[发明专利]一种方型锂离子电池卷绕电芯及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种方型锂离子电池卷绕电芯及其制作方法。

背景技术

锂离子电池具有能量高、体积小、无污染等优点，是国家大力发展的清洁能源。方型锂离子电池由于容量大、使用方便等优点而广泛用于动力电池。动力电池是以串联形式使用的电池系列，为保证动力电池的实用性、安全性等，对串联使用的单体电芯间的一致性提出了更高要求，不仅要求静态容量、电压的一致性，而且要求充放电过程中的升压率、降压率时刻保持一致。

在锂离子电池的生产过程中，最关键的就是锂离子电池电芯的生产环节，电芯的质量直接影响锂离子电池的安全性、一致性和使用寿命。目前，大容量方型锂离子电池的电芯采用的制作方法有卷绕式、叠片式两种。叠片电池有着更好的循环特性、安全特性和能量密度，但是生产过程繁琐，大批量生产时质量控制难实现。卷绕电芯生产技术成熟，大规模生产过程容易控制，但卷绕电芯存在多处弯折和厚度变化区域，尤其是靠近卷芯中部的小角度弯折区域和集流体焊接区域，由于充放电过程中极片、隔膜不同的收缩张力，而引起极片打皱变形，正负极不能有效接触，造成反应死区，电池能量下降，严重时会产生锂枝晶发生内短路，威胁电池使用的安全性。而且在卷绕过程中，随着卷芯外径的不断增加，卷针被缠绕挤压，造成卷绕完成后拔针困难，甚至带出内层隔膜，破坏卷芯的对齐度，以致影响电芯的生产合格率。

专利CN200510109540.4通过在方型电芯极片弯曲的半圆形状位置上使用间隙设计以及此位置上正极内圈、负极外圈不涂活性材料，解决方型电芯循环时电解液分布不均和极片在弯曲处易掉粉的问题，虽然此方案在降低电池能量的前提下解决了极片半圆区域的掉粉问题，但对极片非半圆区的膨胀收缩带来的极片变形并无改善。专利CN200820138752.4中通过将正、负极片的卷绕终止端设计在电芯弧形位置上，来减少极片褶皱问题。但在实际操作中，圆弧区域的极片收缩膨胀不均一程度更严重，在弧形区收尾会加剧极片贴合的不紧密性。方型卷绕电芯在充放电过程中易引起极片打皱变形，进而存在内短路的安全隐患，已受到更多专业人士的关注。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种方型锂离子电池卷绕电芯及其制作方法，解决了现有工艺生产的方型卷绕电芯极片，在使用中易打皱变形以及极片弯曲处易掉粉的问题，并避免了极片的变形问题。

对此，本发明所采用的技术方案为：

一种方型锂离子电池卷绕电芯，包括正极片、隔膜和负极片，所述正极片设有正极极耳，所述负极片设有负极极耳，所述方型锂离子电池卷绕电芯的中心设有内部支撑架。

作为本发明的进一步改进，所述内部支撑架为绝缘卷针或空心支架中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述内部支撑架为绝缘卷针，所述绝缘卷针的厚度为5～10mm。采用此技术方案，根据电池尺寸选择合适尺寸的绝缘材质卷针，将正极片、隔膜、负极片按顺序排列成三明治形式，通过导向滚轮卷绕在卷针上，卷绕完成后连同卷针一起放入方壳内，封装、注液、化成、分容。在对卷芯厚度影响最小的前提下，选择的绝缘材质卷针的厚5～10mm，长宽尺寸以成品电芯尺寸而定。卷针与卷芯接触的边缘呈圆弧状，以更好分散卷芯极片与卷针之间的应力，解决极片在使用过程中的变形问题，以及极片弯曲部位易掉粉的问题。所述绝缘卷针优选为实心的，也可以为空心的绝缘卷针。

所述绝缘卷针的宽度不大于所述方型卷绕电芯的宽度。进一步优选的，所述内部支撑架的宽度与方型卷绕电芯的宽度相同。

作为本发明的进一步改进，所述绝缘卷针两侧壁的外表面的横截面为半圆弧形。优选的，所述绝缘卷针的外表面为圆弧形。为采用此技术方案，所述绝缘卷针与卷芯接触的边缘呈圆弧状，以更好分散卷芯极片与卷针之间的应力，更好的解决极片在使用过程中的变形问题，以及极片弯曲部位易掉粉的问题。

作为本发明的进一步改进，所述绝缘卷针的材料为PTFE、PP、PE、PFA、PPO、PSF、PSU、PES或PASF中任意一种。

作为本发明的进一步改进，所述内部支撑架为空心支架，所述空心支架为极片卷绕时粘接形成；其中，所述极片为正极片或/和负极片。