[发明专利]电芯卷绕体整形方法和设备、大容量锂离子电池及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及用于风能和太阳能的贮能以及动力用的大容量圆柱形锂离子电池技术，具体说是一种电芯卷绕体整形方法和设备、大容量锂离子电池及其生产方法。

背景技术

化学电池是将化学能直接转变为电能的装置。化学电池主要包括作为密封材料的壳体、壳体内的电解质溶液、浸在电解质溶液中的正、负极片和隔板(膜)以及连接电极的导线或金属连接片。正、负极片和它们之间的隔板(膜)卷绕在一起称为电芯卷绕体，在可充电化学电池中，还进一步包括进行充电操作的电路板，而上述的电解质溶液和正、负极片等被总称为电芯。现有锂离子电池是化学电池的一种，锂离子电池是以两种不同的能够可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化合物作为电池正极和负极的二次电化学体系装置，充电时锂离子从正极脱嵌，穿过电解质和隔膜，嵌入到负极中。放电时锂离子从负极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到正极中，可由此循环反复。

随着风能、太阳能的快速发展，其产生的电能由于不够稳定，易对电网产生冲击，因此建立相应的蓄能电站势在必行，因此需要可靠性高的大容量锂离子电池用于蓄能，以贮存风能、太阳能所产生的电，蓄能电站对电池的要求很高，比如高可靠性以及长使用寿命(10年以上)等，电动汽车电池除了高可靠性以及长使用寿命要求外，还需电池具有高倍率工作的能力，大容量圆柱形锂离子电池具有高能量密度、制造工艺简单等优点。但在技术上，大容量圆柱形锂离子电池由于容量大(>4Ah安时)，极片长，不太适合用普通小容量圆柱形锂离子电池的方法制造。现有普通小容量圆柱形锂离子电池(如型号为18650，1.4Ah；26650，3.3Ah等)的正负极片制造时采用间隙涂布，间隙涂布的目的是为了焊接条状极耳(镍或铝或铜材)，如果大容量圆柱形锂离子电池也采用间隙涂布，则极片涂布与辊压时速度慢，所需焊接的条状极耳个数多，条状极耳与涂布间隙处的焊接工作量大，并且需贴绝缘胶带，工艺复杂，效率低，容量密度也由此被降低，因此大容量圆柱形锂离子电池极片不适合采用间隙涂布。

现有的大容量圆柱形锂离子电池，多采用全极耳式正、负极。比如专利号为CN202178322U的中国专利公开了“一种全极耳引流电池”，专利号为CN202178323U的中国专利公开了“一种全极耳圆柱电池”，这两种电池都采用了全极耳式正、负极，即在正极集流体(通常为铝箔)上涂布正极浆料时在一端边缘预留一部分不涂布浆料的区域(正极光箔区10)，在负极集流体(通常为铜箔)上涂布负极浆料时在一端边缘预留一部分不涂布浆料的区域(负极光箔区20)。正极片1、负极片2和隔膜3卷绕形成电芯卷绕体后，正极光箔区10的箔形体形成正极的极耳位端面，负极光箔区20的箔形体形成负极的极耳位端面，如图1和图2所示。极耳位端面需与集流板焊接在一起，以便电池的电流从集流板输出。由于极耳位端面的箔形体厚度薄(6～30微米)，柔软易变形，与集流板焊接时，施加压力会使整个箔形体变弯或变形，导致电芯卷绕体的极耳位端面直径变大或外凸(如图3所示)，造成电芯卷绕体无法装入电池外壳或与电池外壳导通而短路，而且直接施加压力在箔形体的端面，会导致端面变形不平整，端面的局部区域无法与集流板接触焊接，导致焊接面积小，焊接强度低，电池内阻大，因此有必要在集流板焊接前对电芯卷绕体的极耳位端面进行整形。

现有的电芯卷绕体整形方法，主要有以下两种：

1、将正极光箔区的箔形体和负极光箔区的箔形体分别用激光预切成条带形状，正极片、负极片和隔膜卷绕成电芯卷绕体后，这些条带形状的箔形体焊接到一个瓶盖形的集流盘上。这种整形方法需要用激光将箔形体切成条带形状，工艺复杂，效率低，成本高，箔形体切成条带形状后其本体强度低，焊接到集流盘上易被拉断，相对原有箔形体，承载电流小，可谓事倍功半。

2、专利号为CN102683634A，专利名称为“一种大容量圆柱形锂离子电池及其生产方法”的发明专利，采用高频振荡(例如超声波)方式对锂离子电池的极耳位端面进行整形，该方法采用的机器的高频头制造成本高，使用寿命有限，相应的高频头频率调试复杂，频率调整时间长。

基于上述两种整形方法存在的缺陷，有必要寻找一种效率更高、加工更简单、成本更低、使用寿命更长的电芯卷绕体整形方法和整形设备，并进而改善大容量锂离子电池的生产方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种效率更高、加工更简单、成本更低的电芯卷绕体整形方法和整形设备，并进而提供一种简便高效、生产成本低的大容量锂离子电池生产方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案一为：