CN102246345A - 堆叠型锂离子二次电池 - Google Patents

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Abstract

一种堆叠型锂离子二次电池，特征在于：正极端子从隔着隔离板堆叠有正电极和负电极的电池极板堆的正电极引出；负极端子从负电极引出；除了正极端子和负极端子的引出部分外，电池极板堆由带空隙塑料膜来覆盖；以及覆盖有带空隙塑料膜的电池极板堆的开口由膜状覆盖材料来密封。

Description

堆叠型锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及堆叠型锂离子二次电池，其中电池极板堆的整个表面都覆盖有带空隙塑料膜。
背景技术
近年来，作为用于诸如手机或数字静态摄影机的便携式设备的电源，锂离子二次电池已随着对于高容量、小电池的需求增长而被使用。对于电动自行车、电动汽车或电动工具的电源，使用了具有高能量密度和无记忆效应的锂离子二次电池。因此，需要具有高容积(volume)和大能量密度的长寿命锂离子二次电池。
所提议的是堆叠型锂离子二次电池，其中隔着隔离板堆叠有多个板状正电极和负电极，连接到电极的电极端子并联连接，并且使用了在电池的能量密度方面有优点的膜状覆盖材料。
堆叠型锂离子二次电池包括电池极板堆，其中隔着隔离板堆叠有多个正电极和负电极，所述堆叠的方式使得正电极和负电极跨隔离板彼此相对。将各自连接到正电极和负电极的正极端子和负极端子隔开，所述隔开的方式使得正极端子和负极端子并不相互接触，并且正极端子和负极端子并联连接。通过膜状覆盖材料来密封开口，使得保留电解液。
图6是示出传统锂离子二次电池的电池极板堆的示例的示意图。
在电池极板堆20(其中，存储在多个包型隔离板3中的正电极和负电极1和2被堆叠并布置成使彼此相对)的四条边中的每一条的中心部分附近的四个点处，通过胶带21将正电极、隔离板、和负电极绑在一起，以使得正电极、隔离板、和负电极不会移动：胶带21为约20mm宽并且由聚丙烯或类似材料制成。
还提议的是其中电解液很好地扩散至电池极板中的电池：在该电池中，胶带绕电池极板堆缠绕以固定电池极板，并且提供了一定空间以便胶带不会粘合到电池极板堆的边。例如，见专利文献1。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2002-198098
发明内容
本发明要解决的问题
问题在于，在堆叠型锂离子二次电池中，如果电解液没有充分地扩散到电池极板中，则在重复充电-放电循环时，诸如容量保留(capacity retention)的电池特性将发生下降。
而且，当在电池极板堆(其中隔着隔离板堆叠有正电极和负电极)的四条边中的每一条的中心部分附近的四个点处，通过约20mm宽的胶带将正电极、负电极、和隔离板绑在一起，使得正电极、负电极、和隔离板不会移动时，问题在于由于外力或类似原因最外层电极可沿着胶带的附连边缘断开。
当如同在专利文献1的情形中一样，在电池极板堆的侧面形成空间时，存在容积能量密度可能减少并且电极可由于外部震动而移动(因为电极并未相对于引出电极端子的方向固定)的担心。
本发明的目的在于使保留电解液和将电解液供给到电池极板堆顺利，并且提升电池的循环特性。本发明的目的还在于提供一种堆叠型锂离子二次电池，其设计成在没有将胶带或类似物附着到正电极或负电极的情况下，阻止其中堆叠有正电极、隔离板、和负电极的电池极板堆移动，以使电极不从胶带的附连边缘面断开。
用于解决问题的手段
根据本发明，在堆叠型锂离子二次电池中，正极端子从隔着隔离板堆叠有正电极和负电极的电池极板堆的正电极引出；负极端子从负电极引出；除了正极端子和负极端子的引出部分外，电池极板堆由带空隙塑料膜来覆盖；以及覆盖有带空隙塑料膜的电池极板堆的开口由膜状覆盖材料来密封。
在该堆叠型锂离子二次电池中，通过带空隙塑料膜的热收缩来密封电池极板堆。
在该堆叠型锂离子二次电池中，带空隙塑料膜具有20％到60％的空隙率和20μm到100μm的厚度。
本发明的优点
根据本发明，由于电池极板堆的整个表面通过带空隙塑料膜来覆盖并通过热收缩来密封，因此可能将电解液保留在带空隙塑料膜中并提升循环特性。由于电解液保持在带空隙塑料膜中，因此当电池内部压力降低以用于生产电池的处理期间的密封时，可能减少电解液喷出的量。
而且，不必附着胶带或类似物以便固定电池极板堆。电池极板堆作为整体存储在带空隙塑料膜中。因此，有可能提供一种堆叠型锂离子二次电池，其中，即使当生产电池极板堆的过程期间施加了外力或诸如此类，电极也不从胶带的附连边缘面断开。
附图说明
图1是示出根据本发明的堆叠型锂离子二次电池的电池极板堆的示意图。
图2是示出由带空隙塑料膜制成的包型带空隙体的示意图。
图3是示出电池极板堆/包型带空隙体复合物的示意图。
图4是示出其中正极端子和负极端子分别连接到正电极和负电极的电池极板堆/包型带空隙体复合物的示意图。
图5是示出堆叠型锂离子二次电池的示意图，该堆叠型锂离子二次电池的开口通过本发明的膜状覆盖材料来密封。
图6是示出常规堆叠型锂离子二次电池的电池极板堆的示例的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明。
图1是示出根据本发明的堆叠型锂离子二次电池的电池极板堆的示意图。
下述被交替地堆叠以制造电池极板堆4：正电极1，其中存储或释放锂离子的例如锂-锰合成氧化物的正电极活性材料施加到铝箔上并且其放入到由聚丙烯、聚乙烯、或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层结构的带空隙膜组成的包型隔离板3中；以及负电极2，其中存储或释放锂离子的例如石墨的负电极活性材料施加到铜箔上。
