CN102709594A

CN102709594A - 一种新型液态聚合物锂离子电池

Info

Publication number: CN102709594A
Application number: CN2012101933632A
Authority: CN
Inventors: 张娜; 李敬
Original assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Current assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体公开了一种新型液态聚合物锂离子电池，包括铝缩膜，在所述的铝缩膜内设置有极组，所述的极组由正极极片与负极极片组成；所述的正极极片与所述的负极极片的集流体的双表面均匀涂覆有电极浆料；在所述的正极片的电极浆料双表面设有PVDF/XB隔膜。本发明通过采用PVDF/XB隔膜制作电池，隔膜的特性厚度小、孔隙率高、离子电阻小、高温下不收缩，透气性极好；具有优越的抗氧化、抗污染性，与电液有良好的亲和性，吸液量大，包液能力强，有较优的电化学性能，而且效率高，容量大，有良好的循环性能，可以使动力电池容量成倍数的增长，且电池电阻值小，从而大大提高了锂离子动力电池的整体电性能。

Description

一种新型液态聚合物锂离子电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种新型液态聚合物锂离子电池。

背景技术

目前，鉴于锂离子电池与铅酸、镉镍等其他类型的电池相比较具有比容量大、工作电压高、充电速度快、工作温度范围宽、循环寿命长、体积小和重量轻等诸多优点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动工具等领域，并且其应用范围越来越广泛。

随着锂离子电池使用范围的扩大，人们习惯上把应用于动力电源系统的化学电源称为动力电池，如应用于电动工具、电动车等领域，动力电池使用条件复杂，同时也要求电池具有更高的容量性能和功率性能，以及优良的安全性能。

目前传统意义上的动力电池较多的采用铅酸电池和镉镍电池，这两种电池可以提供较大的输出电流以适用电动工具和电动车经常需要大功率输出时的使用要求，但是采用锂离子电池作为动力电池，必须在目前的基础上进一步提高单体电池的容量和功率性能以满足动力电池应用领域的特殊使用要求。

在交通运输领域和二次储能领域中，往往对电源系统的能量输出有着较大的要求，由于目前的锂离子电池单体能量较低，循环充电寿命低，为了满足交通运输领域和二次储能领域的特殊要求，需要过多的单体电池进行并联使用，并要对电池的材料加以技术改善。

现有锂离子动力电池电芯极组均采用方形结构，方形结构极组又分为卷绕式和叠片式两种结构，卷绕式结构空间利用率低，且卷绕式方形极组结构厚度很难控制一致，在内部微量产气时很容易造成褶皱和空气带，导致极片出现析锂，影响电池使用寿命和安全性能，叠片式极组结构由于极组厚度均匀，可以很好的解决这些问题，可以有效的避免极组内部的褶皱和析锂现象，但目前的叠片式结构不能对极组进行有效定位，在电池使用过程中如果出现振动情况，很容易出现极片错位，因而出现安全隐患。

另外，现有锂离子动力电池外部封装采用铝塑复合膜封装，这种封装材料可实现质量和空间的最优利用，提高电池能量密度，并可对极组进行真空紧凑封装，通过外部封装对极组进行固定，减少了复杂装配结构带来的外部阻抗对电极体系的影响，但由于铝塑膜封装结构为软性材质，散热性能较金属壳体差，因此将极组设计成薄片形以增加电池在大电流放电时的散热能力，如果面积较大，薄片型电池在大面积承受压力时容易发生整体形变。

电池隔膜在电池中是一关键性部件，作用之一是隔开电池中正极和负极，避免彼此短路。在电池中正极、负极和电解液条件都相同的情况下，隔膜对于电池的质量和性能，能起到了一个重要的作用。具体说，隔膜可以影响到电池的内阻，隔膜的孔隙率和厚度直接影响电池内阻。用高孔隙和薄的隔膜电池内阻小功率高，反之，电池内阻大，电池功率小，循环寿命短。尤其是动力锂电池如果内阻大，不仅电池的功率上不去，电池的寿命受到极大的影响，行车速度慢、行程短；最严重的是安全隐患大，当大电流使用时电池温度急剧升高而发生爆炸。

