电池容量，更重要的是，第一导电涂层与第二导电涂层取代极耳使得两个电极之间的距离缩短，截面积增大，从而降低了电池内阻，提高了电池性能。同时，也简化了电池的生产工艺，精简电池内部结构，有利于缩小电池体积，并避免了原有极耳机构容易出现的极耳脱落、击穿等缺陷。
72.进一步优选地，负极顶200以及正极杯300内表面也可以涂上导电涂层以减少电极与负极顶200以及正极杯300之间的接触电阻。
73.实施例二：
74.本实施例制备卷绕式扣式电池的方法，包括如下步骤：
75.一、准备工作：
76.隔膜的准备：取宽幅的由第一隔膜带沿长度方向卷绕形成的第一隔膜卷和第二隔膜带沿长度方向卷绕形成第二隔膜卷，根据扣式电池的高度将第一隔膜卷和第二隔膜卷裁剪成适宜宽度，使第一隔膜带和第二隔膜带的宽度相同。
77.优选地，本实施例中，第一隔膜带和第二隔膜带可选用pe、pp中的任一一种。
78.优选地，第一隔膜带和第二隔膜带的第二表面进行陶瓷镀膜处理。
79.正负极材料的准备：将相应的活性物质、导电剂、粘结剂以及必要的分散剂混合形成所需的正极材料和负极材料。
80.优选地，正极活性物质为钴酸锂，负极活性物质为硅碳材料。
81.三、电池制作：
82.制备待卷电极：
83.a、采用图形印刷方式在由第一隔膜卷展开的第一隔膜带的第一表面涂覆正极材料，在由第二隔膜卷展开的第二隔膜带的第一表面涂覆负极材料。
84.如图7所示，涂覆后，第一隔膜带和第二隔膜带的第一表面上均形成若干个并列的对应与待卷电极的涂覆单元，涂覆后，在铺开的第一隔膜带上形成若干个并列的涂覆单元，每个涂覆单元对应与一个电芯。后续第一隔膜带将被分切形成每一个电芯的第一隔膜层2’。同理第二隔膜带将被分切形成每一个电芯的第二隔膜层4’。
85.第一隔膜层2’的第一表面由沿隔膜长度方向延伸的相互平行的带状的正极涂层 1’和第一空白带形成，第二隔膜层4’的第一表面由沿隔膜长度方向延伸的相互平行的带状的负极涂层3’和第二空白带形成。
86.应当说明的是，采用图形印刷方式可使涂覆位置精确。除图形印刷方式外，电极涂层的涂覆方式还可以为刷涂或喷涂等方式。
87.根据电池规格的不同，第一空白带和第二空白带的宽度可以为0.5～2毫米，本实施例中，第一空白带和第二空白带的宽度为1mm。
88.优选地，在正极涂层1’和负极涂层3’上再涂覆一层第三导电涂层6’，通过这样的方式，对卷绕后的正负极起到集流作用。
89.进一步优选地，采用图形印刷方式在第一空白带和第二空白带内涂满绝缘涂层7’。
90.应当说明的是，待卷电极制备过程中采用印刷涂布设备，分别将正极或负极材料、第三导电涂层以及绝缘涂层涂布到隔膜上。为提高效率，上述涂布是在宽幅的隔膜带上以图形印刷的方式连续印上去，后续再进行分切的。
91.优选地，在隔膜上采用图形印刷方法印上电极涂层时，在前后段留出分切的间隙，以便于后续分切，可以有效避免裁切到料的掉粉和切刀造成的毛刺短路状况。通过这样的方式可以实现电极涂层涂覆的连续作业，简化生产工艺，降低生产成本，提高生产效率。
92.b、将步骤a中涂覆有正极涂层的第一隔膜带和涂覆有负极涂层的第二隔膜带对齐叠放，形成带状的叠层结构。需要注意的是，叠放时，中，正极涂层和负极涂层被位于带状的叠层结构的不同侧。
93.优选地，在本实施例中，在准备工作中第一隔膜带和第二隔膜带的宽度为所需宽度的两倍，涂覆电极涂层时，电极涂层涂覆于隔膜的中间涂覆区域，隔膜的两侧均留出等距的留白区，并在两侧留白区印上绝缘涂料，然后从中间切开分成两片，从而提高生产效率。
94.c、对步骤b的叠层结构对应涂覆单元进行分段分切，由此形成待卷电极。待卷电极自上而下包括正极涂层、第一隔膜层、负极涂层、第二隔膜层。
95.此外，本实施中，电极卷的制作、电芯的制作和电池的成型步骤与实施例一一样，此处不再累述。
96.以上对本实用新型所提供的卷绕式扣式电池进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理本实用新型及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。