然后，如图3所示，在产生的电池极板堆4以电解液灌注前将它放入如图2所示、由带空隙塑料膜组成的包型带空隙体5(bag-shapedporous body)中。加热上部的开口。由于热收缩而使正电极和负电极1和2结合在一起。因此，产生了电池极板堆/包型带空隙体复合物6。
然后，如图4所示，正极端子7连接到电池极板的多个正电极1。类似地，负极端子8连接到多个负电极2。
在连接了正极端子和负极端子7和8之后，如图5所示，电池极板堆/包型带空隙体复合物6的开口通过膜状覆盖材料9来密封。因此，所产生的是堆叠型锂离子二次电池10，其开口通过膜状覆盖材料9来密封。
附带地，下述也是可能的：带空隙塑料膜(而不是上文的包型带空隙体5)覆盖了电池极板堆4的整个表面，并且电池极板堆/包型带空隙体复合物产生自该带空隙塑料膜的热收缩。
示例
示例1
各0.18mm厚的正电极放入到由聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层结构的带空隙膜组成的包型隔离板中。14个此类正电极和15个各0.1mm厚的负电极交替地堆叠，以产生70mm宽、125mm长、及5mm厚的电池极板堆。该堆通过使用30μm厚的和由具有40％空隙率的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层结构的带空隙膜制成的带空隙塑料膜来存储，之后通过以下电解液来灌注：包含1mol/L的LiPF6的碳酸二乙烯酯和碳酸乙烯酯的混合溶液。
然后，该堆通过由聚乙烯/铝/聚乙烯对苯二酸酯制成的膜状覆盖材料来覆盖。该膜状覆盖材料放在其上的部分在0.4MPa的压力下在160摄氏度加热，以使得密封开口。以这种方式，通过由膜状覆盖材料来密封的开口，产生了96个堆叠型锂离子二次电池。
循环充电-放电循环测试以如下方式进行：各个产生的锂离子二次电池通过5.0A的恒定电流来充电，其在操作切换到恒定电压充电前等于1C，在45摄氏度处直到4.2V，并且在恒定电流/恒定电压充电操作共执行2.5小时之后，重复5.0A恒定电流放电操作直到电池电压下降到3.0V。表1示出当放电容量下降到最初容量一半需要的循环数目被认为是50％的容量保留的循环数目时的其算术平均值。
比较性示例1
如在示例1的情形中一样，所产生的是一种堆，其中，其中存储正电极的包型隔离板和负电极交替地堆叠；堆为70mm宽、125mm长及5mm厚。堆在各边缘的中心部分中的四个点处通过20mm宽、由聚丙烯制成的胶带绑在一起。然后，堆由聚乙烯/铝/聚乙烯对苯二酸酯制成的膜状覆盖材料来覆盖。注入与示例1中相同量的电解液。膜状覆盖材料放在其上的部分在0.4MPa的压力下在160摄氏度加热，以使得密封开口。以这种方式，通过由膜状覆盖材料来密封的开口，产生了比较样本1的96个堆叠型锂离子二次电池。
以类似于示例1的方式，在各比较性样本上进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量一半所需要的循环数目进行计数。表1示出了其算术平均值。
结果示出在电池极板堆存储于带空隙塑料膜中的堆叠型锂离子二次电池中循环特性更好。
当在示例1和比较性示例1中产生的堆叠型锂离子二次电池上进行充电-放电测试之后，分解并比较堆叠型锂离子二次电池。结果显示通过由聚丙烯制成的胶带绑在一起的堆的5.2％已经使最外层负电极从由聚丙烯制成的胶带的附连边缘面断开。在示例1的情形中，其中堆存储在包型带空隙塑料膜中，电极不断开。
在产生示例1的电池的过程中，当压力降低且通过膜状覆盖材料密封来电池时，电解液并不喷出并且其它问题不发生。然而，在产生比较性示例1的电池的过程中，当密封电池时电解液喷出。
示例2
如在示例1的情形中一样，所产生的是一种电池极板堆，其中，其中存储正电极的包型隔离板和负电极交替地堆叠；电池极板堆为70mm宽、125mm长及5mm厚。对于30μm厚的带空隙塑料膜，使用了与用于存储正电极于其中的隔离板相同的材料；堆存储于其中。对堆在其厚度方向上施加3Mpa的压力和85摄氏度的热量，以使得通过热收缩来密封堆。
然后，堆冷却到25摄氏度并用电解液来灌注。通过存储在膜状覆盖材料中的电池极板堆和膜状覆盖材料放在一起，产生了30个堆叠型锂离子二次电池。
以与示例1类似的方式，在产生的锂离子二次电池上进行充电-放电测试。表1示出当放电容量降至最初容量一半所需要的循环数目被认为是50％的容量保留的循环数目时的算术平均值。
表1
Figure BPA00001350245700061
示例3
所产生的是一种电池极板堆，其中，其中存储正电极的包型隔离板和负电极交替地堆叠；电池极板堆为70mm宽、125mm长及5mm厚。电池极板堆存储于带空隙塑料膜中；带空隙塑料膜不同于示例1中的带空隙塑料膜之处在于空隙率为20％且厚度为30μm，但其余特性相同。
然后，其中存储电池极板堆的带空隙塑料膜放入到膜状覆盖材料中，并且膜状覆盖材料放在一起。在0.4Mpa的压力下施加160摄氏度的温度，以使得密封开口。以这种方式，产生5个堆叠型锂离子二次电池。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量的50％所需要的循环数目进行计数。表2示出了其算术平均值。
示例4
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例3的方式产生，除了使用具有30％空隙率和30μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表2示出了其算术平均值。
示例5
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例3的方式产生，除了使用具有40％空隙率和30μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表2示出了其算术平均值。
