一种大型软包电池及其生产工艺的制作方法

1.本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种大型软包电池及其生产工艺。


背景技术：

2.电池通常包括电芯以及封装在该电芯外部的电池外壳，电芯的组成结构具有多种，以锂离子电池的电芯为例，现有的锂离子电池其电芯的结构形式通常有两种，一种是通过柔性电极带材卷绕形成，另一种是通过横截面为z字形的电极片叠装组成。
3.受限于电芯的结构设计，无论是哪种结构形式的电芯，其正极极耳或负极极耳，均只能从电芯的一侧引出。以附图1中示出的大致长方形的电芯为例。在图1中，电芯的正极极耳和负极极耳均分别从电芯的窄边部位引出。近年来，大型锂离子电池因其面积大，成组更容易和能量密度更高而被广泛使用。但此种结构对大型电池具有局限性，参见附图2和附图3所示，电池的大尺寸化会使电池在快速充电和放电期间，电池内部的电流密度不均匀，造成温度分布不均匀，进而增加电池中的温度梯度，使电池的安全性和寿命降低。


技术实现要素：

4.为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种大型软包电池，该电池重构电流流动方向，提高大电极表面电流分布的均匀性，提高电池的功率特性和快速充电能力。
5.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种大型软包电池，包括电芯以及和电芯连接的极耳，所述极耳包括正极极耳和负极极耳，所述正极极耳和/或所述负极极耳与所述电芯的长边所在侧面通过焊接连接。
6.进一步地，所述极耳包括焊接极耳、连接极耳和引出极耳，所述焊接极耳和所述连接极耳一体连接，所述引出极耳和所述连接极耳通过焊接一体连接，所述焊接极耳和所述电芯平行设置并通过焊接连接，所述焊接极耳在远离所述电芯的一侧设置有绝缘层。
7.进一步地，所述焊接极耳的宽度小于电芯的厚度，长度大于95mm且小于电芯长度。
8.进一步地，焊接极耳的宽度为3～20mm，长度为250～1800mm，厚度为0.05～2.0mm。
9.进一步地，连接极耳的宽度小于电芯厚度，连接极耳的宽度为5～20mm，长度为30～300mm；厚度为0.05～2.0mm。
10.进一步地，所述焊接极耳与所述电芯焊接区域长度为30～1800mm，宽度为1～10mm。
11.进一步地，所述引出极耳或连接极耳上设置有安全孔，所述安全孔为长方形，并且安全孔的长度方向和通过极耳的电流方向垂直设置，所述安全孔的长度为3～17mm，宽度为2～10mm。
12.进一步地，电芯长度》100mm，宽度40～300mm，电芯的长度和宽度比值为2.5～22。
13.进一步地，所述电芯包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、极耳和外包装铝塑膜；所述正极极片包括正极活性物质cam 80～98wt.％；粘合剂0.5～10wt.％；导电添加剂0.5～10wt％；所述负极极片包括负极活性材料aam 80～98wt.％；粘合剂0.5～10wt.％；导
电添加剂0.5～10wt％。
14.一种大型软包电池的生产工艺，包括以下步骤：
15.s1、将正极极片、隔膜和负极极片通过层叠或卷绕的方式制备电芯；其中，正极极片集流体的一侧留有宽度为3～25mm的空白集流体；负极极片集流体的一侧留有宽度为3～25mm的空白集流体；
16.s2、将正极极耳和所述正极集流体的空白部分通过焊接的方式连接，将负极极耳和负极集流体的空白部分通过焊接的方式连接；焊接的方法选自超声波焊接、激光焊接和点焊任意一种或两种；
17.s3、在焊接区域粘贴绝缘胶带或放置绝缘层，使焊接极耳、连接极耳和引出极耳与电芯正负极极片及电芯间电子绝缘；
18.s4、将焊好电芯放入预冲坑的软包装铝塑膜内，进行极耳和一个侧边预封装，经干燥、注液、封口后得到完整电芯；
19.s5、对电芯进行化成、抽真空排气、二次封装、分容、老化后，得到最终成品电芯。
20.本发明的有益效果是：
21.1)极耳与电芯的长边部分通过焊接连接，使焊接极耳处于电芯的相对的两侧长边处，利于电流从电芯的一侧长边向另一侧长边运动，提高了电极表面电流分布的均匀性，进而可以提高电池功率特性和快速充电能力。
22.2)由于极耳和电芯的长边焊接在一起，可以增加焊接极耳和电芯极片集流体的接触面积，减小极耳和电芯之间的电阻，降低电芯直流电阻(dcr)和工作时的产热量，从而提高电池的功率性能，并提高电池在高功率充放电使用过程中的循环寿命，降低电池高功率充放电过程中因热量累积带来的安全隐患。
附图说明
23.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
25.图1为传统大型软包电池结构示意图；
26.图2为传统大型软包电池内部电流分布示意图；
27.图3为传统大型软包电池快充时表面温度示意图；
28.图4为本发明一实施例的大型软包电池的立体图；
