一种增加极片抗拉强度的高能量密度极片结构的制作方法

1.本发明属于电池极片相关技术领域，尤其涉及一种增加极片抗拉强度的高能量密度极片结构。


背景技术：

2.新能源汽车、大规模储能和先进消费电子领域的快速发展，对锂离子二次电池的能量密度要求日益提高，在动力电池方面，提高电池的能量密度，不仅有利于提高电动汽车的续航里程，同时还能有效降低目前遇到的高成本难题。
3.我国在新能源汽车试点专项的共性关键技术类研究项目“高比能量锂离子电池技术”中提出：到2020年，电池单体能量密度≥300wh/kg，循环寿命≥1500次，成本≤0.8元/wh，安全性能达到国标要求。
4.软包电池是锂离子电池的一种，以软包锂电池的制备过程为例，极耳焊接工序是软包锂离子电池一道重要工序，先将正或负极多层极片箔材焊接一起，再将箔材簇和引流金属薄片焊接形成电极耳，作为电芯正负极引流端子，现有技术中，为了提高电池能量密度，正负极极片采用采用较薄集流体作为活性物质载体，并且提高极片压实密度，软包电池(采用极片叠片工艺)，如图1所示，由于正负极片料区区域压实密度过高，料区位置集流体延展变形较大，料区和空箔交汇位置为薄弱点，多层极耳超声波加压摩擦焊接过程中，正极第一张箔材拉扯开裂的现象主要表现在正极片r角位置陶瓷和料区交接位置开裂和负极边缘对于正极片r角位置开裂，现有技术中采用超声波焊接参数优化，例如优化焊接时间、振幅、能量、间隙等参数来实现防止箔材拉扯开裂的问题，但是，对焊接参数进行优化后，无法在保证焊接强度前期下，降低极耳撕裂率。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的在于提供一种增加极片抗拉强度的高能量密度极片结构，旨在解决多层极耳超声波摩擦焊接过程中，正极第一张箔材拉扯开裂的现象主要表现在陶瓷层料区边缘开裂和负极边缘处陶瓷层开裂，现有技术中采用超声波焊接参数优化，例如优化焊接时间、振幅、能量、间隙等参数来实现防止箔材拉扯开裂，即使对焊接参数进行优化后，无法在保证焊接强度前期下，降低极耳撕裂率问题。
6.本发明实施例是这样实现的，一种增加极片抗拉强度的高能量密度极片结构，包括正负极片以及正负极片的集流体，所述集流体上涂覆有活性物质，所述集流体上涂覆有活性物质的区域形成料区，相应的负极极片和与负极极片之间通过隔膜相隔的正极极片上分别设有负极料区和正极料区，所述负极料区外侧也设有隔膜，所述正极料区从负极料区的缺口延伸到外部与箔材连接，所述料区的拐角位置形成r角，所述正极料区和/或负极料区与箔材连接位置与r角位置相避开。
7.优选地，所述正极集流体和负极集流体分别由al和cu材料制成。
8.优选地，所述正极料区和箔材连接的位置还设有用于隔绝负极料区与正极料区的
陶瓷层，所述陶瓷层与正极料区的交接压延薄弱位置与r角远离。
9.优选地，所述负极料区与箔材之间的交接压延位置与r角远离。
10.优选地，所述正负极片上还设有防呆缺口。
11.优选地，所述箔材呈片状结构。
12.本发明实施例提供的通过采用正极料区和/或负极料区的外侧与对应的箔材压延位置与r角位置相避开，通过更改正极片冲片和/或结构避开r角应力集中区域，方法简单有效，成本较低，便于批量生产，产生较大的经济效益，不仅能够提升电芯容量，还可以降低电芯内阻；提升焊接良率，降低制造成本，特别的，在采用陶瓷区(空箔)，能够强化r角位区域，同时使得极片抗拉强度较优。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明实施例提供的一种增加极片抗拉强度的高能量密度极片结构撕裂的示意图；
15.图2为本发明实施例提供的单张极片简单直拉的应力分布云图。
