卷绕式梯形电芯的制备方法及梯形电芯

摘要

一种卷绕式梯形电芯的制备方法及梯形电芯，该梯形电芯的第1-N圈相邻卷材的拐点之间均形成有间隔，第N-M圈相邻卷材的拐点之间没有间隔，所述电芯热压后的截面形状为梯形。本发明电芯卷绕时，从第1圈开始直至第N圈，每卷一圈就插入一片卷针，使每一圈的卷绕直径相对上一圈的卷绕直径增加一个扩展宽度，使得第n圈卷材拐点与第n+1圈卷材拐点之间形成间隔；从第N圈开始至第M圈，以固定的卷绕直径卷绕完剩下的卷材；采用具有梯形槽的夹具对卷芯热压整形，热压整形后得到截面形状为梯形的电芯。本发明得到的梯形电芯可最大化使用设备预留空间，提高电芯设计容量，且可使应力平均分配在电芯过渡斜面，能避免电芯长期循环后变形的问题。

说明书

技术领域

本发明属于聚合物锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种卷绕式锂离子电芯的制备方法及锂离子电芯。

背景技术

目前通讯、数码产品外形多样，为了适应产品的外形，用于存放电池的空间并不一定是方正的六面体，如长方体或正方体，也可能是截面形状为梯形的多面体。特殊形状的空间若仍使用普通的矩形电芯，会存在以下不足：1.矩形电芯无法充分利用预留的存放电芯空间，导致电芯设计容量低，设备待机时间短；2.由于电芯外侧是内切于梯形空间的矩形体，仅电芯两侧边与存放空间的内侧表面接触，存在晃动或者电池侧面过压的风险。

为了解决以上问题，专利号为201210301753.7的中国发明专利公开了一种台阶卷芯，该卷芯包括正极片、负极片、设置在负极片或正极片之间的隔膜，卷绕时，层叠的正极片和负极片的前部分以第一卷绕直径卷绕成卷芯的内卷部、后部分以第二卷绕直径卷绕成所述卷芯的外卷部，外卷部包围着内卷部，第二卷绕直径大于第一卷绕直径，卷芯热压后形成截面形状为台阶形的卷芯。该台阶形的卷形能在一定程度上解决前述问题，但由于台阶形卷芯仍无法最大化的使用产品所预留空间及与存放空间侧面完美贴合，并且台阶电芯台阶过渡处应力很大，长期循环后易产生变形，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卷绕式梯形电芯的制备方法及梯形电芯，使得到的电芯可以充分利用设备预留的存放空间。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种卷绕式梯形电芯的制备方法，步骤如下：

在负极集流体上涂覆活性物质制成负极极片，在正极集流体上涂覆活性物质制成正极极片；

将正极极片、隔膜、负极极片依次叠放进行卷绕；

以初始卷绕直径d开始卷绕第1圈，从第1圈开始直至第N圈，每卷一圈就插入一片卷针，使每一圈的卷绕直径相对上一圈的卷绕直径增加一个扩展宽度l，即第n圈的卷绕直径d_n＝d+(n-1)×l，其中，n＝1,…,N，3≤N＜M，M为电芯的总卷绕圈数，使得第n圈卷材拐点与第n+1圈卷材拐点之间形成间隔；

从第N圈开始至第M圈，以固定的卷绕直径d+(N-1)×l卷绕完剩下的卷材；

采用具有梯形槽的夹具对卷芯热压整形，热压整形后得到截面形状为梯形的电芯。

一种梯形电芯，包括：依次层叠放置的正极极片、隔膜及负极极片，所述正极极片、隔膜及负极极片形成的卷材连续卷绕M圈形成电芯，其中，第1-N圈相邻卷材的拐点之间均形成有间隔，第N-M圈相邻卷材的拐点之间没有间隔，3≤N＜M，所述电芯热压后的截面形状为梯形。

