CN101106205A

CN101106205A - 一种卷绕式锂离子电池及其制作方法

Info

Publication number: CN101106205A
Application number: CNA2007100450925A
Authority: CN
Inventors: 夏保佳; 张建; 张熙贵; 娄豫皖
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2027-08-21
Also published as: CN100517852C

Abstract

本发明提供了一种卷绕式锂离子电池及其制作方法，其特征在于在正极片的上侧和负极片的下侧沿卷绕方向预留一定宽度的集流体空白。将正、负极片沿宽度方向错开一定距离后卷绕成电芯。将电芯两端露出的空白集流体抿倒成一个平面，再分别在其端面焊接集流盘或极耳。或者将正、负极片预留的空白集流体折边后沿宽度方向错开露出折边空白卷绕成电芯，直接在电芯两端面焊接集流盘或极耳。本发明的端面集流结构不仅增加了集流盘与极片的接触面积，而且保证了焊接强度，有效降低了电池的内阻，大电流充放电过程中电流密度分布均匀，产热量少且散热性能好，有利于提高电池的安全性和循环寿命，适用于电动工具、电动自行车和电动汽车等动力电池领域。

Description

一种卷绕式锂离子电池及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池及其制作方法，尤其是涉及一种卷绕式具有高功率充放电特性的锂离子电池及其制作方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

近年来，随着电动工具、电动玩具、模型飞机以及电动车的快速兴起，对二次电池的高倍率充放电性能提出了更高的要求。锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、污染小、循环寿命长和自放电率低等突出特点而得到了广泛的应用。目前，传统的卷绕式锂离子电池大多采用单个或多个极耳作为集流方式，电流的导出和引入局限在有限的几个焊接点上，通导能力较低，内阻较高，充放电过程中电流分布不均匀，难以实现大电流充放电。另外，大电流充放电时，由于电池内阻大，导致发热严重，电池温度过高，从而引起安全隐患。因此，提高锂离子电池的大电流充放电特性已成为目前的研究焦点之一。大多数的研究均致力于提高锂离子电池的正、负极活性材料和电解液的大电流充放电性能，取得了一定的效果，但功率特性仍制约了现有锂离子电池在动力电池领域的应用。电极的端面集流技术已成功应用于碱性二次电池，大大提高了该电池的功率性能。

将电极的端面集流技术引入锂离子电池也已有人进行了尝试，如CN2817081Y中电芯左端的正极片具有裸露的铝箔构成正极流体，电芯右端的负极片具有裸露的铜箔构成负极流体，在正、负流体的端面相贴或焊接一个集流盘后再与极柱相贴。这种端面集流结构可以有效改善电池的汇流效果，有利于大电流性能。但是，卷绕式电芯端面一般都不平整，集流盘又要以多点焊接，焊点之间会产生作用力，容易脱焊。这种端面集流结构中集流盘与极片的连接属于点接触，接触面积较小。同时，锂离子电池的正、负集流体通常采用厚度很薄的铝箔(15-30μm)和铜箔(5-20μm)，强度很差，在一定的压力下焊接时容易扭曲变形，引起焊接不牢或发生短路。因此，需要对端面集流结构进行改进，保证焊接强度并增大端面引流面积以进一步提高电池的大电流充放电性能。

发明内容

本发明提供的一种卷绕式锂离子电池，其特征在正极片的上侧和负极片的下侧沿卷绕方向预留有一定宽度的集流体空白。卷绕时正、负极片沿电池高度方向错开一定距离，错开的距离与预留的集流体空白宽度相当，露出空白集流体，隔膜位于正、负极片中间。将卷绕而成的电芯的上、下两端面进行抿边处理，将原先漏出的空白集流体抿倒形成一个平面，再分别在端面焊接集流盘或极耳。抿边处理后预留的空白集流体抿倒相连形成一个平面，集流体自身的接触和连接大大加强，端面与集流盘或极耳的接触为面接触，接触面积大大增加。同时抿边处理后的端面受力强度大大增加，保证了集流盘的焊接强度。或者先将正、负极片预留的空白集流体折边后沿宽度方向错开露出折边空白卷绕成电芯，然后直接在电芯两端面焊接集流盘或极耳，形成端面集流结构。正、负极片折边后卷绕成的电芯的端面积增加，而且受力强度明显增加，保证了集流盘与极片的接触面积和焊接强度。

