CN101771143B

CN101771143B - 一种电池极片及含有该极片的电池

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Publication number: CN101771143B
Application number: CN2008102419620A
Authority: CN
Inventors: 邓奇思; 袁学远
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-12-29
Also published as: CN101771143A

Abstract

本发明提供了一种电池极片，包括至少一个集电部和与集电部相连的多个相互间隔的小极片，其中，小极片通过集电部相互导通。本发明所提供的极片在电池充放电时承载电子载流量均一，阻抗小，发热量高处面积较小，同时浸润性强；同时本发明提供了含有这种电池极片的电池，本发明的电池具有较高容量、较长寿命及高倍率放电性能优异且安全性能高。且本发明简单易实现。

Description

一种电池极片及含有该极片的电池

【技术领域】

本发明涉及一种电池极片及含有该极片的电池。

【背景技术】

电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，也是各国大力研究的电动汽车、空间电源的首选配套电源，成为可替代能源的首选，因此人们对二次电池的性能要求越来越高。

电池的极芯在充放电过程中会发热，容易造成电池极片的掉料，很大程度上影响着电池的性能，是现在拭待解决的问题。

现有针对大功率充放电电池采取极片两端多极耳的方式来分散一部分热量，从电子载流量上计算，这种电池在充放电时，电子分别从两端进入流出，每一端分别分得原来单边极耳的1/2电子载流量，同时极片靠近极耳端的集流体和活性材料上的电子载流量也为原来的1/2，实现了分散极片上部分热量的目的，但采用这种方式的极片靠近极耳端的活性材料和集流体的电子载流量仍非常大，且随着距离极耳的距离减小电子载流量增大，因此，采用这种方式并没有解决极片内部电流传输的均一性，更没有解决靠近极耳端的敷料极片由于受热大，脱料造成整个电池报废的问题，特别影响电池在充放电过程中整个极片发热严重，且发热不均，发热量高处面积较大，同时发热量高处极片上的电极材料副反应大，活性材料容易失效和掉料，严重影响电池的性能，特别是寿命；且极片上电子载流量不均一，造成极片上阻抗较大，并不能实现电流的及时传输。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有电池极片在充放电时，极片上承载的电子载流量不均一，极片上阻抗较大，且发热不均一，发热量高活性材料失效、脱落处的面积较大，从而导致电池的容量、寿命、高倍率放电性能及安全性能降低的缺点，提供一种在电池充放电时承载电子载流量均一，阻抗小，发热量高处面积较小，同时浸润性强的电池极片。

本发明同时提供了含有这种电池极片的具有较高容量、较长寿命、高倍率放电性能优异且较安全的电池。

一种电池极片，包括至少一个集电部和与集电部相连的多个相互间隔的小极片，其中，小极片通过集电部相互导通。

本发明同时提供了一种电池，包括极芯、电解液、电池壳体，所述极芯和电解液密封在电池壳体内，所述极芯由正极片、负极片以及位于正、负极片之间的隔膜依次叠置形成，其特征在于，所述正极片或负极片中至少之一为上述电池极片。

本发明产生的有益效果为：

1、本发明提供的极片包括若干个相互导通的敷料小极片，每个小极片的电子流通过集电部导向极耳，引出电流。由于小极片较小，电流在小极片上传导较均匀，且每个小极片上电子载流量较少，很大程度上降低了部分极片过热，特别是解决了现有极片随着距离极耳的距离减小电子载流量增大，越靠近极耳端极片上的电子载流量越大，极片上发热量高处的面积大、极片上发热不均一的问题，本发明每个小极片上发热较不明显，提高了电池的热稳定性，特别是最终电池产生的热量分布较均匀，提高了电池的安全性能；同时极片上的活性材料不易发生副反应，降低了活性材料的脱料量和失效量，同时本发明优选在集电部电子载流量大处不敷活性材料，均延长了电池的使用寿命；

2、本发明提供的极片包括多个小极片，极片更容易被电解液浸润，更易在极片的材料表面形成较均匀稳定的SEI膜，提高了电池的性能；

3、本发明提供的极片包括若干个相互导通的敷料小极片，每个小极片的电子流通过集电部导向极耳，引出电流，改变了极片上电子的流向，减少了极片上的阻抗，电池在充放电过程中，电流更容易传输到极片内部或外部，有利于大电流充放电，提高电池的大倍率充放电性能；同时锂离子也能较快的进行扩散，实现快速充放电特性。

