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CN106169618A - 一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构 - Google Patents

一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构 Download PDF

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张中俊
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Abstract

本发明提供了一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构，通过正负极片覆盖胶纸宽度设计，保证了正负极片裸露空箔部位落入配对极性的覆盖胶纸区域，通过正极片头部错位涂布方式和负极片头部铜箔长度设计，优先使卷芯内圈负极耳落入正极片错位涂布区域。本发明在充分发挥圆柱体内部空间设计容量的情况下，降低了正负极片裸露箔材部位发生短路的概率及负极双极耳设计中因内圈负极耳曲率较大带来的安全风险，满足了圆柱动力电池的高安全性设计要求，具有重大的实践意义。

Description

一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种提升锂离子圆柱动力电池正负极片及卷绕包覆结构。
背景技术
随着新能源汽车的快速发展，选择与电动汽车匹配的电能存储系统显得尤为重要。圆柱形锂离子动力电池单体及其系统因其工作电压高、比能量高、经济效益好等优点被广泛应用于新能源汽车领域。为了满足大功率放电需求，传统的动力电池沿用消费品电池的设计思路，简单地将正极耳从极片头部移至极片中间，将负极单极耳改为头尾部各有一个的双极耳结构，但对极片贴胶、卷绕过程中正负极片的相对位置及内圈负极耳弯曲应力缓冲方法等方面的安全问题考虑不够全面，导致电池存在一些安全隐患。比如，锂离子电池生产过程中正极片裸露铝箔或负极片裸露铜箔通过粘附异物或粉尘颗粒物的设备导轮时，箔材在张力作用下易受异物挤压产生坑点或破损，导致卷芯短路测试不合格或电芯满电老化时短路或低电压，尤其是裸露铝箔与裸露铜箔部位相对位置发生短路时，极有可能带来电芯热失控风险。另外，对于高功率的负极双极耳结构的动力电池而言，内圈负极耳在卷绕弯曲过程中曲率较大，极耳产生的应力对相邻外圈隔膜和正极片挤压力较大，带来的安全隐患也就越高。
发明内容
为了满足新能源汽车对圆柱动力电池高安全性的要求，本发明提供了一种提升圆柱动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构。
本发明采用高容量的正极错位涂布方式及高功率的负极双极耳的极片结构设计，并充分考虑了锂离子电池生产过程中存在的安全隐患问题，从电芯设计的角度上降低了圆柱动力电池生产过程中的安全风险，提升了圆柱单体电池及其模块的安全性。
本发明采用的技术方案是：
所述的正极片头部、中部和尾部各留一段空箔，头部采用错位涂布方式，中部和尾部采用对齐涂布方式，其中头部和尾部涂布线通过贴胶纸覆盖活性物质，中间位置空箔焊接正极耳后双面贴胶纸并覆盖两侧涂布线区域；正极片涂布错位区域B宽5~15mm，所有涂布线胶纸覆盖活性物质1~3mm，头部和尾部贴胶纸后各留有1~2mm空箔区域。
所述的负极片采用双极耳结构，负极片的头部和尾部各留一段空箔用于焊接负极耳，头部采用对齐涂布方式，尾部采用错位涂布方式；头部负极耳焊接在单面空箔区域，尾部负极耳焊接在双面空箔区域；负极片单双面及头尾部距负极涂布线1~2mm处贴胶纸，胶纸可覆盖极耳焊接面背面焊印及大部分空箔区域。
所述的正负极片配对卷绕的包覆结构，卷绕时负极片单双面活性物质区域在极片长度和宽度方向上可分别包覆正极片单双面活性物质区域，卷绕后正极片头尾部空箔区域正对负极片贴胶纸区域，负极片涂布线位置未贴胶空箔区域正对正极片涂布线贴胶区域，卷芯内圈负极片极耳落入正极片错位涂布区域。
本发明提供的一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构，降低了正极片裸露铝箔或负极片裸露铜箔受异物挤压产生坑点或破损时与配对极性空箔区域直接接触造成电芯短路的概率，缓解了卷芯内圈负极耳卷绕过程中对相邻外圈隔膜和正极片的挤压力，进而提升了动力电池负极双极耳结构卷芯内圈结构的安全性。
附图说明
图1：正极片剖面结构示意图
图2：负极片剖面结构示意图
图3：卷芯内圈负极耳应力分析局部示意图
其中：A-正极片空箔；B-正极片涂布错位区域；C-负极片空箔；1-贴胶纸区域； 2-正极耳；3-铝箔；4-正极片涂覆区；5-铜箔；6-负极片涂覆区；7-负极耳；8-正极片；9-负极片；10-卷芯内圈应力最大区域。
具体实施方式
所述的正极片头部、中部和尾部各留一段空箔，头部采用错位涂布方式，中部和尾部采用对齐涂布方式，其中头部和尾部涂布线通过贴胶纸覆盖活性物质，中间位置空箔焊接正极耳后双面贴胶纸并覆盖两侧涂布线区域；正极片涂布错位区域B宽5~15mm，所有涂布线胶纸覆盖活性物质1~3mm，头部和尾部贴胶纸后各留有1~2mm空箔区域。
所述的负极片采用双极耳结构，负极片的头部和尾部各留一段空箔用于焊接负极耳，头部采用对齐涂布方式，尾部采用错位涂布方式；头部负极耳焊接在单面空箔区域，尾部负极耳焊接在双面空箔区域；负极片单双面及头尾部距负极涂布线1~2mm处贴胶纸，胶纸可覆盖极耳焊接面背面焊印及大部分空箔区域。
所述的正负极片配对卷绕的包覆结构，卷绕时负极片单双面活性物质区域在极片长度和宽度方向上可分别包覆正极片单双面活性物质区域，卷绕后正极片头尾部空箔区域正对负极片贴胶纸区域，负极片涂布线位置未贴胶空箔区域正对正极片涂布线贴胶区域，卷芯内圈负极片极耳落入正极片错位涂布区域。
本发明提供的一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构，降低了正极片裸露铝箔或负极片裸露铜箔受异物挤压产生坑点或破损时与配对极性空箔区域直接接触造成电芯短路的概率，缓解了卷芯内圈负极耳卷绕过程中对相邻外圈隔膜和正极片的挤压力，进而提升了动力电池负极双极耳结构卷芯内圈结构的安全性。