29.图5为本发明一实施例的大型软包电池的主视图；
30.图6为本发明另一实施例的大型软包电池的立体图；
31.图7为本发明另一实施例的大型软包电池的主视图；
32.图8为本发明一实施例的极耳立体图。
33.图中：1、电芯；11、宽度方向；12、长度方向；13、厚度方向；2、极耳；21、焊接极耳；22、连接极耳；23、引出极耳；3、安全孔；4、密封胶带；5、焊接区域。
具体实施方式
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
35.在以下实施例中，电芯1在宽度方向11上延伸的为电芯1的宽边，在长度方向12上延伸的为电芯1的长边，在厚度方向13上延伸的为电芯1的厚边。
36.参见附图2和附图3所示，在传统电池和/或电极中，电池的极耳2和电芯1两端的端部相连接，电流从电池的一端(负极)向另一端(正极)流动，由于大型软包锂离子电池面积大，具有高长宽比电极的电池的功率性能受到其电极内电流的限制，电池的大尺寸会使电池在快速充电和放电期间，电池内部的电流和温度分布不均匀，增加电池内部的温度梯度。在附图3中，图中标示的数字，为电池不同位置的温度，单位为℃。
37.参见附图4所示，本实施例中的一种大型软包电池，通过重构电流流动方向，可以提高大电极表面电流分布的均匀性，因此，可以提高电池的功率和快速充电能力。大型软包电池包括电芯1以及和电芯1连接的极耳2，所述极耳2包括正极极耳和负极极耳，所述正极极耳和所述负极极耳与所述电芯1的长边所在的侧面通过焊接连接。通过极耳2与电芯1的长边所在的侧面通过焊接连接，使电芯1的正负极处于电芯1的相对的两侧长边处，使电流从电芯1的一侧长边向另一侧长边运动，提高了电极表面电流分布的均匀性，进而可以提高电池功率和快速充电能力。由于极耳2和电芯1的长边所在的侧面集流体焊接连接，可以增加极耳2和电芯1极片集流体的接触面积，减小极耳2和电芯1之间的电阻，降低电芯直流电阻(dcr)，和工作时的产热量，从而提高电池的功率性能，并提高电池在高功率充放电使用过程中的循环寿命，降低电池高功率充放电过程中因热量累积带来的安全隐患。
38.参见附图7所示，本实施例和上述实施例的区别是，所述正极极耳与所述电芯1的长边所在的侧面通过焊接连接。所述负极极耳采用传统工艺，与所述电芯1的端部通过焊接连接。
39.在另外一些实施例中，和上述实施例的区别是，所述负极极耳与所述电芯1的长边所在的侧面通过焊接连接。所述正极极耳采用传统工艺，与所述电芯1的端部通过焊接连接。
40.在一些实施例中，正极极耳的材料为金属铝；负极极耳的材料选自镍、铜、镍镀铜或铝中任一种金属。
41.参见附图4和附图8所示，在一些实施例中，所述极耳包括焊接极耳21、连接极耳22和引出极耳23，所述焊接极耳21和所述连接极耳22一体连接，所述引出极耳23和所述连接极耳22通过焊接一体连接，所述焊接极耳21和所述电芯1平行设置并通过焊接连接。通过极耳2和电芯1的平行设置，增大焊接极耳21和电芯1的接触面积，可以进一步提高电池功率特性和快速充电能力。
42.在一些实施例中，所述焊接极耳21的宽度小于电芯1的厚度，长度大于95mm且小于电芯长度，焊接极耳21的宽度为3～20mm，长度为250～1800mm，厚度为0.05～2.0mm。示例性地，焊接极耳21的宽度为3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、10mm、15mm、20mm；焊接极耳21的长度为250mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、700mm、900mm、1200mm、1500mm、1800mm；焊接极
耳21的厚度为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、2.0mm。
43.在一些实施例中，引出极耳23的宽度小于电芯1宽度，引出极耳23的宽度为30～250mm，长度为30～100mm；厚度为0.05～2.0mm。示例性地，引出极耳23的宽度为30mm、40mm、45mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、120mm、150mm、180mm、200mm、250mm；引出极耳23的长度为30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm；引出极耳23的厚度为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、2.0mm。
44.在一些实施例中，所述焊接极耳21与所述电芯1焊接区域5的长度为30～1800mm，宽度为1～10mm。增加焊接区域5的面积，从而降低电池内阻。示例性地，焊接区域的长度为250mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、700mm、900mm、1200mm、1500mm，焊接区域的宽度为1mm、3mm、5mm、6mm、8mm、10mm。