由以上技术方案可知，本发明在卷绕电芯时，卷材从第一圈起，每卷一圈就插入一片新的卷针，通过新插卷针增加卷绕直径的方式增加相邻卷材拐点间的间隔，使卷材第n圈至第n+1圈之间得以扩展一个间隔宽度，连续改变卷芯内部每两圈卷材(极片)拐点的距离，再通过热压整形的方式，使卷芯一侧压合为梯形结构，从而制得梯形电芯。本发明的电芯只在内部增加间隔宽度，最外部还会以固定的卷绕直径连续卷绕几圈，所以所制得的电芯斜面无多台阶的现象，外观连续平滑下降；而且每一圈卷材的拐点与上一圈的拐点由于存在一定宽度的间隔而不重叠，不会在电芯某一点上增加很大的转折区域，使其应力分布均匀，从而避免了电芯的电芯循环后多点重叠的台阶处应力过大产生变形的风险。由于本发明电芯的外形能与存放电芯的空间吻合，一方面极大的提高了存放空间利用率，从而提高了电芯的待机时间；另一方面也提高了设备的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电芯的结构示意图；

图2为本发明电芯热压成型后的结构示意图；

图3为本发明电芯热压老化步骤的示意图；

图4为本发明电芯制成的锂电池的结构示意图。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

本发明的目的是制备一种截面形状为梯形的电芯，使得由该电芯制得的锂电池可放入所预留的存放空间为特殊形状的产品中，以充分利用产品所预留空间，最大化电芯设计容量。本发明的卷绕式梯形电芯的制备方法如下：

在负极集流体的一侧涂覆活性物质制成负极极片，在正极集流体的两侧涂覆活性物质制成正极极片；负极集流体可采用铜箔，正极集流体可采用铝箔；

将正极极片、隔膜、负极极片依次叠放进行卷绕，如图1所示，卷绕时，以初始卷绕直径d开始卷绕第1圈，每卷一圈后卷绕直径d_n都增加一个扩展宽度l，即第1圈的卷绕直径d₁为初始卷绕直径d，第2圈的卷绕直径d₂为d+l，以此类推，第n圈的卷绕直径d_n＝d+(n-1)×l，其中，n＝1,…,N，3≤N＜M，N为加入扩展宽度的卷绕圈数，M为电芯的总卷绕圈数，扩展宽度的增加通过插入一片新的卷针实现，每卷一圈后都插入一片新的卷针，使得第n圈卷材拐点外侧与第n+1圈卷材拐点内侧之间形成一个长为l的间隔，即扩展宽度，如此循环制备；

卷绕至最外几圈时，即从第N圈至第M圈，卷绕直径不再额外增加扩展宽度l，以固定的卷绕直径d+(N-1)×l卷绕剩下的卷材，得到图1所示结构的电芯，该电芯的第1-N圈相邻卷材的拐点之间共形成N-1个间隔，每个间隔的长度均为l；以固定卷绕直径卷绕的圈数，即最后几圈的圈数根据存放电芯空间的距型高度决定；

采用具有梯形槽的夹具对卷芯热压整形，夹具的梯形槽与存放电芯空间的形状相同，热压整形后即得到截面形状大致呈梯形的电芯，如图2所示。

参照电芯存放空间结构设计冲型模具对铝塑膜冲坑成型，使其与电芯结构匹配，然后对电芯进行封装，电芯注液陈化后，采用按其梯形面形状设计制造的夹具(图3)，进行热压老化并化成，即可得到如图4所示的截面形状为梯形的锂离子电池。电芯热压老化并化成可采用对高温高压老化--常温常压化成--高温高压老化的工艺；或者高温高压老化情况下同步完成化成。

本发明的电芯具有以下优点：

1、可最大化使用设备预留空间，提高电芯设计容量，从而提高设备待机时间，解决因受电池容量所限导致的设备待机时间短的问题；

2、本发明电芯的截面形状为梯形，具有倾斜的侧面，可设备梯形的预留空间完全贴合，其应力平均分配在电芯过渡斜面，能避免电芯长期循环后变形的问题，提高了设备的安全性能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。