[发明专利]一种超厚高能量密度聚合物锂离子电芯的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种超厚高能量密度聚合物锂离子电芯的制造方法。

背景技术

由于聚合物锂离子电芯具有能量密度高，轻便易携，外形可定制等特点，随着数码产品多样化，对该种电芯的需求量剧增。另外，诸如移动电源，特种设备等对锂离子电芯的容量等要求提高，一些大尺寸、大容量的电芯型号需求越来越大，例如：移动电源单体电芯容量已达10000mAh，厚度接近12.0mm。

锂离子电芯内部极片结构目前通常有以下两种：一种是比较常见的卷绕式极片结构，这种电芯将一条正极，一条或者两条隔离膜和一条负极通过手动，半自动或者全自动卷绕机构，从头到尾一层一层卷绕成为一个电芯；另外一种为叠片式极片结构，这种电芯将正极，负极和隔离膜裁切成方形的小极片，然后采用手动，半自动或者全自动堆叠方式按照正极，隔离膜，负极，正极，隔离膜，负极……类似方式将几片至几十片极片叠在一起，进而装配成一个电芯。当然，也存在一些其它结构，基本上都是以上两种结构的衍生或者综合而来。

以上两种极片结构经过行业的多年开发积累，已经非常成熟，但是由于固有的一些特性，优缺点也比较突出。具体请参考下表：

基于卷绕式和叠片式电芯的差异，行业一般采用卷绕式结构生产中小电芯，比如消费电子品用锂离子电芯；对于中大型电芯卷绕式和叠片式结构都有应用。对于偏厚或者超厚的高能量密度锂离子电芯（厚度一般大于6.0mm），基本都采用比较高效的卷绕式结构，但存在一个比较突出的问题，就是半自动或者自动卷绕产生的变形问题，亦即电芯在厚度方向不平整，成S型，有时比例会超过50%以上，导致极高的不良比例，造成锂离子电芯企业不良比例极高，浪费极大，成本急剧上升。

造成超厚卷绕式锂离子电芯变形的原因有很多方面，主要包括两个大的方面：1，在充放电过程中极片特别是负极极片存在比较大的反弹（充电过程中，负极嵌入锂离子，晶体结构变大所致），导致电芯内部体积增加，隔离膜束缚变大；隔离膜，正负极片在分切和卷绕过程中存在一定程度的张力，卷绕后张力释放，导致隔离膜进一步束缚电芯。以上两个方面的应力累积作用于电芯内部使之扭曲变形。特别是在一些超厚高能量密度的电芯体系里，负极极片压密更大，反弹更大，隔离膜更薄，分切和卷绕张力和拉伸形变更大，由此采用半自动和全自动卷绕工艺的电芯变形程度和变形比例也越严重。

因此，解决超厚卷绕式电芯的变形问题一直是锂电产业界的一个难题，目前，业界主要通过以下几个思路和方式改善变形问题：1，通过改善负极材料的形貌和晶体规整度降低负极充电时的反弹；2，改善隔离膜的热收缩；3，从机械上降低分切特别是卷绕时的隔离膜和极片张力。上述措施在一定程度改善了较厚电芯的变形程度和比例，但是对于超厚电芯的改善效果不明显，超厚电芯的变形问题依然是影响产品合格率的最关键不良项

发明内容

本发明为克服上述缺陷而提供了一种超厚高能量密度聚合物锂离子电芯的制造方法，使用该方法卷绕出来的电芯能在电芯内部预留出膨胀空间，缓解电芯变形现象，保持电芯的电化学性能，易于控制电芯的尺寸，该方法具有操作简单，生产效率高，生产成本低，产品合格率高的优点，便于推广使用。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。

一种超厚高能量密度聚合物锂离子电芯的制造方法，包括以下加工步骤：

步骤A、根据配方和工艺要求，制备正极片、隔离膜和负极片，备用；

步骤B、选用电芯卷绕设备，先将隔离膜卷绕半层，再插入负极片，接着将隔离膜和负极片一起卷绕一层后，插入正极片，然后将隔离膜、负极片和正极片一起卷绕；

步骤C、所述电芯的卷绕总层数为12-76层；当卷绕层数达到12-36层时，将塑料软管插入隔离膜与正极片或负极片之间；若卷绕总层数大于36层，则进入步骤D；若卷绕总层数小于等于36层，则进入步骤E;

步骤D、所述电芯的卷绕层数再增加12-36层时，又将塑料软管插入隔离膜与正极片或负极片之间；

步骤E、继续卷绕，直到卷绕层数达到设定层数；

步骤F、从电芯卷绕设备取下插有塑料软管的电芯，然后将所有塑料软管从电芯抽离，即得成品。

其中，所述塑料软管由高分子聚合物材料制造而成。

其中，所述高分子聚合物材料为PP、PE或PC。

其中，所述塑料软管的直径为4-8mm。

其中，所述塑料软管的硬度为300-5000gf。

其中，所述塑料软管的长度大于所述电芯的长度。

其中，所述电芯卷绕设备为半自动电芯卷绕机。