CN102479978A - 锂离子电池的极芯及锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池的极芯以及锂离子电池，该极芯包括正极片、隔膜、负极片，极芯具有顶部、底部、以及位于顶部和底部之间的外周部；极芯的底部和外周部包覆绝缘胶布，所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布设有多个孔。本发明的有益效果是，通过在极芯的外周部包覆绝缘胶布使得电池在高温环境中，极芯在产生热量的同时，绝缘胶布起到缓冲散热的效果，热量不会瞬间传递给电池壳，而是缓慢发生热传递，提高了特别是高容量锂离子电池的高温安全性能；同时绝缘胶布上的多孔结构能够及时排放极芯产生的气体，提高了电池循环寿命。

Description

锂离子电池的极芯及锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及锂离子电池的极芯。
背景技术
锂离子电池是目前广泛使用的小型二次电池，其具有比能量高、工作电压高、自放电率低、循环寿命长、无污染等优点。一般锂离子电池的构造为：螺旋形卷绕具有正极片、隔膜、负极片相间而形成的极芯，将极芯收纳于电池壳如铝壳中；或者以相叠加的形式形成极芯收纳于电池壳中，然后注入电解液，用密封板密封电池壳。
为了防止极芯在套入电池壳的过程中发生损坏极芯的现象，或是高温环境下隔膜的收缩而引起的内部短路，传统的方法是在极芯的底部包覆绝缘胶布，对于低容量锂离子电池，在一定的程度上确实起到了保护极芯不被损坏的作用。但是，这种包覆方式对电池的高温安全性能却不能起到很好的作用，特别是对于高容量锂离子电池。在高温安全性能测试中，比如铁板烧测试，这种只有在极芯的底部包覆绝缘胶布的高容量锂离子电池，因极芯在瞬间产生大量的热量，这些热量没有经过缓冲的时间直接传递到电池壳上，经常使电池发生着火、爆炸等现象。
发明内容
本发明为解决锂离子电池容易发生着火、爆炸等技术问题，提供一种能够起到缓冲散热的作用，提高电池安全性能，同时又不会影响电池循环寿命的锂离子电池的极芯。
所述极芯包括正极片、隔膜、负极片，所述极芯具有顶部、底部、以及位于顶部和底部之间的外周部；所述极芯的底部包覆绝缘胶布，所述极芯的外周部包覆绝缘胶布，所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布设有多个孔。
本发明还提供一种能够起到缓冲散热的作用，提高电池安全性能，同时又不会影响电池循环寿命的锂离子电池。
所述锂离子电池，包括电池壳、极芯、电解液、隔圈、密封板，所述密封板密封电池壳；所述电池壳和密封板形成的空间用于容纳所述极芯和电解液；所述极芯包括正极片、隔膜、负极片，所述极芯具有顶部、底部、以及位于顶部和底部之间的外周部；所述隔圈设于极芯的顶部，并位于极芯与密封板之间；所述极芯的底部包覆绝缘胶布，所述极芯的外周部包覆绝缘胶布，所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布设有多个孔。
本发明的有益效果在于：
（1）包覆极芯的外周部的绝缘胶布，能够起到缓冲散热的作用，使得热量缓慢地传递到电池壳上，不会导致电池着火和爆炸；
（2）包覆极芯的外周部的绝缘胶布上的孔能及时排放极芯产生的气体，避免极片产生褶皱或者极耳遭到损坏，提高电池的循环寿命。 
附图说明
图1是本发明提供的极芯示意图。
图2是图1极芯的仰视图。
图3是本发明提供的锂离子电池示意图。
图4是实施例1和对比例2的循环寿命性能测试结果图。 
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出的是本发明提供的锂离子电池的极芯100。极芯100由相间的正极片110、隔膜130、负极片120经螺旋卷绕而成，或者以相叠加的形式形成。卷绕后的极芯100具有顶部101、底部102、以及位于顶部和底部之间的外周部103，所述底部102是指在极芯套入电池壳时，最先套入的一部分。为了防止套壳时极芯底部损坏引起短路，在极芯的底部102包覆有绝缘胶布140，即图1和图2中阴影部分。