示例6
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例3的方式产生，除了使用具有50％空隙率和30μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表2示出了其算术平均值。
示例7
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例3的方式产生，除了使用具有60％空隙率和30μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表2示出了其算术平均值。
示例8
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例3的方式产生，除了使用具有10％空隙率和30μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表2示出了其算术平均值。
示例9
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例3的方式产生，除了使用具有70％空隙率和30μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表2示出了其算术平均值。
示例10
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例3的方式产生，除了使用具有80％空隙率和30μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表2示出了其算术平均值。
表2
Figure BPA00001350245700091
从结果清楚的是：当带空隙塑料膜的空隙率在20％到60％范围中时，获得良好的循环特性。
示例11
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例3的方式产生，除了使用具有40％空隙率和20μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表3示出了其算术平均值。
示例12
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例11的方式产生，除了使用具有30μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表3示出了其算术平均值。
示例13
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例11的方式产生，除了使用具有50μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表3示出了其算术平均值。
示例14
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例11的方式产生，除了使用具有70μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表3示出了其算术平均值。
示例15
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例11的方式产生，除了使用具有100μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表3示出了其算术平均值。
示例16
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例11的方式产生，除了使用具有10μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表3示出了其算术平均值。
示例17
5个堆叠型锂离子二次电池以类似于示例11的方式产生，除了使用具有150μm厚度的带空隙塑料膜。
以类似于示例1的方式，进行充电-放电测试，以对使放电容量下降到最初容量50％所需要的循环数目进行计数。表3示出了其算术平均值。
表3
Figure BPA00001350245700111
当带空隙塑料膜的厚度在20μm到100μm的范围中时，循环特性是良好的。
工业实用性
根据本发明，电池极板堆放入到由带空隙塑料膜制成的包型带空隙体中，在该电池极板堆中隔着隔离板将正电极和负电极堆叠和布置成正电极和负电极跨隔离板彼此相对。由于电解液扩散到带空隙塑料膜中，可能提升电池特性，特别是循环特性。由于不必使用已用来阻止电池极板堆移动的胶带，因此还存在阻止电极从胶带的附连端面断开的有利影响。用在生产和制造方面，还增强了可加工性。
引用符号的解释
1：正电极
2：负电极
3：隔离板
4：电池极板堆
5：包型带空隙体
6：电池极板堆/包型带空隙体复合物
7：正极端子
8：负极端子
9：膜状覆盖材料
10：堆叠型锂离子二次电池
20：电池极板堆
21：胶带

Claims (3)

1.一种堆叠型锂离子二次电池，特征在于，
正极端子从隔着隔离板堆叠有正电极和负电极的电池极板堆的所述正电极引出；负极端子从所述负电极引出；除了所述正极端子和所述负极端子的引出部分外，所述电池极板堆由带空隙塑料膜覆盖；以及覆盖有所述带空隙塑料膜的所述电池极板堆的开口由膜状覆盖材料来密封。
2.根据权利要求1所述的堆叠型锂离子二次电池，特征在于
通过所述带空隙塑料膜的热收缩来密封所述电池极板堆。
3.根据权利要求1或2所述的堆叠型锂离子二次电池，特征在于
所述带空隙塑料膜具有20％到60％的空隙率和20μm到100μm的厚度。
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