CN102104133B - 锂电池的极耳、具有该极耳的负极结构和锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池的极耳、具有该极耳的负极结构和锂电池。该锂电池为使用锂或锂合金作为负极片的电池。其中，所述极耳的一个表面具有用于压接于负极片的压接区域，压接区域具有压接部，压接部包括至少一个压接孔，压接孔的一部分与极耳相连接，且另一部分与极耳相分离。本发明的极耳具有压接部，因此其与负极片相接触的时候可以压入负极片，从而增强两者之间接触的可靠性。该极耳可以通过机械冲压方法获得，因此制作方法简单，成本低廉。包含此极耳的负极结构可以有效地降低外界振动带来的影响，保证负极结构中的负极片与极耳之间具有可靠的连接。

Description

锂电池的极耳、具有该极耳的负极结构和锂电池

技术领域

本发明涉及一次锂电池领域，更具体地，本发明涉及一种锂电池的极耳、具有该极耳的负极结构和锂电池。

背景技术

在电池行业，锂电池由于具有能量密度高、电压高、工作温度范围宽、寿命长等优点，已受到越来越多人的关注与重视。在过去的十几年中，锂电池已经在一次（不可充电）和二次（可充电）电池市场中占据了主导地位，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑以及数码相机等便携式电子设备中。

在锂电池中，常规的锂-二硫化铁电池（以下有时也简称为锂电池或锂一次电池）是以二硫化铁（FeS₂）为正极活性物质、金属锂（Li）为负极活性物质并以有机电解液为电解液的一次电池。该一次电池的电压可以达到1.5V，因此可以替代现在常用的碱性电池而作为普通消费电子设备的便携能源进行使用。此外，该一次电池还具有比能量大、容量高、工作温度范围宽、储存时间长等优点，与目前市场上广泛使用的碱性一次电池具有互换性，因此其作为新一代的高功率电池，正越来越受到人们的欢迎，市场前景非常广阔。

在制作锂-二硫化铁电池的过程中，首先，将FeS₂粉末与导电剂、粘结剂混合后进行搅拌制成浆料，并将该浆料涂覆在正极导电基材上而形成正极，然后对正极进行烘干、辊压、分切处理得到正极片，同时，选择特定尺寸的金属锂或其合金箔带作为负极片；然后，分别将极耳的一端分别连接到正极片和负极片上形成正极结构和负极结构；然后，将正极结构、隔膜和负极结构进行叠加以形成电池芯；最后，将电池芯放入电池壳体中，注入电解液，封口、清洗后得到锂-二硫化铁电池。

在正极结构方面，电池厂家采取了各种方法保证正极片与极耳之间连接的可靠性。例如，有的厂家在正极片的涂覆过程中，留出了一端不涂的区域，将正极片卷成电池芯后，这些未涂覆的区域集中在一起，通过电池装配的紧配合，使未涂覆区域集中的正极基材直接与正极端子相接触，节省了极片与端子之间电连接的焊接工艺；还有一些厂家先在正极片上预留出未涂覆的区域，然后在该未涂覆区域上引出极耳，使用电阻或其他方式将极耳与正极端子相连接。虽然上述工艺相对复杂一些，但具有比较可靠的电连接。

在负极结构方面，目前广泛应用的是，将极耳直接与负极片进行接触并覆盖一层保护件（通常为胶带）以加强二者之间的接触。虽然这种连接方式比较简便，但在连接可靠性方面存在一些问题。电池在从厂家运送到最终用户手中常常要经历诸如装卸、振动等过程；另外，电池在使用中也可能受到冲击，例如，跌落到地板上，或者经历随机的长时间的振动等。这些都可能导致电池内部电连接的破坏。尤其是在利用上述方法的现有电池中，负极片与极耳之间的连接更容易遭到破坏，以致电池性能下降甚至失效，从而给用户带来很大的麻烦，降低了客户满意度。

因此，本领域需要一种能够保持负极片与极耳之间可靠的内部电连接的锂电池，从而提高锂电池的质量和客户满意度。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对上述现有技术中的负极片与极耳之间的连接可靠性问题，本发明提供了一种锂电池的极耳，所述锂电池为使用锂或锂合金作为负极片的电池，所述极耳的一个表面具有用于压接于所述负极片的压接区域，所述压接区域具有压接部，其中，所述压接部包括至少一个压接孔，所述压接孔的一部分与所述极耳相连接，且另一部分与所述极耳相分离。

本发明还提供一种锂电池的负极结构，其中，所述负极结构包括锂制负极片和上述任一项所述的极耳，所述极耳以所述压接区域压接在所述锂制负极片上，并至少以所述压接孔嵌入所述锂制负极片。

