CN103219524B - 一种叠片锂离子电池正极集流体箔片、正极极片及电池 - Google Patents

一种叠片锂离子电池正极集流体箔片、正极极片及电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种叠片锂离子电池正极集流体箔片、正极极片及电池,该正极集流体箔片包括正极箔片本体和正极极耳,所述正极箔片本体与所述正极极耳连接,所述正极箔片本体上设置有通孔。在正极箔片本体上设置通孔后,这样不仅可以在正极箔片本体的平面上涂覆正极材料,而且可以在正极箔片本体上的通孔内涂覆正极材料,提高了正极极片的利用率,从而使得最终制得的叠片锂离子电池的重量比容量和体积比容量大大提高,并大大降低了叠片锂离子电池的成本,扩大了叠片锂离子电池的使用范围。

Description

一种叠片锂离子电池正极集流体箔片、正极极片及电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种叠片锂离子电池正极集流体箔片、正极极片及电池。
背景技术
近年来,随着混合动力汽车等技术的发展,人们对电池的高功率性能要求越来越高,因此提升二次电池的高功率性能成为研究的主要方向。
在影响二次电池高功率性能的诸多因素中,其中二次电池的结构是一个重要影响因素,特别是二次电池的内部集流体的结构始终是研究的重点之一。以圆柱形电池为例,电池的内部集流体的结构主要经历了两个阶段:第一,在电极极片上焊接一个或数个极耳,再将极耳焊接在电池盖上,这种方式简称直接焊接极耳方式;第二,先在电极极组端面上焊接带有极耳的汇流片,再将极耳焊接在电池盖上,这种方式简称端面焊结构。这两种方式相比较,采用端面焊结构的电池其高功率性能比直接焊接极耳方式的电池提高很多。
虽然人们采用各种方法来改进二次电池内部集流体的机构,但是目前二次电池仍旧重量比容量和体积比容量偏低。当需要提高电池的比能量时,只能不停的增加电池的重量或者体积,这样大大增大了二次电池的成本,使得二次电池的使用范围缩小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足,提供了一种叠片锂离子电池正极集流体箔片、正极极片及电池,该正极集流体箔片可以涂覆更多的正极材料,大大提高了叠片锂离子电池的重量比容量和体积比容量。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种叠片锂离子电池正极集流体箔片,包括正极箔片本体和正极极耳,所述正极箔片本体与所述正极极耳连接,所述正极箔片本体上设置有通孔。
优选的是,所述正极箔片本体上的通孔的孔隙率为30%~40%。
优选的是,所述正极箔片本体与所述正极极耳采用一体化设置。
优选的是,所述通孔采用圆形通孔,所述圆形通孔的直径为2mm~3mm。
本发明还提供一种叠片锂离子电池正极极片,包括上述正极集流体箔片,以及通过多孔网状集流体涂布工艺涂布在所述正极集流体箔片上的正极材料。
本发明还提供一种叠片锂离子电池,其包括极组,所述极组包括至少一个电芯,所述电芯包括至少一个电池单元,每一所述电池单元均包括隔膜、负极极片,每一所述电池单元还包括上述正极极片,并且所述正极极片与所述隔膜使用高分子塑化剂通过热熔技术而粘合,所述隔膜与所述负极极片使用高分子塑化剂通过热熔技术而粘合。
优选的是,所述隔膜包括第一隔膜、第二隔膜,所述正极极片包括第一正极极片、第二正极极片,所述电池单元由所述第一正极极片、所述第一隔膜、所述负极极片、所述第二隔膜、所述第二正极极片依次叠加形成。
优选的是,所述正极极片包括由单面涂布工艺形成的正极材料,所述负极极片包括由双面涂布工艺形成的负极材料。
优选的是,所述电池单元的数量为复数个,所述电池单元的极耳之间通过点焊、超声焊、铆焊中的任意一种方式焊接实现电性连接。
优选的是,所述电芯的数量为复数个,每一所述电芯中的电池单元的所述负极极片均包括负极极耳,所述负极极耳上设置有负极圆孔,每一所述电芯中的电池单元的所述正极极耳上设置有正极圆孔,并且
所述极组还包括第一固定组件和第二固定组件,所述第一固定组件穿过每一所述正极圆孔以将各个所述正极固定并实现电性连接,所述第二固定组件穿过每一所述负极圆孔以将各个所述负极固定并实现电性连接。
本发明中在正极箔片本体上设置通孔后,这样不仅可以在正极箔片本体的平面上涂覆正极材料,而且可以在正极箔片本体上的通孔内涂覆正极材料,提高了正极极片的利用率,从而使得最终制得的叠片锂离子电池的重量比容量和体积比容量大大提高,并大大降低了叠片锂离子电池的成本,扩大了叠片锂离子电池的使用范围。
附图说明
图1是本发明实施例1中的叠片锂离子电池正极集流体箔片结构示意图;
图2是本发明实施例3中的叠片锂离子电池负极集流体箔片结构示意图;
图3是本发明实施例3中的叠片锂离子电池内的电池单元的结构示意图;
图4是本发明实施例3中的叠片锂离子电池内的电池单元的结构示意图。
