一種卷繞?堆疊式電池的制作方法

本發明涉及一種電池，尤其涉及一種卷繞-堆疊式電池。

背景技術：

現如今鋰離子電池在電動工具上的使用爆發式增長，動力電池成本、生產效率及長期壽命及一致性亟待飛速突破，故而對電池組件結構的研究為重中之重。當前電池組件結構有卷繞式、疊片式、制袋式、堆疊-折疊式等結構：卷繞式結構是將連續的正極片和負極片通過分離膜隔開進行卷繞；而在疊片式結構中，將特定的結構單元進行連續的堆疊，并通過分離膜隔開；制袋式結構是先將負極制袋裝于隔膜袋中，然后進行一層一層堆疊的結構；堆疊-折疊式結構先制作堆疊的結構單元，然后折疊形成電芯結構。

卷繞式、疊片式、制袋式、堆疊-折疊式電池結構的分別具有以下優劣點：(1)卷繞式結構通過密集地纏繞長片型負極和長片型正極來制造卷繞式結構，結果電池結構在截面上是圓形或橢圓的，在電池的充電和放電期間由于電極的膨脹和收縮引起的應力在電池結構中累積，并且當應力累積超過特定極限時，電池結構會變形，電池結構的變形導致在電極之間的不均勻的間隙，電池的循環性能將急劇變差，電池的安全由于電池內部的短路而得不到保障；(2)疊片式結構通過依序堆疊多個單元負極和多個單元正極來制造堆疊型的電池結構，需要大量的時間和精力來執行順序堆疊處理，結果是該工序生產效率低；(3)制袋式結構，相比疊片式更增加了低效率的制袋工序；(4)堆疊-折疊式結構生產效率高，結構穩定，但電解液層間差異會影響電池的長期特性。

技術實現要素：

發明目的：針對上述問題，本發明的目的是提供一種卷繞-堆疊式電池，綜合考慮制備效率、結構穩定性，并同時兼顧電池長期均一性。

技術方案：

一種卷繞-堆疊式電池，包括電芯，所述電芯包括卷繞結構單元，且由所述卷繞結構單元堆疊而成，所述卷繞結構單元包括水平設置的隔膜、正極極片、負極極片，所述正極極片、所述負極極片分別由所述隔膜間隔設置，整體卷繞形成所述卷繞結構單元，卷繞圈數為0.5*n圈，其中n為正整數，形成的所述卷繞結構單元為負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極交替出現重復單元中的任意可截取的部分，多個所述卷繞結構單元堆疊后形成電池極組，所述電池極組中隔膜分離的兩側為正極極片、負極極片相對形成電池對，所述電池極組中最外層為隔膜，次外層為負極極片。卷繞結構單元通過溫度及壓力作用、電暈、等離子體、膠聯等方式結合成一個整體，產品穩定性好。

具體的，所述隔膜設置的層數大于等于一層，所述隔膜的層數大于一層時，所述隔膜分別平行設置，根據實際生產的需要選擇隔膜的層數，可調節性好。

具體的，所述卷繞結構單元最外層均為隔膜，或者最外層兩面都是正極極片或者負極極片，或者其中一面最外層為正極極片，另外一面最外層為負極極片，卷繞結構單元多樣化，實際生產中選擇面廣。

以下提供幾種不同的卷繞結構單元堆疊而成的電池極組：

具體的，所述卷繞結構單元為兩種不同的結構，所述卷繞結構單元一的結構為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜，對應的所述卷繞結構單元二的結構為正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極，所述卷繞結構單元一、所述卷繞結構單元二依次堆疊后形成所述電池極組，所述卷繞結構單元一分別堆疊于最上端和最下端。

具體的，所述卷繞結構單元為兩種不同的結構，所述卷繞結構單元一的結構為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極，所述卷繞結構單元二的結構為隔膜/負極/隔膜，所述卷繞結構單元一依次堆疊，堆疊后兩側分別為所述隔膜、所述正極極片，所述正極極片的這一側加堆一組所述卷繞結構單元二形成所述電池極組。

