【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，尤其是涉及一种卷芯的设计方法及其应用。
技术介绍
1、现有技术中，影响圆柱电池的循环寿命的众多因素中，卷芯内部应力的释放是限制圆柱电池的主要因素之一。大家熟知，在电池循环过程中，正负极片中的活性材料会受锂离子的脱嵌影响导致其体积的变化，宏观上在正负极片上表现为极片厚度的膨胀-收缩。同时受圆柱电池本质特性（圆柱体受力均匀，使得圆柱体直径方向上变化不大）的影响，因此由极片充放电带来的极片厚度上变化带来的应力只能是释放在圆柱体卷芯内部，这样一方面会使增加卷芯的内部应力，随着电池循环次数的增加、极片厚度的不断膨胀，卷芯内部应力不断增加，就会导致卷芯断裂，从而电池失效。另一反面，极片厚度的膨胀会压缩卷芯内部间隙的空间和正负极中间隔膜的厚度，因隔膜厚度的不断缩小隔膜内部的孔隙（导通锂离子在正负极间穿梭的通道）的减小，从而影响锂离子在正负极间的离子电导率，进而使得电池的阻抗增加、电池寿命降低。
2、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于提供一种卷芯的设计方法，通过该设计方法制备得到的卷芯，其循环寿命长，以解决上述技术问题。
2、本专利技术的第二目的在于提供上述设计方法在提高圆柱电池循环寿命中的应用。
3、为了实现以上目的，特采用以下技术方案：
4、第一方面，本专利技术提供了一种卷芯的设计方法，所述卷芯主要由第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片螺旋卷绕得到；卷芯中，依次相邻的一层第一隔膜、一层负极片
5、卷芯卷绕过程中，通过调控正极片、负极片和隔膜的张力控制卷芯基本单元的层间隙，使得层间隙满足以下关系：
6、δ/（h2-h1）=0.45~1；
7、其中，h1为0%soc状态卷芯基本单元的厚度；h2为100%soc状态卷芯基本单元的厚度；δ为卷芯基本单元的层间隙；
8、所述正极片的张力、负极片的张力、隔膜的张力和卷芯基本单元的层间隙满足以下关系：
9、fc=-795×ln（δ）+λc；
10、fa=-815×ln（δ）+λa；
11、fs=-655×ln（δ）+λs；
12、其中，fc为正极片的张力；fa为负极片的张力；fs为隔膜的张力；λc=2400~2650gf；λa=2500~2800gf；λs=2000~2300gf；fc、fa和fs的取值范围为：100~2500gf。
13、作为进一步技术方案，h1= c1+a1+2×s；
14、h2= c2+a2+2×s；
15、其中，c1为0%soc状态的正极片厚度；c2为100%soc状态的正极片厚度；a1为0%soc状态的负极片厚度；a2为100%soc状态的负极片厚度；s为隔膜的厚度。
16、作为进一步技术方案，c1=c2×（1+η1 ），其中η1为正极片充放电的反弹系数 ，η1的取值为0~3%；
17、a1=a2/（1+η2），其中η2为负极片充放电的反弹系数，η2的取值为0~30%。
18、作为进一步技术方案，c1的取值为60~210μm，a1的取值为40~180μm，s的取值为7~30μm。
19、作为进一步技术方案，所述正极片主要由集流体和涂覆于集流体上的正极浆料组成；
20、所述集流体包括铝箔；
21、所述正极浆料包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。
22、作为进一步技术方案，所述正极活性物质包括：磷酸铁锂、三元材料、钴酸锂或磷酸锰铁锂；
23、和/或，所述导电剂包括：乙炔黑、碳黑、碳纳米管或石墨烯；
24、和/或，所述粘结剂包括：聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚丙烯醇或聚丙烯酸。
25、作为进一步技术方案，所述负极片主要由集流体和涂覆于集流体上的负极浆料组成；
26、所述集流体包括铜箔；
27、所述负极浆料包括负极活性物质、导电剂和粘结剂。
28、作为进一步技术方案，所述负极活性物质包括：石墨或无定型碳；
29、和/或，所述导电剂包括：乙炔黑、碳黑、碳纳米管或石墨烯；
30、和/或，所述粘结剂包括：聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚丙烯醇或聚丙烯酸。
31、第二方面，本专利技术提供了上述设计方法在提高圆柱电池循环寿命中的应用。
32、作为进一步技术方案，所述圆柱电池包括铝壳结构的圆柱电池或钢壳结构的圆柱电池。
33、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
34、本专利技术中，通过利用卷绕张力来控制卷芯中正极片/隔膜和负极片/隔膜间的间隙，同时通过匹配正负电极的设计来控制正负极片充放电过程中的膨胀率，通过设计间隙和膨胀率的匹配来巧妙改善电池充放电过程中应力的释放，从而提高电池的循环寿命。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种卷芯的设计方法，其特征在于，所述卷芯主要由第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片螺旋卷绕得到；卷芯中，依次相邻的一层第一隔膜、一层负极片、一层第二隔膜和一层正极片构成卷芯基本单元；
2. 根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，H1= C1+A1+2×S；
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，C1=C2×（1+η1），其中η1为正极片充放电的反弹系数，η1的取值为0~3%；
4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，C1的取值为60~210μm，A1的取值为40~180μm，S的取值为7~30μm。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述正极片主要由集流体和涂覆于集流体上的正极浆料组成；
6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述正极活性物质包括：磷酸铁锂、三元材料、钴酸锂或磷酸锰铁锂；
7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述负极片主要由集流体和涂覆于集流体上的负极浆料组成；
8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述负极活性物质包括：石
9.权利要求1~8任一项所述的设计方法在提高圆柱电池循环寿命中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述圆柱电池包括铝壳结构的圆柱电池或钢壳结构的圆柱电池。
...【技术特征摘要】
1.一种卷芯的设计方法，其特征在于，所述卷芯主要由第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片螺旋卷绕得到；卷芯中，依次相邻的一层第一隔膜、一层负极片、一层第二隔膜和一层正极片构成卷芯基本单元；
2. 根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，h1= c1+a1+2×s；
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，c1=c2×（1+η1），其中η1为正极片充放电的反弹系数，η1的取值为0~3%；
4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，c1的取值为60~210μm，a1的取值为40~180μm，s的取值为7~30μm。
5.根据权利要求1所述的设计方...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓伟，宋章训，杨亦双，杨庆亨，
申请(专利权)人：江苏中兴派能电池有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。