Claims (6)

1.一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构，其特征在于通过对正极片、负极片和卷绕时正负极片包覆结构的设计提升动力电池的安全性。
2.根据权利要求1所述的一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构，其特征在于：正极片头部、中部和尾部各留一段空箔，头部采用错位涂布方式，中部和尾部采用对齐涂布方式，其中头部和尾部涂布线通过贴胶纸覆盖活性物质，中间位置空箔焊接正极耳后双面贴胶纸并覆盖两侧涂布线区域。
3.根据权利要求1所述的一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构，其特征在于：正极片涂布错位区域（B）宽5~15mm，所有涂布线胶纸覆盖活性物质1~3mm，头部和尾部贴胶纸后各留有1~2mm空箔。
4.根据权利要求1所述的一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构，其特征在于：负极片采用双极耳结构，负极片的头部和尾部各留一段空箔用于焊接负极耳，头部采用对齐涂布方式，尾部采用错位涂布方式，头部负极耳焊接在单面空箔区域，尾部负极耳焊接在双面空箔区域。
5.根据权利要求1所述的一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构，其特征在于：负极片单双面及头尾部距负极涂布线1~2mm处贴胶纸，胶纸可覆盖极耳焊接面背面焊印及大部分空箔区域。
6.根据权利要求1所述的一种提升动力电池安全性的正负极片及其卷绕包覆结构，其特征在于：卷绕时负极片单双面活性物质区域在极片长度和宽度方向上分别包覆正极片单双面活性物质区域，卷绕后正极片头尾部空箔区域正对负极片贴胶纸区域，负极片涂布线位置未贴胶空箔区域正对正极片涂布线贴胶区域，卷芯内圈负极片极耳落入正极片涂布错位区域。
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