进一步地，本发明还提供一种锂电池，所述锂电池使用二硫化铁作为正极活性物质，其中，所述锂电池包括上述任一项所述的负极结构。

综上所述，首先，本发明的极耳具有压接部，因此其与负极片相接触的时候可以压入负极片，从而增强两者之间接触的可靠性。本发明的负极结构可以有效地降低外界振动带来的影响，保证负极结构中的负极片与极耳之间具有可靠的连接，并且可减小电池内部的接触电阻，提升电池的放电性能。本发明的锂电池可以有效地降低外界振动带来的影响，保证其负极结构中的负极片与极耳之间具有可靠的连接，从而使电池具有较好的质量和较长的寿命，进而提高客户满意度。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1a所示为根据本发明一个优选实施方式的锂电池的极耳的主视图；

图1b所示为根据本发明一个优选实施方式的锂电池的极耳的侧向剖视图；

图2所示为根据本发明一个优选实施方式的锂电池的负极结构的示意图；

图3所示为对根据本发明一个优选实施方式的锂电池的负极结构进行可靠性测试的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便说明本发明。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

[极耳]

如上所述，本发明提供了一种锂电池的极耳，所述锂电池为使用锂或锂合金作为负极片的电池，所述极耳的一个表面具有用于压接于所述负极片的压接区域，所述压接区域具有压接部，所述压接部包括至少一个压接孔，所述压接孔的一部分与所述极耳相连接，且另一部分与所述极耳相分离。以下参考图1a~1b，详细说明根据本发明一个优选实施方式的锂电池的极耳的具体结构。

图1a所示为根据本发明一个优选实施方式的锂电池的极耳的主视图，图1b所示为根据本发明一个优选实施方式的锂电池的极耳的侧向剖视图。

首先，如图1a和1b所示，极耳100的一个表面由用于压接于负极片（未示出）的压接区域101和非压接区域（即极耳100的该表面上除了压接区域101以外的区域）构成，且压接区域101和非压接区域分别位于极耳100的两端。就极耳100的形状而言，一般为条形或“L”形。所述条形包括任何长宽比大于1（优选大于1.5）的形状。作为条形的实例，图1a和1b所示的极耳为长方形。但其形状并不限于此，例如其可以为带四个圆角的条形。“L”形也没有特别限制，只要适于作为连接极片和端子的连接部件即可。

作为示例，极耳100的厚度“d”（如图1b所示的z方向）一般为0.05~0.50mm，例如，0.1mm，0.3mm，0.4mm；优选地为0.08~0.20mm。

作为示例，当用于锂电池的负极结构时，极耳100可以由硬度大于锂的金属或合金制成，例如，所述极耳100由选自铝、钢、铜、镍或其合金中的至少一种材料制成，优选由镀镍钢带制成。当极耳的材料的硬度大于锂时，该极耳可以方便地压接在锂制负极片上，从而获得本发明的负极结构。不过，对于具有本发明所述的构造的极耳而言，可以根据用途来选择合适的材料，并不限于上述列举的硬度和材料。

作为示例，当选择硬度大于负极片的极耳材料时，可以将本发明的极耳的压接区域与负极片的适当位置接触，通过一定的压力，例如，0.2~0.8MPa，将压接部的全部压入负极片，从而获得具有可靠的极耳与极片之间的连接的负极结构。

对于条形或“L”形的极耳，压接区域101在位置上只需要位于极耳的一端即可，并无其他限制。

压接区域101具有压接部102，所述压接部102包括压接孔103。此处所说的“压接部”是指所有的压接孔103及其相互之间的表面在压接区域101占据的部分（如图1a所示的102），该区域为压接区域101的一部分，通常位于靠近极耳端部的位置。在优选的情况下，为了保证极耳100与负极片之间的电连接可靠持久，压接部102包括至少一个压接孔103，例如，16个，24个，32个等。压接孔103的数量不受特别限制，可以根据各压接孔本身的投影面积来设定，单位投影面积越小，数量越多。

作为示例，为了保证极耳100与负极片之间具有可靠的电连接，压接孔103在所述压接区域101的全部投影面积占所述压接区域101总面积的20%以上，例如，40%，60%，90%；优选地，压接孔103在所述压接区域101的全部投影面积占所述压接区域101总面积的50%~80%。

对于本领域技术人员来讲显而易见的是，在本申请说明书的教导下，可以根据极耳100和负极片的实际尺寸、二者之间的接触面积、以及期望达到的电连接的可靠程度，按照实际情况从上述范围内选择合适的数值。对于本领域技术人员来讲还显而易见的是，也可以从不同于上述范围的数据中选择合适的数值。