极芯的外周部103包覆绝缘胶布150，并且该绝缘胶布150设有多个孔151。所述孔151是在绝缘胶布150包覆到极芯外周部103之前就已预先设置到绝缘胶布150上，可通过冲孔或其他方法得到。所述孔151的形状不受限制，可以为圆形、椭圆形、三角形、矩形、菱形、其他规则或不规则形状、或以上形状的组合。所述孔151在绝缘胶布150上均匀排布，有利于电解液渗透和气体排放更加均匀和快捷。所述绝缘胶布150上的每个孔151的面积为1-10mm2 ，所有孔151的总面积占绝缘胶布150面积的5-20%。
优选地，包覆极芯的底部102的绝缘胶布140也可以设有多个孔141，如图1和图2所示，这样可以使得极芯100内部正负极片水分和隔膜水分除去的过程中，水分能通过极芯底部102排出，水分除去速度加快，减少极芯烘烤时间；另外一点，也可以使得电解液通过极芯底部102渗透到极芯内部正负极片和隔膜各个部位的速度加快，减少电池生产周期。
所述绝缘胶布140、150为本领域常用的透明或不透明绝缘胶布，如PET胶布、PP胶布或OPP胶布，优选PET胶布。其厚度为常规厚度，如0.01-0.1mm。
极芯100的制备步骤为：先将正极片110、负极片120、隔膜130按隔膜/正极片/隔膜/负极片的次序叠放后卷绕成极芯100。然后用一小张胶布（如PP胶布）固定极片末端，此处的胶布只是起固定作用，可以不设置孔。再准备一张绝缘胶布150，其宽度为外周部103的高度，其长度比外周部103外径长1-4mm，将其围绕外周部103一圈进行贴合；或者准备两张一样大小的绝缘胶布150，其宽度为外周部103的高度，其长度是使得两张绝缘胶布分别相对贴合在外周部103后，在末端重叠1-4mm的长度。最后将绝缘胶布140包覆极芯的底部102。
请参阅图3，本发明还提供一种锂离子电池，包括电池壳200、极芯100、电解液（图中未示出）、隔圈400、密封板300，所述密封板300密封电池壳200；所述电池壳和密封板形成的空间用于容纳所述极芯和电解液；所述极芯100由相间的正极片110、隔膜130、负极片120经螺旋卷绕而成，或者以相叠加的形式形成，所述极芯100具有顶部101、底部102、以及位于顶部和底部之间的外周部103；所述隔圈400设于极芯的顶部101，并且位于极芯100与密封板300之间；所述极芯的底部102包覆绝缘胶布140，所述极芯的外周部103包覆绝缘胶布150，且绝缘胶布150设有多个孔151。
优选地，包覆极芯的底部102的绝缘胶布140也可以设有多个孔141。
下面通过具体实施例和对比例说明本发明。
实施例1。
制备正极片110：混合90重量份的LiCoO2、5重量份的乙炔黑导电剂、以及5重量份的聚偏氟乙烯，并添加34重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂搅拌形成浆液，均匀地涂覆在铝集流体上，干燥后用滚压机进行滚压，制成正极片110。
制备负极片120：混合97重量份的石墨、1.5重量份的苯乙烯-丁二烯橡胶、以及1.5重量份的羧甲基纤维素，并添加100重量份的水搅拌形成浆液，均匀地涂覆在铜集流体上，干燥后用滚压机进行滚压，制成负极片120。
准备隔膜130：隔膜130采用厚度为20微米的微孔聚乙烯膜。
制备极芯100：先将正极片110、负极片120、隔膜130按隔膜/正极片/隔膜/负极片的次序叠放后卷绕成极芯100。然后用一小张PP胶布固定极片末端。绝缘胶布150采用厚度为0.035mm的PET胶布，使用之前，先在绝缘胶布150上冲孔，孔151的形状为圆形，每个孔151的面积为2mm2，所有孔151的总面积占绝缘胶布150面积的10%。再将两张一样大小的绝缘胶布150分别相对地贴在极芯的外周部103，绝缘胶布150的宽度为外周部103的高度，绝缘胶布150末端在外周部103的圆角处重叠，重叠长度为2mm。最后将绝缘胶布140包覆极芯底部102，本实施例的绝缘胶布140具有和绝缘胶布150相同的材质及厚度；其上设有多个孔，且孔的形状、面积等也相同。
制备电池：将极芯100套入铝制的电池壳200中，注入电解液。所述电解液由1.0mol/L的LiPF6溶解到碳酸亚乙酯和碳酸乙基甲基酯的混合物中，其中碳酸亚乙酯和碳酸乙基甲基酯的体积比为30：70。然后在极芯顶部101套上隔圈400，进行极耳焊接后，用密封板300密封电池壳200开口，制成锂离子电池。
对比例1。
制备电池的方法与实施例1基本相同，唯一的区别在于：极芯外周部103没有包覆绝缘胶布，只是在极芯卷绕完成后用一小块PP胶布固定极片末端。
