[发明专利]一种圆柱卷芯防爆锂离子电池及加工方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，特别是一种中小容量的圆柱卷芯防爆锂离子电池及加工方法。

技术背景

锂离子电池以其高电压、高能量密度、良好的循环性能等优点越来越多地应用到了储能和动力等领域。目前常见的锂离子电池从外壳分类主要有金属壳体锂离子电池和塑料壳体锂离子电池；两种电池的壳体采用硬质材料结构，使用不当容易造成爆炸，且外包装成本高。从电池电芯分类主要有卷绕式和叠片式两类；叠片式的缺点在于工艺复杂，生产成本高、效率低。而卷绕式又分为圆柱卷绕式（通常称为卷芯）和方形卷绕式两种，各有优缺点。圆柱卷绕式的优点主要有：工艺成熟稳定，成本低，生产效率高；极片间隙均匀，一致性好；极片曲率半径大，极片不易掉料。这些优点使卷绕工艺得到了广泛的应用。但是卷绕工艺也有其局限性，比如容量不能做大，原因是当极片过长时卷绕难度增大、卷芯对齐度下降等不利因素出现。方形卷绕式卷芯的缺点主要体现在：方形卷绕式的卷芯曲率半径各部位不同导致极片间隙不均匀，在卷芯曲率半径小处，极片间隙小，容易掉料。这种不一致性会影响电池性能的发挥。

电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料，是电池中非常关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响，其主要作用是：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过，让电解液中的离子在正负极之间自由通过。电池隔膜的的离子传导能力直接关系到电池的整体性能，其隔离正负极的作用使电池在过度充电或者温度升高的情况下能限制电流的升高，防止电池短路引起爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备起到安全保护的作用。目前的电池所用的常规隔膜通常是采用聚乙烯、聚丙烯制备，在实际使用中存在绝缘效果不佳易短路、离子扩散不理想并且强度较差的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种成本低、生产效率高的圆柱卷芯防爆锂离子电池及其加工方法。

其技术方案：一种圆柱卷芯防爆锂离子电池，包括外壳、外极耳、圆柱形卷芯和电解液。其中：圆柱形卷芯是由多个卷芯单元并联连接组成，多个卷芯单元被两块卷芯辅助模块夹持固定在其中，外壳采用铝塑膜软包装袋，外极耳在铝塑膜外包装袋的袋口封装面上与PP材质的极耳紧固片粘接固定后，被密封粘接在铝塑膜软包装袋的袋口处，所有卷芯单元的极耳通过对应的正、负极集流体与外极耳连接，卷芯辅助模块为PP材质或耐电解液腐蚀的软质橡胶材料，正极集流体是铝带，负极集流体是铜带或镍带，所述的卷芯辅助模块在其封闭端设置插槽，正极集流体、负极集流体分别插接固定在卷芯辅助模块对应的端部插槽内。

所述的卷芯辅助模块为两块卷芯辅助模块沿卷芯的轴向对合组成的长方体结构，其内部设有与卷芯插接配合的柱形凹槽，两块卷芯辅助模块在其对合面上设有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯辅助模块上设有内外贯通的通孔或通槽。

所述的卷芯辅助模块为两块卷芯辅助模块沿卷芯的外周边对合组成的长方体结构，其内部设有与卷芯插接配合的弧形凹槽，两块卷芯辅助模块在其对合面上设有相互插接配合的凸柱和凹槽，卷芯辅助模块上设有内外贯通的通孔或通槽；两块卷芯辅助模块沿卷芯的外周边对合方式包括上、下对合结构和左、右对合结构。

在铝塑膜外包装袋的袋口处预制有注液口，圆柱卷芯的个数为2～4个。

所述的卷芯中的隔膜的组成如下：以聚丙烯、聚乙烯材质的隔膜为基体，在基体表面涂敷由聚合物胶体材料和无机填料组成的涂层；所述的聚合物胶体材料是由聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯组成的混合物；所述的无机填料是由纳米级无机粉体材料三氧化二铝、二氧化硅的一种或其混合物组成。

所述的聚丙烯、聚乙烯材质的隔膜基体选用聚丙烯微孔薄膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合微孔隔膜；所述的无机填料粒度是50nm-200nm；所述隔膜涂层厚度为1-5μm；经过涂聚合物胶体材料和无机填料处理的隔膜孔隙率在30%-50%之间；所述隔膜涂层厚度优选为2-3μm。所述无机填料的重量占涂层聚合物胶体材料重量的30%-100%。

聚合物胶体材料中的聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物占总体聚合物胶体材料重量的40%-70%；聚丙烯腈占总体聚合物胶体材料重量的5%-20%；聚甲基丙烯酸甲酯占总体聚合物胶体材料重量的10%-40%；聚合物胶体材料所用溶剂选自下列溶剂的一种或几种：丁酮、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乙醇、碳酸二乙酯、丁醇。

前述的圆柱卷芯防爆锂离子电池的加工方法包括如下步骤：

1.将卷芯单元的正、负极耳采用超声波焊接的形式焊接到正、负极集流体上；