4、本发明可减少发热量高活性材料失效、脱落处的面积，提高极片敷料量，进而提高电池容量。

【附图说明】

附图1为现有技术的叠片式极芯每个极片的结构示意图；

附图2为本发明的叠片式极芯每个极片的一种优选结构示意图；

附图3为本发明的叠片式极芯每个极片的另一种优选结构示意图；

1-小极片；2-集电部；3-极耳；4-极片；5-小极片间的间隔。

【具体实施方式】

极片可以包括一个集电部，也可以包括多个集电部，本发明所述的集电部是指一个方向相对较独立的一小部分，本发明所述的多个集电部的集合也可以统称为一个大的集电部，目的是将多个相互间隔的小极片相互导通，引出电流，同时起到改变电流流向的作用。当极片包括多个集电部时，为实现较好改变电子流向的目的，本发明优选多个集电部间相互平行或垂直，其中，集电部的一侧或两侧与小极片相连。本发明优选多个集电部，进一步分散极片上的电流，降低极片上电流场局部过大，发热严重的发生。实际设计可根据极片所引出的极耳个数、极片上的敷料的情况、充放电时电流的大小等做相关的调整。集电部可以敷料也可以不敷料，可以根据极片所引出的极耳的相关情况，电流的分流情况等，适当在引出的极耳附近电流场较大的部分集电部不敷料，降低活性敷料的脱落、失效，提高电池的使用寿命。

小极片可以统一分布在集电部的一侧也可以分布在两侧，为了缩短电子的传导路径，进一步实现极片上电流场的均一化，本发明优选集电部每侧的小极片相互平行。为了不降低敷料量，且缩短电子传导路径，本发明优选集电部为宽度是极片所设极耳宽度的1～1.5倍的长方形，进一步优选为宽度是极片所设极耳宽度的1.1～1.2倍的长方形。进一步缩短电子的传导路径，本发明优选集电部每侧的小极片垂直于与其连接的集电部。同时本发明的极耳，可以采用本领域技术人员公知的各种方法设置极耳，例如焊接等，本发明优选集电部两端延伸出未敷料区，其中未敷料区为极片极耳，也可以通过垂直于某些集电部引出极耳，本发明可优选极片设置多个极耳来进一步分散电子载流量，同时缩短电子传导路径。

其中，本发明优选小极片上敷料，优选小极片为长方形，其中，小极片的宽度和长度可根据实际条件设置，为了更好的实现均一化，本发明优选小极片的宽度为0.5～2厘米，进一步优选为0.9～1.5厘米；长度小于电池极片长度的1/2，进一步优选小于极片长度的1/4。小极片的集流体没有特别限制，可以为本领域技术人员公知的各种正负极片的集流体，如当极片为电池正极片可选用现有技术常用的铝箔等，如当极片为电池负极片可选用现有技术常用的铜箔等。

小极片间的间隔为不导电区域，将小极片分割开来，将电流划分成多个小极片上的传导，简单的实现电流在充放电过程中电流场的路线的改变，使极片上电流场均一化，降低局部过热的可能性，减少活性敷料失效、脱落的可能性，同时降低了极片上的阻抗。本发明可以通过本领域技术人员公知的各种方式实现此间隔，例如可以通过雕刻等在极片上刻出0.3～1毫米宽的狭缝，为了增加极片的强度，也可以在狭缝处设置不导电物质。

本发明的极片在电池充放电过程中不仅电子传导路径短，阻抗小，电流更容易传输到极片内部或外部，可实现大功率充放电；而且本发明由于极片上电子载流量的均一化，减少了过热区域的面积，减少了脱料区或不敷料区，增加了极片上的活性材料敷料区域，有利于改善极片敷料有效区的利用，进而提高电池容量；电池在充放电时，极片上产生的热量分布均匀，温度较低，散热面较大，有利于及时散热，也很好的提高了电池的安全性高；本发明的极片被分成多个小极片使极片更容易被电解液浸润，在材料表面形成较均匀稳定的SEI膜，延长电池使用寿命；同时锂离子能较快的进行扩散，实现快速充放电特性。

本发明同时提供了含有上述电池极片的具有较高容量、较长寿命、高倍率放电性能优异且较安全的电池，电池包括极芯、电解液、电池壳体，所述极芯和电解液密封在电池壳体内，所述极芯由正极片、负极片以及位于正、负极片之间的隔膜依次叠置形成，其特征在于，所述正极片或负极片中至少之一为上述电池极片。