目前的动力电池隔膜一般采用干湿法制成，这样的隔膜用在电池中后会造成电池的内阻大，从而导致电池的功率变小，且电池的电容量比较低，不能适应人们对动力锂电池的高功率、高电容量的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种具有大电容量的新型液态聚合物锂离子电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型液态聚合物锂离子电池，包括铝缩膜，在所述的铝缩膜内设置有极组，所述的极组由正极极片与负极极片组成；所述的正极极片与所述的负极极片的集流体的双表面均匀涂覆有电极浆料；在所述的正极片的电极浆料双表面设有 PVDF/XB隔膜。

所述PVDF/XB隔膜的厚度为30±2μm。

所述的正极片与负极片通过叠合方式组合在一起。

所述的正极极片的片数为偶数，所述的负极极片的片数为奇数。

所述正极极片的集流体为铝箔，所述负极极片的集流体为铜箔；电池正极极耳及负极极耳通过超声焊分别焊接在电池的正极集流体与负极集流体上。

所述的PVDF/XB隔膜由于厚度小、孔隙率高、离子电阻小、高温下不收缩，透气性极好；具有优越的抗氧化、抗污染性，与电液有良好的亲和性，吸液量大，包液能力强，有较优的电化学性能，而且效率高，容量大，有良好的循环性能，是纯动力电池、大型储能电池等大容量、高倍率放电锂电池隔膜的最佳选择，有利于提高锂离子电池的整体性能。

因此，本发明通过采用新型PVDF/XB隔膜替代传统的干湿法隔膜制作电池，可以使得动力电池的容量成倍数的增长，且电池电阻值小，由于电池容量成倍数增长的同时，电池的电阻值变小，从而大大提高了锂离子动力电池的整体电性能。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的极组正负极极片的排列结构示意图；

图2所示为本发明实施例提供的成型极组的结构示意图；

图3所示为本发明实施例提供的正极极片的结构示意图；

图4所示为本发明实施例提供的正极极片的剖视结构图;

图5所示为本发明实施例提供的装配成型的电池的结构示意图；

图中：1为负极极片、2为正极极片、3为正极极耳引带，4为负极极耳引带、5为极耳保护带、11为正极极耳、12为负极极耳、20为正极集流体、21为电极浆料、22为PVDF/XB隔膜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

参见图1所示，该图示出了本发明实施例提供的新型锂离子动力电池的极片的排列结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例有关的部分。

一种新型液态聚合物锂离子电池，包括铝缩膜，在所述的铝缩膜内设置有极组，所述的极组由正极极片2与负极极片1组成；所述的正极极片2与所述的负极极片1的集流体的双表面均匀涂覆有电极浆料；在所述的正极片的电极浆料双表面设有 PVDF/XB隔膜。

较优的，所述PVDF/XB隔膜的厚度为30±2μm。

参见图3－4所示，该图示出了本发明实施例提供的正极极片的结构。所述的正极极片2包括铝箔集流体20，在所述的铝箔集流体20的双表面涂覆有电极浆料21，所述的电极浆料21的双表面设有PVDF/XB隔膜22。

在本发明实施例中，所述的PVDF/XB隔膜是指聚偏二氟乙烯膜（polyvinylidene fluoride）。

参见图1所示，所述的正极片2与负极片1通过叠合方式组合在一起。

其中，所述的正极极片的片数为偶数，所述的负极极片的片数为奇数。

所述的正极极片的正极集流体为铝箔，所述的负极极片的负极集流体为铜箔；电池的正极极耳11与负极极耳12用超声焊分别焊接在所述的正极集流体、负极集流体上。

本发明所述的新型聚合物锂离子电池，通过采用“叠合方式、正极极片覆PVDF/XB隔膜”结构，替代传统隔膜按方形极组结构进行卷绕，极片采用双向引出极耳的结构，实现了电池内部集流结构的最优化。