具體的，所述卷繞結構單元為兩種不同的結構，所述卷繞結構單元一的結構為隔膜/負極/隔膜/正極，所述卷繞結構單元二的結構為隔膜/負極/隔膜，所述卷繞結構單元一依次堆疊，堆疊后兩側分別為所述隔膜、所述正極極片，最外層為正極極片的這一側加堆一組所述卷繞結構單元二形成所述電池極組。

具體的，所述卷繞結構單元為兩種不同的結構，所述卷繞結構單元一為隔膜/正極/隔膜，所述卷繞結構單元二為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜，所述卷繞結構單元一、所述卷繞結構單元二交替排列形成所述電池極組，所述卷繞結構單元二分別堆疊于最上端和最下端。

具體的，所述卷繞結構單元為三種不同的結構，所述卷繞結構單元一為隔膜/正極/隔膜/負極，所述卷繞結構單元二為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極，所述卷繞結構單元三為隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜，所述卷繞結構單元一依次堆疊，堆疊后兩側分別為所述隔膜、所述負極極片，所述隔膜的這一側加堆一組所述卷繞結構單元二，所述負極極片的這一側加堆疊一組所述卷繞結構單元三形成所述電池極組。

具體的，所述卷繞結構單元為兩種不同的結構，所述卷繞結構單元一采用三層隔膜進行卷繞，所述卷繞結構單元一為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜，所述卷繞結構單元二為正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極，所述卷繞結構單元二的兩側各加堆一組所述卷繞結構單元一形成所述電池極組。

具體的，所述卷繞結構單元為兩種不同的結構，所述卷繞結構單元一采用三層隔膜進行卷繞，所述卷繞結構單元一為隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜，所述卷繞結構單元二為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極，所述卷繞結構單元一的兩側各加堆一組所述卷繞結構單元二形成所述電池極組。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：(1)與卷繞結構相比，無圓弧區，可設計的np比小，減少原材料浪費，循環膨脹均勻，循環周期長，對于大容量電芯單體，結構分開的設計理論損耗都會大大降低；(2)與傳統z字型疊片工藝相比，效率高，隔膜損壞、接頭等帶來的損耗低；(3)比制袋工藝效率高，工序數量少，產品一致性高，良品率更高；(4)與堆疊-折疊工藝相比，不同層間電解液分布更均勻，由于層間差異造成的電芯失效的風險低，循環壽命更長，減少了極端環境下因隔膜收縮造成內部短路的風險。

