一种卷绕式结构的方形锂离子电池制造技术

本实用新型专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种卷绕式结构的方形锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，正极包括正极集流体及涂布在正极集流体上的正极材料层，正极在转角区域的正极材料层的厚度与正极本体区域的正极材料层的厚度的比值小于等于90％，转角区域在卷绕方向的长度为0.5～4个电芯厚度。相对于现有技术，本实用新型专利技术优化了电极结构的卷绕式方形锂离子电池，在其电极的转角区域，涂布的电极材料层厚度低于其本体区域的电极材料层厚度，以此降低电池在充放电及循环过程中因电极膨胀导致的应力，降低电池的变形率，减少电池循环过程的表观厚度，提高电池的能量密度，及改善电池性能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种卷绕式结构的方形锂离子电池，特别是一种能够降低变形率的卷绕式结构的方形锂离子电池。
技术介绍
方形电池形状规则，厚度可控，能够适应现代消费电子超轻薄发展的趋势；同时方形电池形相对圆柱形电池比表面积大，有利于大容量电池的散热；方形结构也有利于大规模电池的组装，因此也适于汽车动力电池、储能电池等大规模储能的应用。目前，方形电池电极、隔膜组件的组装方式主要包括叠片和卷绕两种方式。其中，卷绕方式组装方形电池有利于机械自动化生广，提闻生广效率和广品的可罪性。然而相对于叠片式结构的电池，卷绕式结构的电池在循环过程中容易发生变形，从而导致电池厚度增加，体积能量密度降低，以及造成电极间的界面变差，电池性能恶化。理想的方形电池应为一平整的方块形状，电池变形是指电池某些部位隆起而背面凹陷，或某些部位凹陷而背面隆起等各种使造成电池不平整的现象。出现这种现象的原因在于卷绕式结构的电池充放电循环过程中因电极膨胀而导致在电池内部不同位置存在不均匀的应力分布，因而容易发生变形；而叠片式结构的电池，各极片独立、平行堆叠，极片均匀膨胀，没有应力分布，因而叠片式电池是整个厚度方向的均匀膨胀，没有变形的问题。电极在循环过程中的膨胀包括由于电极材料充放电过程中的晶格膨胀、电解液对电极的溶胀、因电极加工过程产生的应力在循环过程中逐渐释放导致的电极膨胀，以及电极活性材料在循环过程中因表面膜生长导致的膨胀。在叠片式电池中，极片各个部位均匀膨胀，同时各个集流体不是一个整体，不会互相限制，因此电极膨胀时，电池可整体均匀的膨胀，不易造成电池变形的问题。而卷绕式结构的电池，极片膨胀时受到集流体、隔膜的束缚，从而使内部产生不均匀应力分布，导致电池变形问题。有鉴于此，确有必要提供一种能够解决变形问题的卷绕式结构的方形锂离子电池。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种能够解决变形问题的卷绕式结构的方形锂离子电池。为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案一种卷绕式结构的方形锂离子电池，包括电芯、用于容纳所述电芯的包装袋和灌注于所述包装袋内的电解液，所述电芯包括正极、负极和间隔于所述正极和负极之间的隔膜，所述正极包括正极集流体及涂布在正极集流体上的正极材料层，所述负极包括负极集流体及涂布在负极集流体上的负极材料层，所述正极在转角区域的正极材料层的厚度与正极本体区域的正极材料层的厚度的比值小于等于90%，所述转角区域在卷绕方向的长度为0.5 4个电芯厚度。其中，转角区域是指电极在其转角位置附近的区域。转角区域其在卷绕方向的长度约为O. 5 4倍电芯厚度，以I 2倍的电芯厚度最佳，太短则难以起到抑制电池变形的作用，太长则导致电池能量密度损失。同时，转角区域相对电极转角位置尽量对称分布，其相对转角处转角区域两边长度比在O. 6 1. 5之间，以使电极分布均匀，达到更佳效果。本体区域是指除转角区域以外的区域。使用此优化结构的电极组装的电池，在充放电、循环过程中，在其卷绕结构的转角区域因电极膨胀产生的应力小，减轻了应力分布不均匀的问题，因而可以减少电池的变形率。在实施中发现，当转角区域的正极材料层厚度相当于正极本体区域电极材料层厚度的90%时，电池变形即有改善。作为本技术卷绕式结构的方形锂离子电池的一种改进，所述负极在转角区域的负极材料层的厚度与负极本体区域的负极材料层的厚度的比值小于等于90%。为实现电极(正极或负极)转角区域涂布的电极层厚度低于本体区域电极层厚度，可以采用如下实施方法第一种是一次性涂布，然后在转角区域吸取、粘取等方法取出一定量的浆料或干燥后磨除、剔除等方法减少活性涂层厚度；第二种是间歇式的调节涂布头的缝隙，在转角区域直接涂布较少的浆料；第三种是两次涂布方法，即先整体涂布一层，然后再涂布本体区域，第二次涂布在转角区域不涂；其中第一种方法和第二种方法在实施上较为困难，第三种方法是目前较为简单、可行的方法。作为本技术卷绕式结构的方形锂离子电池的一种改进，所述正极在转角区域的正极材料层的厚度与正极本体区域的正极材料层的厚度的比值小于等于30%。