45.参见附图5所示，在一些实施例中，所述引出极耳23设置有安全孔3，所述安全孔3为长方形，并且安全孔3的长度方向和通过引出极耳23的电流方向垂直设置。在安全测试时，万一正负极短路，电流剧增，产热量剧增，会将安全孔3的侧面熔断，进而对电芯1进行保护。所述安全孔3的长度为3～17mm，宽度为2～10mm。示例性地，安全孔3的长度为3mm、5mm、10mm、14mm、17mm；安全孔3的宽度为2mm、4mm、6mm、8mm、10mm。
46.参见附图6所示，在另外一些实施例中，所述安全孔3设置在所述连接极耳22上，所述安全孔3为长方形，并且安全孔3的长度方向和通过连接极耳22的电流方向垂直设置。
47.在一些实施例中，电芯长度大于100mm，宽度40～300mm，电芯长宽比(l/w)》2，由此可以更好地提高电极片的储能性能。电芯长宽比优选为2.5～22。示例性地，电芯长度为120mm、200mm、400mm、500mm、600mm、800mm、1500mm、3000mm；电芯1宽度为40mm、100mm、110mm、120mm、150mm、250mm、300mm。长电芯(低宽度)可批量生产，使用传统的层叠和卷绕制造工艺，简化了电池模块/整组组装，更容易实现电芯到整组(cell to pack,ctp)，提高系统能量密度。
48.在一些实施例中，述电芯包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、极耳和外包装铝塑膜；所述正极极片包括正极活性物质cam 80～98wt.％；粘合剂0.5～10wt.％；导电添加剂0.5～10wt％；所述负极极片包括负极活性材料aam80～98wt.％；粘合剂0.5～10wt.％；导电添加剂0.5～10wt％。此处cam的全称是cathode active material钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴锰铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂等，cam可以是一种或多种活性材料的混合物，aam的全称是anode active material,比如石墨、硬碳、软碳、硅、氧化亚硅、钛酸锂等，aam可以是一种或多种活性材料的混合物。
49.如上所述的一种大型软包电池，适用于袋装、棱柱状锂离子电池(层叠和卷绕结构)，亦适用于锂离子电池(液态电解质、固态电解质、混合电解质)、锂硫电池、锂金属电池、锂离子电容器等。
50.一种大型软包电池的生产工艺，包括以下步骤：
51.s1、将正极极片、隔膜和负极极片通过层叠或卷绕的方式制备电芯1；其中，正极极片集流体的一侧留有宽度为3～25mm的空白部分，该部分未涂覆正极活性材料，用于和正极焊接极耳连接；负极极片集流体的一侧留有宽度为3～25mm的空白部分，该部分未涂覆负极活性材料，用于和负极焊接极耳连接；示例性地，正极集流体未涂覆正极活性材料的空白部
分的宽度为3mm、6mm、10mm、15mm、20mm、25mm；负极集流体未涂覆负极活性材料的空白部分的宽度为3mm、6mm、10mm、15mm、20mm、25mm。
52.设置集流体的原因是，在一般情况下，活性物质材料的导电性较差，以磷酸铁锂材料为例，虽然磷酸铁锂材料中包覆了碳，但其电导率和金属导电材料相差好多个数量级，因此，直接让电子通过活性物质材料进行传递将会极大增加内阻，不利于电能传输，从而需要设置集流体，以减小内阻。为了满足集流体的以上功能，集流体一般可以为导电性能良好的铝箔或铜箔等。
53.此外，活性物质材料和导电剂一般为粉体，将粉体材料直接加工成膜，加工工艺较为复杂，在电池中的结构也不稳固，容易剥离脱落。因此，设置集流体还能够负载活性物质材料，提高极片加工性和电池结构稳定性。
54.s2、将正极极耳和所述正极集流体的空白部分通过焊接的方式连接，将负极极耳和负极集流体的空白部分通过焊接的方式连接；焊接的方法选自超声波焊接、激光焊接和点焊任意一种或两种；
55.s3、在焊接区域粘贴绝缘胶带或放置绝缘层，使焊接极耳、连接极耳和引出极耳与电芯正负极极片及电芯间电子绝缘；
56.s4、将焊好电芯放入预冲坑的软包装铝塑膜内，进行极耳和一个侧边预封装，经干燥、注液、封口后得到完整电芯；
57.s5、对电芯进行化成、抽真空排气、二次封装、分容、老化后，得到最终成品电芯。使用传统的层叠和卷绕制造工艺，简化电池模块/电池组组装，降低制造成本。
58.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
59.以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。