作为示例，更详细地如图1b所示，所述压接孔103的一部分与极耳100相连接，且另一部分与极耳100相分离，优选地例如为鱼鳞孔状。压接孔103在压接区域101的表面的投影可以是圆形、椭圆形、方形或其他任意形状，其中优选为圆形和椭圆形。

进一步地，所述压接孔103（或压接部102）应优选地位于靠近与负极片相接触的一端；另外，所述压接孔103可以以任意方式排列在压接区域101上，例如，随机地在极耳100表面的一端制作压接孔103，但优选地是，压接孔103呈矩阵方式排列或者呈蜂窝状方式排列。也就是说，压接孔103可以先沿图1a所示的x方向在靠近与负极片相接触的一端从左到右依次排列，然后再沿图1a所示的y方向依次排列，不同行之间的压接孔103可以对齐排列（即呈矩阵方式，如图1a所示），也可以交错排列（即呈蜂窝状方式）。

作为示例，所述压接部102（压接孔103）可以通过机械冲压方法或者其他类似方法形成。以机械冲压方法为例，将待加工的极耳置于冲压设备上，将压力调整为0.3~1.2MPa，例如0.5MPa，对极耳进行冲压得到带有压接孔的极耳。

作为示例，压接部102与极耳100的端部之间还可以留有一部分未经加工的非压接区104，以满足加工时的定位需要。

综上所述，本发明的极耳具有压接部，因此可以通过将其与负极片压接而压入所述负极片，从而增强两者之间接触的可靠性；第二，本发明的极耳可以通过机械冲压方法获得，因此制作方法简单，成本低廉。

[负极结构]

以下参考图2，详细说明根据本发明一个优选实施方式的锂电池的负极结构的具体结构。图2所示为根据本发明一个优选实施方式的锂电池的负极结构的示意图。

如图2所示，锂电池的负极结构200包括负极片201和极耳202。

作为示例，负极片201为锂制负极片，即，使用锂或锂合金作为活性物质，其厚度通常为0.1~0.5mm，例如0.15mm，0.2mm，0.4mm等。

如图2所示的极耳202即为本发明上述优选实施方式所述的极耳（参见图1a和图1b及上文所述），其具体结构及相应的优选实施方式可参照上文所述，在此不再赘述，以下仅对该负极结构的实施方式进行描述。

作为示例，在组装负极片201与极耳202时，将压接区域与负极片201的表面相接触，并施加一定的压力，例如0.2~0.8MPa，使压接部的全部嵌入负极片201，从而达到负极片201与极耳202之间的紧密接触。

作为示例，为加强负极片201与极耳202之间的连接并防止可能的内部短路危险，电池的负极结构200还包括至少一个片状的保护件203。所述的保护件203用于保护所述极耳与所述锂制负极片的压接。保护件203至少粘合在第一区域上以及所述锂制负极片上与该第一区域相邻的区域上，该第一区域是极耳202的另一表面（与具有压接区域和非压接区域的表面相反的表面，即图2中朝上的一面）的与所述压接区域相对应的区域；优选所述保护件203至少覆盖所述第一区域的全部，以在将极片与隔膜卷绕在一起时防止极耳的边缘刺穿隔膜从而起到保护作用。进一步地，保护件203还可以粘合在第二区域的至少一部分上，该第二区域位于所述锂制负极片的与被所述极耳压接的表面相反的另一面，且为所述锂制负极片上与所述压接区域相对应的区域。当保护件203以粘合的方式覆盖在第二区域的至少一部分和负极片201上而连接这两部分时，可以对极耳202的压接起到固定作用。

作为示例，保护件203包括片状的柔性基材和涂覆在所述柔性基材的单面上的粘胶，所述粘胶用于所述粘合。其中，基材由选自聚乙烯、聚丙烯、硫化聚乙烯、高熔点芳香族聚酰胺、玻璃布、聚酯膜、非织物纤维、棉布、醋酸纤维素、绉纱等中的至少一种材料构成。粘胶由选自橡胶、合成橡胶、丙烯酸胶、硅树脂中的至少一种材料构成。以上的基材和粘胶可任意组合。

综上所述，具有上述构造的本发明的负极结构可以有效地防止可能发生的压接孔穿透负极片而导致的故障；同时，还可以降低外界振动带来的影响，保证负极结构中的负极片与极耳之间具有可靠的连接；另外，本发明的负极结构具有紧密的连接，从而减小了电池内部的接触电阻，提升了电池的放电性能。

[锂-二硫化铁电池]