此时，转角区域活性材料较少，空间多、电极膨胀少；电池膨胀主要体现在本体区域，电池内部几乎不存在应力分布，此时电极膨 胀对电池的影响与叠片电池类似，电池整体在厚度方向膨胀，而基本没有变形的现象。作为本技术卷绕式结构的方形锂离子电池的一种改进，所述正极的转角区域为空白正极集流体，这是本技术的一种特殊情况，也就是说转角区域也可以不涂布电极活性物质，这时电池充放电循环过程的膨胀与叠片电池的膨胀行为相似，对降低电池循环过程的变形率有较好的效果。但是由于裸露的集流体在其边沿容易产生枝状金属碎片，此碎片容易刺穿隔膜导致电池短路。因此，在未涂布的区域需要施加保护层，避免枝晶造成的短路。此保护层可以以下几种方法实现方法一是贴胶带，使用一些化学、电化学稳定的胶带，贴覆在空白集流体区域；方法二是涂覆聚合物层或无机颗粒/粘结剂保护涂层于空白集流体区域；方法三是涂覆导电剂/粘结剂导电涂层于集流体上。前两种方法可覆盖空白集流体前后少量的区域，后一种方法可在涂布活性物质前涂布到集流体上。方法一施加方式比较复杂，但是保护效果好；方法二需要较高精度涂布机器；方式三会导致体积能量密度损失，但是可减少电池内阻，有利于提高功率密度。实际使用可灵活性选择。对于方法一所述胶带，没有特殊的要求，只要有一定强度，能抗金属颗粒刺穿，同时在电池体系中保持化学、电化学稳定性即可。对于方法二所述无机颗粒没有特殊要求，但要求在电解液中不溶解，在电池体系中保持化学、电化学稳定，如三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、磷酸铝、沸石等。对于方法二和方法三所述聚合物及粘结剂没有特殊的要求，只要在电池体系中保持粘结性、化学、电化学稳定性即可，如丁二烯-苯乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、聚丙烯酸钙、聚酯、聚酰亚胺等。胶带、保护涂层、导电涂层的厚度不低于集流体的一倍，以达到基本的保护要求；不大于集流体厚度的三倍，以使空白区域厚度较薄，能够发挥设计的作用。作为本技术卷绕式结构的方形锂离子电池的一种改进，所述转角区域在卷绕方向的长度为I 2个电芯厚度。对于卷绕结构的电池，从卷绕结构的内层往外层发展，每增加一层，电极的周长有所增加。因此，作为一种优化设计，转角区域其在卷绕方向的长度随其在电芯中的位置，由内至外递增；每层转角区域长度为其转角两边集流体所夹电池厚度的O. 5 4倍，更优化的设计则为转角两边集流体所夹电芯厚度的I 2倍。如此既有利于保持极片本体区域的整齐排列，又有利于以较低的能量密度损失达到降低变形率的目的。在实际实施过程中，可以单独使用优化结构的正极，也可同时使用优化结构的正极和负极；负极、正极可相互独立的采用不同程度的较薄涂布厚度或不涂布电极材料层。但是为了避免活泼的金属锂析出，负极在任何区域的可接受锂的容量一定要高于对应区域正极放出锂的容量，因此不能单独使用此优化结构的负极，或是负极在转角区域的重量与本体区域重量比值不能低于正极在转角区域重量与本体区域重量比值。同样的为了避免金属锂析出，负极正常涂布区域应超出正极正常涂布区域，以避免在电池组装、使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卷绕式结构的方形锂离子电池，包括电芯、用于容纳所述电芯的包装袋和灌注于所述包装袋内的电解液，所述电芯包括正极、负极和间隔于所述正极和负极之间的隔膜，所述正极包括正极集流体及涂布在正极集流体上的正极材料层，所述负极包括负极集流体及涂布在负极集流体上的负极材料层，其特征在于：所述正极在转角区域的正极材料层的厚度与正极本体区域的正极材料层的厚度的比值小于等于90％，所述转角区域在卷绕方向的长度为0.5～4个电芯厚度。

【技术特征摘要】
1.一种卷绕式结构的方形锂离子电池，包括电芯、用于容纳所述电芯的包装袋和灌注于所述包装袋内的电解液，所述电芯包括正极、负极和间隔于所述正极和负极之间的隔膜，所述正极包括正极集流体及涂布在正极集流体上的正极材料层，所述负极包括负极集流体及涂布在负极集流体上的负极材料层，其特征在于所述正极在转角区域的正极材料层的厚度与正极本体区域的正极材料层的厚度的比值小于等于90%，所述转角区域在卷绕方向的长度为O. 5 4个电芯厚度。2.根据权利要求1所述的卷绕式结构的方形锂离子电池，其特征在于所述负极在转角区域的负极材料层的厚度与负极本体区域的负极材料层的厚度的比值小于等于90%。3.根据权利要求1所述的卷绕式结构的方形锂离子电池，其特征在于所述正极在转角区域的正极材料层的厚度与正极本体区域的正极材料层的厚度的比值小于等于30%。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍，王升威，赵逸枫，贾小支，何东铭，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，东莞新能源科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：