附圖說明

圖1為實施例1中卷繞結構單元一卷繞前的結構示意圖；

圖2為實施例1中卷繞結構單元一卷繞后的結構示意圖；

圖3為實施例1中卷繞結構單元二卷繞前的結構示意圖；

圖4為實施例1中卷繞結構單元二卷繞后的結構示意圖；

圖5為實施例1中電池極組的結構示意圖；

圖6為實施例2中卷繞結構單元一卷繞前的結構示意圖；

圖7為實施例2中卷繞結構單元一卷繞后的結構示意圖；

圖8為實施例2中卷繞結構單元二卷繞后的結構示意圖；

圖9為實施例2中電池極組的結構示意圖；

圖10為實施例3中卷繞結構單元一卷繞后的結構示意圖；

圖11為實施例3中卷繞結構單元二卷繞后的結構示意圖；

圖12為實施例3中電池極組的結構示意圖；

圖13為實施例4中卷繞結構單元一卷繞后的結構示意圖；

圖14為實施例4中卷繞結構單元二卷繞前的結構示意圖；

圖15為實施例4中卷繞結構單元二卷繞后的結構示意圖；

圖16為實施例4中電池極組的結構示意圖；

圖17為實施例5中卷繞結構單元一卷繞前的結構示意圖；

圖18為實施例5中卷繞結構單元一卷繞后的結構示意圖；

圖19為實施例5中卷繞結構單元二卷繞前的結構示意圖；

圖20為實施例5中卷繞結構單元二卷繞后的結構示意圖；

圖21為實施例5中卷繞結構單元三卷繞前的結構示意圖；

圖22為實施例5中卷繞結構單元三卷繞后的結構示意圖；

圖23為實施例5中電池極組的結構示意圖；

圖24為實施例6中卷繞結構單元一卷繞前的結構示意圖；

圖25為實施例6中卷繞結構單元一卷繞后的結構示意圖；

圖26為實施例6中卷繞結構單元二卷繞前的結構示意圖；

圖27為實施例6中卷繞結構單元二卷繞后的結構示意圖；

圖28為實施例6中電池極組的結構示意圖；

圖29為實施例7中卷繞結構單元一卷繞前的結構示意圖；

圖30為實施例7中卷繞結構單元一卷繞后的結構示意圖；

圖31為實施例7中卷繞結構單元二卷繞前的結構示意圖；

圖32為實施例7中卷繞結構單元二卷繞后的結構示意圖；

圖33為實施例7中電池極組的結構示意圖；

圖34為實施例8中卷繞結構單元一卷繞前的結構示意圖；

圖35為實施例8中卷繞結構單元一卷繞后的結構示意圖；

圖36為實施例8中卷繞結構單元二卷繞前的結構示意圖；

圖37為實施例8中卷繞結構單元二卷繞后的結構示意圖；

圖38為實施例8中電池極組的結構示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

實施例1：

卷繞結構單元為兩種不同的結構，圖1為卷繞結構單元一卷繞前的結構，平行設有兩層隔膜，負極極片設于兩層隔膜中間，正極極片間隔設于隔膜上方，卷繞0.5圈后的卷繞結構單元一的結構如圖2所示，卷繞結構單元一的結構為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜，圖3為卷繞結構單元二卷繞前的結構，平行設有兩層隔膜，負極極片設于兩層隔膜中間，正極極片間隔設于隔膜上方，負極極片設于隔膜下方，卷繞0.5圈后的卷繞結構單元二的結構如圖4所示，卷繞結構單元二的結構為正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極，卷繞結構單元一、卷繞結構單元二間隔堆疊后形成電池極組如圖5所示，同時保持兩組卷繞結構單元一堆疊于最上端和最下端。堆疊后的電池極組利用平板進行熱壓，溫度為50～100℃，壓力為0.1～1.5mpa。

實施例2：

與實施例1的區別在于卷繞結構單元的不同，卷繞結構單元為兩種不同的結構，圖6為卷繞結構單元一卷繞前的結構，平行設有兩層隔膜，負極極片設于兩層隔膜中間，正極極片分別間隔設于第一層隔膜上方和第二層隔膜下方，卷繞的圈數可以為0.5*n(n為奇數)，卷繞1.5圈后的卷繞結構單元一結構如圖7所示，卷繞結構單元一的結構為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極，如圖8所示卷繞結構單元二的結構為隔膜/負極/隔膜，兩個卷繞結構單元一依次堆疊，堆疊后兩側分別為隔膜、正極極片，正極極片的這一側加堆一組卷繞結構單元二形成電池極組如圖9所示。

實施例3：

與實施例1的區別在于卷繞結構單元的不同，卷繞結構單元為兩種不同的結構，如圖10所示，卷繞結構單元一的結構為隔膜/負極/隔膜/正極，如圖11所示，卷繞結構單元二的結構為隔膜/負極/隔膜，如圖12所示，四組卷繞結構單元一依次堆疊，堆疊后兩側分別為隔膜、正極極片，最外層為正極極片的這一側加堆一組卷繞結構單元二形成電池極組。