以下详细说明根据本发明一个优选实施方式的锂电池。

本发明的锂电池使用二硫化铁作为正极活性物质；其可以包括：正极结构、负极结构、隔膜和电解液。

正极结构包括正极片和正极极耳。进一步地，正极片使用二硫化铁作为活性物质；可使用各种柔性金属片材作为正极基材，例如铝箔。

负极结构为本发明上述的负极结构，其结构不再赘述。

隔膜可以是材料为PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）或其组合的微多孔膜。

进一步地，在制作时，将正极结构、负极结构和隔膜按照正极结构、隔膜、负极结构、隔膜的顺序卷绕在一起以形成电池芯，将电池芯放入电池壳体后注入电解液，封口制成电池，其中，所述电解液可以通过将锂盐溶解于有机溶剂中而形成。

本领域技术人员可以理解的是，除了本发明的负极结构以外，上述锂电池的其他部件可采用任何公知的构造，不限于上述列举的实例。

由于具有上述负极结构，本发明的电池可以有效地降低外界振动带来的影响，保证负极结构中的负极片与极耳之间具有可靠的连接，从而使电池具有较好的质量和较长的寿命，进而提高客户满意度。

以下通过实施例来对本发明要求保护的技术方案作更详细的描述。需要说明的是，这些实施例是示例性的，对本申请的保护范围不具有限定作用。

实施例1

以下通过圆柱形AA电池负极结构的具体实施例对本发明的负极结构作进一步的说明。

本实施例的圆柱形AA电池负极结构的负极片采用纯金属锂箔带，长度为305mm，宽度为38mm，厚度为0.157mm。极耳采用条形的镀镍钢带，长度为24mm，宽度为3.8mm，厚度为0.1mm，其中压接区域占整个极耳面积的75%。保护件的基材采用聚丙烯基材，且其长度为22mm，宽度为7mm，厚度为0.1mm，粘胶的材料为合成橡胶，由此构成胶带。

然后，用机械冲压的方式在极耳的压接区域制作压接部，其中机械冲压所施加的压力为0.5MPa。所述压接部包括32个鱼鳞孔状的压接孔，共分为8行，呈矩阵方式排列（即如图1a所示）；压接孔在压接区域的全部投影面积占所述压接区域总面积的50%。压接孔的长度为0.8mm（沿图1a所示的x方向），宽度为0.2mm（沿图1a所示的y方向）。

将以上制备好的极耳与负极片相接触，并在其上施加0.35MPa的压力，将上述压接孔压入负极片，然后使用上述保护件分别粘合负极片上的全部第一区域和极耳上的一部分第二区域，形成完整的负极结构。其中实施例1的产品成为样品A。

可靠性测试1

为了说明上述实施例1的负极结构具有较好的电连接，下文以现有的负极结构（样品B）为比较对象，进行可靠性测试。其中，现有负极结构为使用上述保护件将同样规格的极耳（未设置压接孔）和负极片直接粘合在一起而形成的。

图3显示了测试方法的示意图。其中，负极结构300中的301表示负极片，302表示极耳，F表示拉力的方向。具体地说，在测试时，向负极结构施加一个如图3所示的拉力（约2N，预计实际使用过程中的震荡所带来的作用力小于此数值），然后观察负极片的表面状态和在发生脱离之前实际拉力施加时间。如果负极片中的大量的材料锂粘在压接孔上被拉出，或者压接区域破裂而大量负极片材料粘结在极耳上，则说明极耳与负极片的连接是可靠的。另一方面，负极结构抵抗拉力F而不发生脱离的时间也是衡量连接是否牢固的一个标准。测试结果显示，如表1所示。

表1

样品	压接孔	负极片状态	时间（秒）
				A	有	破裂	5
B	无	完好无损	3

其中，样品A的负极片在拉力F持续5秒后发生破裂，表明其连接牢固；样品B的极耳在拉力持续3秒后被拉起，但表面完好无损。尽管如此，像样品B这样的负极结构很容易在使用过程中因为振动而发生极耳与负极片的横向脱离（参见以下的可靠性测试2），因此不符合锂电池的使用寿命要求。

可靠性测试2

用样品A和B作横向牵拉测试。图3显示了测试方法的示意图，其中，负极结构300中的301表示负极片，302表示极耳，H表示拉力的方向。具体地说，在测试时，向负极结构施加一个如图3所示的拉力（约2N），然后观察负极片的表面状态和在发生脱离之前实际拉力施加时间。如果负极片中的大量的材料锂粘在第一突起上被拉出，或者压接区域破裂而大量负极片材料粘结在极耳上，则说明极耳与负极片的连接是可靠的。另一方面，负极结构抵抗拉力H而不发生脱离的时间也是衡量连接是否牢固的一个重要标准。测试结果显示，如表2所示。