其中，小极片包括活性物质、粘结剂和集流体，本发明的活性物质没有特别限制，可以为本领域常见的正负极活性物质；粘合剂的种类和含量为本领域技术人员所公知；正负极集流体的种类已为本领域技术人员所公知。同时浆料的制作和涂敷方法已为本领域技术人员所公知。将正负极活性物质，导电剂，粘结剂按一定比例在溶剂中搅拌混合均匀得到正负极浆料，均匀涂敷在集流体上，加热烘烤挥发除去溶剂，从而形成正、负极片。

隔膜设置于正极片和负极片之间，具有电绝缘性能和液体保持性能。所述隔膜可以选自锂离子电池中所用的各种隔膜，如聚烯烃微多孔膜、聚乙烯毡、玻璃纤维毡、或超细玻璃纤维纸。所述隔膜的位置、性质和种类为本领域技术人员所公知。

极芯本发明可以通过以下方式来实现：

(1)常规方法制作正、负极片；

(2)将上步制备的负极片裁成齿轮型形状的极片或成蜈蚣型形状的极片，两头留出点焊极耳的未敷料的集流体；

(3)将步(1)制备的正极片裁成蜈蚣型形状的极片或齿轮型形状的极片，两头留出点焊极耳的未敷料的集流体；

(4)用隔膜包覆每一片正极片和负极片，留出点焊极耳端的集流体，并压平整；

(5)用两片隔膜包覆的负极片和一片隔膜包覆的正极片制成负极片-正极片-负极片的三明治型极芯，两片负极片相对地叠夹住正极片，即点焊极耳端的集流体分别在正极片的两边；

(6)对齐叠好之后用隔膜包裹封住极芯并且压平整；

(7)把正极留出来的两端的集流体分别固定在一起并点焊上正极极耳，得到两端有极耳的正极组；

(8)把负极留出来的两端的集流体分别固定在一起并点焊上负极极耳，得到两端有极耳的负极组；

上述制作方法，一些制作工序是可以相互调整的，其中步骤的工序(5)，正极片和负极片的组合可以是：负极片-正极片-负极片-正极片-负极片的组合，以此类推的多片组合。

该电池的制备方法除了极芯按照本发明提供的方法制备之外，其它步骤为本领域技术人员所公知。

下面结合附图对本发明的叠片式每个极片做更进一步的描述。

如附图1为现有叠片式电池的每个极片的结构示意图，每个极片4的两端引出极耳2。

如附图2、附图3为本发明两种优选实施方式的结构示意图，本发明的电池极芯为叠片式极芯，极芯的每个极片4包括集电部2和与集电部2相连的多个相互间隔的小极片1，小极片1通过集电部2相互导通，小极片间的间隔5为不导电区域，将极片4上的电流场分割成多个均匀的小电流场，集电部2两端引出极耳3。

下面结合实施例对本发明做更进一步的描述。

实施例1

(1)正极片的制备

将正极活性物质LiCoO₂、导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照9∶1∶1的比例，加入适量的NMP均匀地混合成浆料，然后将其均匀地涂覆在厚度为0.02毫米的铝箔上，经干燥、压片、分切。每个极片的总长度为118.5～123毫米，宽度为55毫米，厚为0.130毫米，把留出来点极耳的极片的料刮去，得到点极耳的集流体长15毫米，宽5毫米，极片敷料主体剪裁为10小极片，小极片长度25毫米，宽度为9毫米，小片之间的间隔0.3～1毫米，整个极片如图2所示。将极片用隔膜延长度方向对折包裹和焊接封住，宽度方向留出点焊极耳的两头隔膜不焊接封住，隔膜采用的是聚丙烯膜。并压平整。

(2)负极片的制备

将负极活性物质中间相碳微球、导电剂碳黑、粘结剂(CMC∶SBR＝1∶1)按照10∶1∶1和适量的去离子水均匀混合成浆料，然后将其均匀地涂覆在厚度为0.012毫米的铜箔上，经干燥、压片、分切，剪裁，每个极片的总长度为118.5～123毫米，宽度为65毫米，厚为0.125毫米，把留出来点极耳的部分的料刮去，得到点极耳的集流体长15毫米，宽5毫米，极片敷料主体剪裁为10小极片，小极片长度25毫米，宽度为小片9毫米，小片之间的间隔0.5～1毫米的负极片。剪裁为10小极片，小极片长度55毫米，宽度为9毫米，小片之间的间隔0.3～1毫米的负极片，整个极片如图3所示。将极片用隔膜延长度方向对折包裹和焊接封住，宽度方向留出点焊极耳的两头的隔膜不焊接封住，隔膜采用的是聚丙烯膜。封装好的极片压平整。