實施例4：

與實施例1的區別在于卷繞結構單元的不同，卷繞結構單元為兩種不同的結構，如圖13所示，卷繞結構單元一為隔膜/正極/隔膜，圖14為卷繞結構單元二卷繞前的結構示意圖，設置一層隔膜，卷繞1圈后，圖15為卷繞結構單元二卷繞后的結構示意圖，卷繞結構單元二為負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜，卷繞結構單元一、卷繞結構單元二交替排列形成電池極組，卷繞結構單元二分別堆疊于最上端和最下端，如圖16所示。

實施例5：

與實施例1的區別在于卷繞結構單元的不同，卷繞結構單元為三種不同的結構，圖17、圖18分別為卷繞結構單元一卷繞前和卷繞后的結構示意圖，卷繞結構單元一為隔膜/正極/隔膜/負極，圖19、圖20分別為卷繞結構單元二卷繞前和卷繞后的結構示意圖，卷繞結構單元二為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極，圖21、圖22分別為卷繞結構單元三卷繞前和卷繞后的結構示意圖，卷繞結構單元三為隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜，如圖23所示，三組卷繞結構單元一依次堆疊，堆疊后兩側分別為隔膜、負極極片，隔膜的這一側加堆一組卷繞結構單元二，負極極片的這一側加堆疊一組卷繞結構單元三形成電池極組。

實施例6：

與實施例1的區別在于卷繞結構單元的不同，卷繞結構單元為兩種不同的結構，圖24為卷繞結構單元一卷繞前的結構，平行設有兩層隔膜，負極極片設于兩層隔膜中間，正極極片第二層隔膜下方，第一層隔膜上方間隔兩個位置設置一個正極極片，卷繞1圈后的卷繞結構單元一結構如圖25所示，卷繞結構單元一的結構為正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極，圖26為卷繞結構單元二卷繞前的結構，平行設有兩層隔膜，負極極片設于兩層隔膜中間，第一層隔膜上層每設置兩個正極極片間隔一個位置，卷繞1圈后的卷繞結構單元二結構如圖27所示，卷繞結構單元二的結構為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜，卷繞結構單元一的兩側各加堆一組卷繞結構單元二形成電池極組如圖28所示。

實施例7：

與實施例1的區別在于卷繞結構單元的不同，卷繞結構單元為兩種不同的結構，圖29為卷繞結構單元一卷繞前的結構，平行設有三層隔膜，正極極片設于第一層隔膜和第二層隔膜中間，負極極片設于第二層隔膜和第三層隔膜中間，負極極片間隔設于第一層隔膜上方，卷繞0.5圈后的卷繞結構單元一結構如圖30所示，卷繞結構單元一的結構為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜，圖31、圖32分別為卷繞結構單元二卷繞前和卷繞后的結構示意圖，卷繞結構單元二的結構為正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極，卷繞結構單元二的兩側各加堆一組卷繞結構單元一形成電池極組如圖33所示。

實施例8：

與實施例1的區別在于卷繞結構單元的不同，卷繞結構單元為兩種不同的結構，圖34為卷繞結構單元一卷繞前的結構，平行設有三層隔膜，負極極片設于第一層隔膜和第二層隔膜中間，正極極片設于第二層隔膜和第三層隔膜中間，正極極片間隔設于第一層隔膜上方，卷繞0.5圈后的卷繞結構單元一結構如圖35所示，卷繞結構單元一的結構為隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜，圖36、圖37分別為卷繞結構單元二卷繞前和卷繞后的結構示意圖，卷繞結構單元二的結構為隔膜/負極/隔膜/正極/隔膜/負極，卷繞結構單元一的兩側各加堆一組卷繞結構單元二形成電池極組如圖38所示。本發明的卷繞結構單元無圓弧區，節約原材料，循環膨脹均勻，循環周期長，制備效率高，損耗低，工序數量少，不同層間電解液分布更均勻，結構穩定性好，電池的長期均一性好。