表2

样品	压接孔	负极片状态	时间（秒）
				A	有	破裂	5
B	无	完好无损	1

其中，样品A的负极片发生破裂，且抗拉时间较长，表明其连接均很牢固；样品B的负极片表面尽管完好无损，但其抗拉时间较短，表明其连接效果差。通常，在锂电池的使用过程中，由于会受到各种振动，像样品B这样的负极结构很容易发生极耳与负极片的横向脱离，因此不符合锂电池的使用寿命要求。

[本发明的有益效果]

综上所述，第一，本发明的极耳具有压接部，因此其与负极片相接触的时候可以压入所述负极片，从而增强两者之间接触的可靠性；第二，本发明的极耳可以通过机械冲压方法获得，因此制作方法简单，成本低廉；第三，本发明的负极结构可以有效地降低外界振动带来的影响，保证负极结构中的负极片与极耳之间具有可靠的连接；第四，本发明的负极结构具有紧密的连接，从而减小了电池内部的接触电阻，提升了电池的放电性能；第五，本发明的电池可以有效地降低外界振动带来的影响，保证其负极结构中的负极片与极耳之间具有可靠的连接，从而使电池具有较好的质量和较长的寿命，进而提高客户满意度。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (14)

1.一种锂电池的负极结构，其特征在于，所述负极结构包括锂制负极片和极耳，所述极耳的厚度为0.05~0.50mm，所述极耳的一个表面具有用于压接于所述负极片的压接区域，所述压接区域具有压接部，所述压接部包括至少一个压接孔，所述压接孔通过机械冲压方法形成，所述机械冲压方法中的冲压所施加的压力为0.3~1.2MPa，所述压接孔为鱼鳞孔状，所述压接孔在所述压接区域上呈矩阵方式排列或呈蜂窝状方式排列，所述压接孔在所述压接区域的全部投影面积占所述压接区域总面积的50%~80%，所述压接孔的一部分与所述极耳相连接，另一部分与所述极耳相分离，并且所述极耳由硬度大于锂的金属或合金制成；所述极耳以所述压接区域压接在所述锂制负极片上，并至少以所述压接孔嵌入所述锂制负极片，所述压接所用的压力为0.2~0.8MPa；所述负极结构还包括片状的保护件，所述保护件粘合在第二区域的至少一部分上，所述第二区域位于所述锂制负极片的与被所述极耳压接的表面相反的另一面，且为所述锂制负极片上与所述压接区域相对应的区域。

2.根据权利要求1所述的负极结构，其特征在于，所述压接孔在所述压接区域的表面的投影为圆形、椭圆形或方形。

3.根据权利要求1所述的负极结构，其特征在于，所述极耳的形状为条形或“L”形。

4.根据权利要求1所述的负极结构，其特征在于，所述极耳的厚度为0.08~0.20mm。

5.根据权利要求1所述的负极结构，其特征在于，所述极耳由选自铝、钢、铜、镍或其合金中的至少一种材料制成。

6.根据权利要求1所述的负极结构，其特征在于，所述极耳由镀镍钢带制成。

7.根据权利要求1所述的负极结构，其特征在于，所述锂制负极片的厚度为0.1~0.5mm。

8.根据权利要求1所述的负极结构，其特征在于，所述保护件还至少粘合在第一区域上以及所述锂制负极片上与所述第一区域相邻的区域上，所述第一区域是所述极耳的另一表面的与所述压接区域相对应的区域。

9.根据权利要求1所述的负极结构，其特征在于，所述保护件包括片状的柔性基材和涂覆在所述柔性基材的单面上的粘胶，所述粘胶用于所述粘合。

10.根据权利要求9所述的负极结构，其特征在于，所述基材由选自聚乙烯、硫化聚乙烯、聚丙烯、高熔点芳香族聚酰胺、玻璃布、聚酯膜、非织造纤维、棉布、醋酸纤维素、绉纱中的至少一种材料构成。

11.根据权利要求9所述的负极结构，其特征在于，所述粘胶由选自橡胶、丙烯酸胶或硅树脂中的至少一种材料构成。

12.根据权利要求11所述的负极结构，其特征在于，所述橡胶为合成橡胶。

13.一种锂电池，所述锂电池使用二硫化铁作为正极活性物质，其特征在于，所述锂电池包括权利要求1-12中任一项所述的负极结构。

14.根据权利要求13所述的锂电池，其特征在于，所述锂电池装有通过将锂盐溶解于有机溶剂中而形成的电解液。

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