(3)电池极芯和电池的制备

将制备好的正极片和负极片按照负极片/正极片/负极片依次对齐叠放，所叠放的极片负极片总比正极片多一片，且一个极芯至少两个负极片和一个正极片，将叠放好的极片用隔膜包裹并焊接住，再分别把两头的正极片留出来集流体分别点焊连接在一起并点焊上极耳，以及负极片两头留出来的集流体分别点焊连接在一起并点焊上极耳，得到的极芯是带有两个正极极耳和四个负极极耳的极芯。

将制备好的极芯在手套箱内使用足量的电解液1mol/L的LiPF₆/EC∶DEC∶DMC(1∶1∶1，vol)和使用铝塑复合膜制作成软包装电池。

对比例1

按照与实施例1相同的方法制备正负极片、极芯和电池，不同的每个极片不裁剪，即为整个极片如附图1所示。

对比例2

按照与实施例1相同的方法制备正负极片、极芯和电池，不同的是电极浆料的涂敷采用丝网印刷的方法，且每个极片不裁剪，即为整个极片如附图1所示。

性能测试

1、循环性能

将实施例1、对比例1、对比例2所制备的电池恒温45℃陈化24小时，以0.5C恒流充电至4.0V后，恒温45℃陈化48小时以上，再1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流为0.05C，之后电池再以1C的电流放电，终止电压为3.0V，所得容量记为初始容量，之后电池以10C的电流循环300次后，记录剩余容量，测试结果如表1；

放电容量保持率＝300次循环后剩余容量/初始放电容量×100％。

2、倍率放电性能

将实施例1、对比例1、对比例2所制备的电池按照循环性能测试的化成分容后，以1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流为0.05C，再以10C恒流放电至3.0V，最后以1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流0.05C，再以10C的电流放电，循环300次记录放电容量保持率，按照10C充电方法分别测试8C、5C、3C、1C不同倍率的放电容量保持率，测试结果如表2。

3、安全性能

将实施例1、对比例1、对比例2所制备的电池按照循环性能测试的化成分容后，常温25℃下，以1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流0.05C，在再以10C恒流放电至3.0V，测试电池充放电期间的电池表面最高温度。测试结果如表3。

表1

电池	实施例1	对比例1	对比例2
				300次循环容量保持率	92.1％	81.2％	82.4％

表2

电池

实施例1

对比例1

对比例2

10C放电容量保持率	92.1％	81.2％	82.4％
				8C放电容量保持率	92.8％	82.3％	82.9％
5C放电容量保持率	93.2％	85.4％	84.8％
				3C放电容量保持率	93.8％	86.1％	86.5％
1C放电容量保持率	94.1％	87.6％	88.1％

表3

电池	实施例1	对比例1	对比例2
				电池表面最高温度	37℃	48℃	45℃

从上述测试结果我们明显可以看出本发明的极片制备的电池的循环性能明显优于现有极片制备的电池，简单的实现了延长电池的使用寿命；特别是电池可实现大倍率放电，进一步满足现有电池的发展需求；电池的热稳定性能增强，安全性能提高，进一步提高了电池的综合性能。且本发明的技术方案简单易实现。

Claims

1.一种电池，包括极芯、电解液、电池壳体，所述极芯和电解液密封在电池壳体内，所述极芯由正极片、负极片以及位于正、负极片之间的隔膜依次叠置形成，其特征在于，所述正极片或负极片中至少之一为电池极片，所述电池极片包括至少一个集电部和与集电部相连的多个相互间隔的小极片，所述小极片间的间隔为不导电区域，所述小极片通过集电部相互导通；所述集电部为未辅料区。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池极片包括一个集电部，所述集电部的一侧或两侧与小极片相连。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池极片包括至少两个集电部，所述集电部相互平行或垂直，所述集电部的至少一侧与小极片相连。

4.根据权利要求2或3所述的电池，其特征在于，所述小极片为长方形，所述集电部一侧连接的小极片间相互平行。

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述集电部为长方形，集电部每侧的小极片垂直于与其连接的集电部。

6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述集电部两端延伸出未辅料区，所述未辅料区为极耳，和/或垂直于集电部引出极耳。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述集电部为长方形，宽度为极片所设极耳宽度的1～1.5倍。

8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述小极片为长方形，宽度为0.5～2厘米，长度小于电池极片长度的1/2。

9.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述小极片间的间隔为宽0.3～1毫米的狭缝。