本发明由在正极极片上覆有PVDF/XB隔膜，从而大大改善了在内部微量产气时容易造成的褶皱和空气带，导致极片出现析锂，影响电池使用寿命和安全性能的问题，极组厚度均匀可以有效避免极组内部的褶皱和析锂现象电池的强度性能，并且微孔状结构在电池进行真空封装后，可以容纳一定的气体，有效地防止了电池在大电流放电时产生微量气体造成电池鼓胀，内阻增大现象。

下面以制作7Ah的聚合物液态锂离子动力为例对本发明高容量聚合物液态锂离子动力电池制作过程及结构进一步说明。

极片制作：正极极片：将LiFePO4、碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液按比例均匀混合形成的电极浆料，LiFePO4活性物质占总质量90%，均匀涂敷在铝箔（20μ）集流体上，涂敷密度为24mg/cm2，在120℃下烘干，经过碾压致密化处理，极片厚度控制为130±2μm，再将PVDF/XB隔膜经过热处理进行覆膜加工，料区尺寸为226×139mm，覆膜厚度控制为30±2μm。

负极极片：将MCMB粉料、碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液按比例混合形成的电极浆料，MCMB占负极总质量的90%，均匀涂敷在铜箔（15μ）集流体上，涂敷密度为9.7mg/cm2，烘干后经过致密化处理，极片厚度为75±2μm，料区尺寸为230×141mm。

将制作好正、负极极片装配成极组；极组装配时，按照图1所示结构进行叠合装配，如图1所示，叠合成型的极组的最中心的极片为正极极片。

在本发明实施例中，所述的极组中正极极片为6片、负极极片为7片，叠合成型后极组厚度为5mm，成型后，极组的正极集流体与负极集流体上均预留长40mm*宽20 mm未涂覆有电极浆料的铝箔区和铜箔区，分别作为正、负极极耳的连接位置。

正、负极极耳采用常规聚合物极耳：正极极耳采用铝质极耳，负极极耳采用铜质极耳，将正极极耳11、负极极耳12采用超声焊接方式与所述未涂覆电极浆料的铝箔区和铜箔区进行焊接，得到最终成型极组，如图2所示；

如图5所示，将装配好的极组，按照聚合物电池注液、封装工艺进行注液、装配后制得容量为7Ah的锂离子电池。

本发明由于在正极极片上外层设有新型PVDF/XB隔膜，用该正极极片与负极极片通过叠合方式制作成极组而后再制成的锂离子动力电池，可以使动力电池的容量成倍数的增长，且电池电阻值小，有利于提高锂离子电池的整体性能，进而拓展了电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1. 一种新型液态聚合物锂离子电池，包括铝缩膜，在所述铝缩膜内设置有极组，所述极组由正极极片与负极极片组成；所述正极极片与所述负极极片的集流体的双表面均匀涂覆有电极浆料；其特征在于，在所述的正极片的电极浆料双表面设有 PVDF/XB隔膜。

2.根据权利要求1所述的新型液态聚合物锂离子电池，其特征在于，所述PVDF/XB隔膜的厚度为30±2μm。

3.根据权利要求1或2所述的新型液态聚合物锂离子电池，其特征在于，所述的正极极片与负极极片通过叠合方式组合在一起。

4.根据权利要求3所述的新型液态聚合物锂离子电池，其特征在于，所述的正极极片的片数为偶数，所述的负极极片的片数为奇数。

5.根据权利要求4所述的新型液态聚合物锂离子电池，其特征在于，所述正极极片的集流体为铝箔，所述负极极片的集流体为铜箔；电池正极极耳及负极极耳通过超声焊分别焊接在电池的正极集流体与负极集流体上。