本发明的卷绕式锂离子电池，由正极片1、负极片2、隔膜3、盖帽4、金属壳体5、正极集流盘或极耳6和负极集流盘或极耳7构成。制作过程如下：(1)将活性材料、导电剂和粘结剂加入到适量的溶剂中，搅拌均匀后涂敷于集流体的两面，涂敷时极片一侧沿长度方向预留一定宽度的集流体空白；(2)极片经烘干、辊压后按设计的尺寸进行裁切，制得正极片1和负极片2；(3)卷绕时正、负极片沿电池高度方向错开一定距离漏出空白集流体，将隔膜3置于中间卷绕成电芯，再将电芯的上、下两端面进行抿边处理，将漏出的空白集流体抿倒形成一个平面。或者将正、负极片的空白集流体折边后沿宽度方向错开露出折边空白，折边的正、负集流体位于两侧，极片中间夹杂隔膜卷绕成电芯；(4)在电芯两端面焊接集流盘或极耳6和7；(5)电芯装壳后，进行点底、滚槽、焊盖、注液和封口。

本发明的卷绕式锂离子电池的优点在于通过独特的端面集流结构，大大提高了端面集流面积并提高了焊接强度，实现电池大电流充放电过程中的电流密度的均匀分布，降低了内阻，散热性能好，可以有效控制大电流充放电时的电池温度，提高了电池的安全性和循环寿命，适用于电动工具、电动自行车和电动汽车等动力电池领域。本发明的制作方法经济、简单，易于实现规模生产，电池的活性材料利用率高、高倍率充放电性能优良，在设计、制作高功率锂离子电池方面具有广阔的应用前景。

附图说明

图1：本发明的正极片结构示意图；

图2：本发明的负极片结构示意图；

图3：本发明抿边处理后的电芯示意图；

图4：本发明的卷绕式锂离子电池的结构示意图；

图5：本发明实施例1的锂离子电池的15C放电曲线。

图中的标号分别为：1、正极片；2、负极片；3、隔膜；4、盖帽；5、金属外壳；6、正极集流盘；7、负极集流盘；A、正极空白集流体；B、负极空白集流体。

具体实施方式

实施例1

采用此方法制作的1.2Ah高倍率18650型锂离子电池。将聚偏氯氟乙烯溶于适量的N-甲基吡咯烷酮制成胶液，将磷酸铁锂和超导碳黑按磷酸铁锂∶超导碳黑∶聚偏氯氟乙烯＝90∶5∶5的比例加入到胶液中，搅拌均匀后涂布于20μm厚的铝箔的两面，涂布时一侧正反两面预留1mm宽的空白，经干燥、辊压后分切得到涂层宽57mm、空白宽1mm的正极片1。将中间相碳微球、SBR、CMC和超导碳黑按比例为94.5∶2.25∶2.25∶1加入去离子水中，搅拌均匀后涂布在9μm厚的铜箔上，涂布时一侧预留1mm宽的空白，经干燥、辊压后分切得到涂层宽57mm、空白宽1mm的负极片2。正负极片沿宽度方向错开1mm，露出空白集流体，中间搁置隔膜后卷绕形成电芯。电芯的两个端面抿边处理后焊接直径为15mm的集流盘。电芯装壳后，进行点底、滚槽、焊盖、注液和封口。电池化成、分容后进行高倍率性能测试。从图5放电曲线可以看出，本发明提供的端面集流结构的锂离子电池与常规的单极耳锂离子电池相比，大电流放电平台明显升高，放电容量明显增加，大电流放电性能大大提高。

实施例2

采用此端面集流结构制作的2.3Ah高倍率26650型锂离子电池，正极活性物质采用尖晶石锰酸锂，负极活性物质采用人造复合石墨，正极中锰酸锂∶超导碳黑∶聚偏氯氟乙烯的比例为94∶3∶3，其余制作过程同上。正负极片的一侧沿长度方向留出6mm宽的空白集流体。在正负极片中间夹杂隔膜后卷绕成电芯。电芯的两个端面经抿边处理后，负极端面焊接2个6mm宽的镍极耳，正极端面焊接1个6mm宽的铝极耳后再焊接到盖帽上。电芯装壳后，进行点底、滚槽、焊盖、注液和封口。电池化成、分容后进行高倍率性能测试。性能与图5雷同。