对比例2
制备电池的方法与实施例1基本相同，唯一的区别在于：包覆极芯的外周部的绝缘胶布不具有多孔结构。
高温安全性能测试：
将上述实施例1和对比例1-2制得的每种电池各取20支在250℃下放置5h，观测电池外观的变化，结果列于表1。
表1：高温安全性能测试结果
电池 现象 结果
实施例1 冒烟，无裂缝 通过
对比例1 着火，有裂缝 失败
对比例2 冒烟，无裂缝 通过
从表1可知，实施例1和对比例2的极芯外周部包覆绝缘胶布，在高温安全性能测试过程中无着火、无裂缝，安全地通过测试，而对比例1在高温安全性能测试过程中发生着火并产生裂缝，测试失败。结果说明在极芯外表面包覆绝缘胶布有利于提高电池的高温安全性能。
循环寿命性能测试： 
将上述实施例1和对比例2制得的电池各取20支测定500次循环后的容量剩余率，测定方法为在25℃下将电池以950mA恒定电流充电至4.2V，而后转恒压充电，截止电流1020mA；搁置10min，以1020mA的电流放电至3.1V，测定得到电池的初始放电容量；搁置10min后，重复上述步骤500次，作连续的充放电测试，得到电池500次循环后的容量剩余率，按照下式计算500次循环后电池的容量剩余率：
容量剩余率=500次循环后放电容量/初始放电容量×100%。
循环寿命性能测试结果见图4，从图中可知，实施例1在500次循环后的容量剩余率在90%左右，而对比例2在500次循环后的容量剩余率只有大约80%，实施例1的测试结果远远优于对比例2。这说明在绝缘胶布上设有多个孔有利于提高电池的循环寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.锂离子电池的极芯，所述极芯包括正极片、隔膜、负极片，所述极芯具有顶部、底部、以及位于顶部和底部之间的外周部；所述极芯的底部包覆绝缘胶布，其特征在于：所述极芯的外周部包覆绝缘胶布，所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布设有多个孔。
2.如权利要求1所述的锂离子电池的极芯，其特征在于：所述包覆极芯的底部的绝缘胶布设有多个孔。
3.如权利要求1所述的锂离子电池的极芯，其特征在于：所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布每个孔的面积为1-10mm2 。
4.如权利要求1所述的锂离子电池的极芯，其特征在于：所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布所有孔的总面积占所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布面积的5-20%。
5.如权利要求1所述的锂离子电池的极芯，其特征在于：所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布上的孔均匀排布。
6.如权利要求1或2所述的锂离子电池的极芯，其特征在于：所述包覆极芯的底部和外周部的绝缘胶布为PET胶布、PP胶布或OPP胶布。
7.如权利要求1或2所述的锂离子电池的极芯，其特征在于：所述包覆极芯的底部和外周部的绝缘胶布厚度为0.01-0.1mm。
8.如权利要求1所述的锂离子电池的极芯，其特征在于：所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布孔的形状为圆形、椭圆形、三角形、矩形、菱形、其他规则或不规则形状、或以上形状的组合。
9.如权利要求1或2所述的锂离子电池的极芯，其特征在于：所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布的两端在所述极芯的外周部重叠，重叠长度为1-4mm。
10.锂离子电池，包括电池壳、极芯、电解液、隔圈、密封板，所述密封板密封电池壳；所述电池壳和密封板形成的空间用于容纳所述极芯和电解液；所述极芯包括正极片、隔膜、负极片，所述极芯具有顶部、底部、以及位于顶部和底部之间的外周部；所述隔圈设于极芯的顶部，并位于极芯与密封板之间；所述极芯的底部包覆绝缘胶布，其特征在于：所述极芯的外周部包覆绝缘胶布，所述包覆极芯的外周部的绝缘胶布设有多个孔。
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