16.图3为本发明实施例提供的模拟电芯焊接结构斜向下拉的应力分布云图。
17.图4为本发明实施例提供的一种增加极片抗拉强度的高能量密度极片结构的带有陶瓷层的结构图；
18.图5为一种增加极片抗拉强度的高能量密度极片结构的无陶瓷瓷层的结构图。
19.图6为一种增加极片抗拉强度的高能量密度极片结构的拉力强度试验对比图。
20.附图中：1-正极料区；2-箔材；3-陶瓷层；4-负极料区。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
23.实施例1
24.如图1-5所示，为本发明的一个实施例提供的一种增加极片抗拉强度的高能量密度极片结构的结构图，在电芯在超声波预焊/主焊工序焊接过程中，焊头沿极耳长度方向拉扯箔材2，电芯结构设计的特点，应力易在极片角位处集中，料区和陶瓷区交接或箔材2和料区交接压延薄弱位置，集中在r角位置，当应力达到极片最大承受能力后，开始从极片边缘撕裂，图2为单张极片简单直拉的应力分布云图，3为模拟电芯焊接结构斜向下拉的应力分布云图，从图中可以看出，角位都是收到应力集中的地方，为了解决问题，本发明实施例，包括正负极片以及正负极片的集流体，所述集流体上涂覆有活性物质，所述集流体上涂覆有活性物质的区域形成料区，相应的负极极片和与负极极片之间通过隔膜(图中未示出)相隔
的正极极片上分别设有负极料区和正极料区，所述负极料区外侧也设有隔膜(图中未示出)，所述正极料区从负极料区的缺口延伸到外部与箔材连接，所述料区的拐角位置形成r角，所述正极料区1和/或负极料区4与箔材连接位置与r角位置相避开。
25.在本实施例的一种情况中，所述正极料区1和/或负极料区4的外侧与箔材 2连接位置内缩于r角位置内侧；
26.在本实施例的另一种情况中，所述正极料区1和/或负极料区4的外侧与箔材2连接位置包覆r角。
27.本实施例在实际应用中时，采用正极料区1和/或负极料区4的外侧与箔材 2连接位置与r角位置相避开，通过更改正极片和/或负极片冲片结构避开r角应力集中区域，方法简单有效，成本较低，便于批量生产，产生较大的经济效益，不仅能够提升电芯容量，还可以降低电芯内阻；并且可以提升焊接良率，降低制造成本。
28.作为本发明的一种优选实施例，所述正极集流体和负极集流体分别由al和cu材料制成。
29.实施例2
30.作为本发明的另一种优选实施例，所述正极料区1和箔材2连接的位置还设有用于隔绝负极料区4与正极料区1的陶瓷层3，所述陶瓷层3与正极料区1 的交接压延薄弱位置与r角远离。
31.作为本发明的另一种优选实施例，所述负极料区1与箔材2之间的交接压延薄弱位置与r角远离。
32.作为本发明的另一种优选实施例，所述正负极片上还设有防呆缺口，缺口形状可以是圆角、斜角等，便于识别极片a/b面。
33.作为本发明的另一种优选实施例，所述箔材2呈片状结构。
34.如图6，用不同的尺寸l(料区边缘(料区和陶瓷交汇处)到r角底边距离) 确定在同等条件下进行极片抗拉强度试验的数据对比图，从图中可以看出，当l ＜1.75,极片抗拉能力较差，当l≥1.75，随着l的增大，抗拉强度不再发生显著的变化，对正极片和/或负极片冲片结构避开r角应力集中区域能够使得极片抗拉强度较优进行验证。
35.本发明上述实施例中提供了一种增加极片抗拉强度的高能量密度极片结构，采用正极料区1和/或负极料区4的外侧与箔材2连接位置与r角位置相避开，通过更改正极片和/或负极片冲片结构避开r角应力集中区域，方法简单有效，成本较低，便于批量生产，产生较大的经济效益，不仅能够提升电芯容量，还可以降低电芯内阻；并且可以提升焊接良率，降低制造成本。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。