实施例3

采用本发明所述的端面集流结构制作的1.4Ah高倍率SC型锂离子电池，正极活性物质采用锂镍钴锰氧三元材料，负极活性物质采用中间相碳微球。极片的制作过程同上，极片的涂层宽30mm、空白宽10mm。空白集流体经两次对折后空白边宽2.5mm。正负极片沿宽度方向错开2.5mm，露出空白折边，中间夹杂隔膜后卷绕成电芯。在负极端面焊接3个4mm宽的镍极耳，正极端面焊接1个直径为15mm的集流盘后再焊接到盖帽上。电芯装壳后，进行点底、滚槽、焊盖、注液和封口。电池化成、分容后进行高倍率性能测试。性能测试结果类似于实施例1。

Claims

1.一种卷绕式锂离子电池，由正极片(1)、负极片(2)、隔膜(3)、盖帽(4)、金属壳体(5)、正极集流盘(6)和负极集流盘(7)构成，其特征在于正极片(1)的上侧和负极片(2)的下侧沿卷绕方向预留有一定宽度的集流体空白；正极片和负极片沿电池高度方法错开一定距离后卷绕成电芯，将电芯两端露的空白集流体抿边处理后抿倒相连形成一个平面，再分别在端面焊接集流盘(6)或(7)，形成端面集流结构；正、负极片沿高度方向错开的距离与预留的集流体空白的宽度相当。

2.按权利要求1所述的卷绕式锂离子电池，其特征在于隔膜(3)位于正、负极片(1)和(2)的中间。

3.按权利要求1所述的卷绕式锂离子电池，其特征在于抿边处理使端面与集流盘的接触为面接触。

4.制备如权利要求1、2或3所述的卷绕式锂离子电池，其特征在于制作步骤是：

(a)将活性材料、导电剂和粘结剂加入到适量的溶剂中，搅拌均匀后涂敷于集流体的两面，涂敷时极片一侧沿长度方向预留一定宽度的集流体空白；

(b)极片经烘干、辊压后按设计的尺寸进行裁切，制得正极片(1)和负极片(2)；

(c)卷绕时正、负极片沿电池高度方向错开一定距离漏出空白集流体，将隔膜(3)置于中间卷绕成电芯，再将电芯的上、下两端面进行抿边处理，将漏出的空白集流体抿倒形成一个平面。

(d)在电芯两端面焊接集流盘(6)和(7)；

(e)电芯装壳后，进行点底、滚槽、焊盖、注液和封口。

5.按权利要求4所述的卷绕式锂离子电池的制作方法，其特征在于所述的集流体空白宽度为1-10mm。

6.一种卷绕式锂离子电池，由正极片(1)、负极片(2)、隔膜(3)、盖帽(4)、金属壳体(5)、正极集流盘(6)和负极集流盘(7)构成，其特征在于正极片(1)的上侧和负极片(2)的下侧沿卷绕方向预留有一定宽度的集流体空白；正、负极片预留的空白集流体折边后沿宽度方向露出折边空白卷绕成电芯，然后直接在电芯两端面焊接集流盘(6)或(7)，形成端面集流结构；正、负极片沿宽度方向错开的距离与预留的集流体空白的宽度相当。

7.按权利要求1所述的卷绕式锂离子电池，其特征在于隔膜(3)位于正、负极片(1)和(2)的中间。

8.按权利要求6所述的卷绕式锂离子电池的制作方法，其特征在于制作步骤是：

(c)将正、负极片的空白集流体折边后沿宽度方向错开露出折边空白，折边的正、负集流体位于两侧，极片中间夹杂隔膜(3)卷绕成电芯；

(d)在电芯两端面焊接集流盘(6)和(7)；

(e)电芯装壳后，进行点底、滚槽、焊盖、注液和封口。

9.按权利要求8所述的卷绕式锂离子电池的制作方法，其特征在于正、负电极片涂敷的涂层宽度为30mm，空白宽10mm，空白集流体经两次对折后空的边宽2.5mm，正负极片沿宽度方相错开2.5mm。