图中:1-正极集流体箔片;2-正极箔片本体;3-正极极耳;4-通孔;5-正极圆孔;6-负极集流体箔片;7-负极箔片本体;8-负极极耳;9-负极圆孔;10-隔膜。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示,本实施例提供了一种叠片锂离子电池正极集流体箔片1,包括正极箔片本体2和正极极耳3,所述正极箔片本体2与所述正极极耳3连接,所述正极箔片本体2上设置有通孔4。
传统的正极极片仅在光滑的正极箔片本体2的平面上涂覆正极材料,本实施例中在正极箔片本体2上设置通孔4后,这样不仅可以在正极箔片本体2的平面上涂覆正极材料,而且可以在正极箔片本体2上的通孔4内涂覆正极材料,从而使得最终制得的叠片锂离子电池的重量比容量和体积比容量大大提高,并大大降低了叠片锂离子电池的成本,扩大了叠片锂离子电池的使用范围。
优选的是,所述正极箔片本体2上的通孔4的孔隙率为30%~40%。该孔隙率的范围不仅能增加单位质量的正极箔片本体2上涂覆的正极材料的质量,而且经过涂布工艺后,在正极箔片本体2上形成稳定的涂层,且不会引起通孔4内的正极材料的塌陷。
优选的是,所述正极箔片本体2与所述正极极耳3采用一体化设置,提高了正极集流体箔片1的导电性,减少了其内阻,增强了叠片锂离子电池高倍率放电时的安全性。
优选的是,所述通孔4采用圆形通孔4,所述圆形通孔4的直径为2mm~3mm。该直径范围的圆形通孔4可以防止圆形通孔4内的正极材料的脱落现象。当然,通孔4可以采用其它形状的通孔4,比如三角形、矩形或者不规则形状的通孔4等。在正极集流体箔片1上设置圆形通孔4的制作工艺简单,而且设置圆形的通孔4不容易产生毛刺,不会影响电池的导电性能。
正极箔片本体2为大的箔片,其表面为矩形。正极极耳3为小的箔片,其表面为矩形。正极极耳3与正极箔片本体2通过各自的边呈一体化连接形成正极集流体箔片1,且正极极耳3与正极箔片本体2在同一个平面上,正极集流体箔片1的厚度为18~25μm,正极集流体箔片1的厚度范围可以正极集流体箔片1上的通孔4内能够容纳正极材料。
实施例2
本实施例提供一种叠片锂离子电池正极极片,包括实施例1中的正极集流体箔片1,以及通过多孔网状集流体涂布工艺涂布在正极集流体箔片1上的正极材料,提高了正极极片的利用率,
实施例3
如图3、4所示,本实施例提供一种叠片锂离子电池,其包括极组,所述极组包括至少一个电芯,所述电芯包括至少一个电池单元,每一所述电池单元均包括隔膜10、负极极片,每一所述电池单元还包括实施例2中所述的正极极片,并且所述正极极片与所述隔膜10使用高分子塑化剂通过热熔技术而粘合,所述隔膜10与所述负极极片使用高分子塑化剂通过热熔技术而粘合。隔膜10放置在正极极片与负极极片之间,每一片隔膜10在其一面与正极极片使用高分子塑化剂通过热熔技术而粘合,在其另外一面与负极极片使用高分子塑化剂通过热熔技术而粘合。本实施例中的叠片锂离子电池使用实施例2中的正极极片,大大提高了该电池的重量比容量和体积比容量。由于正极材料和负极材料内会有水分,当将涂有正极材料的正极极片和涂有负极材料的负极极片组装成叠片锂离子电池时,会在电池的正负极片的间隙内残留水分,从而引起电池的气胀问题。使用高分子塑化剂通过热熔技术可以使得电池的正负极片分别与隔膜10紧密的粘合在一起,从而减少了正负极片之间的间隙,可以有效的减缓电池的气胀问题。另外,由于电池内部正负极片之间的间隙的存在,在电池的充放电过程中,电池正负极片会有受力不均匀的现象,会使得电池隔膜10出现褶皱问题。通过使用高分子塑化剂通过热熔技术可以使得电池的正负极片间减少间隙,可以有效防止电池内部受力不均匀问题,从而可以避免电池内部的隔膜10出现褶皱问题。
优选的是,所述隔膜10包括第一隔膜、第二隔膜,所述正极极片包括第一正极极片、第二正极极片,所述电池单元由所述第一正极极片、所述第一隔膜、所述负极极片、所述第二隔膜、所述第二正极极片依次叠加形成。这样的一个电池单元相当于两个电池单体,可以减少负极极片的数量以及重量。通过在负极箔片本体7的面向正极箔片本体2的两个表面实施双面涂布,可以充分利用电池内部空间,同时在电池壳体内可以放置更多的正负极片,提高电池壳体内的空间利用率。
优选的是,所述正极极片包括由单面涂布工艺形成的正极材料,所述负极极片包括由双面涂布工艺形成的负极材料。本实施例中单面涂布工艺可以在正极极片的一面上涂布上正极材料,双面涂布工艺可以在负极极片的一面上涂布上负极材料。
优选的是,所述电池单元的数量为复数个,所述电池单元的极耳之间通过点焊、超声焊、铆焊中的任意一种方式焊接实现电性连接。
优选的是,所述电芯的数量为复数个,每一所述电芯中的电池单元的所述负极极片均包括负极极耳8,所述负极极耳8上设置有负极圆孔9,每一所述电芯中的电池单元的所述正极极耳3上设置有正极圆孔5,并且
所述极组还包括第一固定组件和第二固定组件,所述第一固定组件穿过每一所述正极圆孔5以将各个所述正极固定并实现电性连接,所述第二固定组件穿过每一所述负极圆孔9以将各个所述负极固定并实现电性连接。本实施例中的第一固定件具体为第一铆钉,第二固定件具体为第二铆钉。当然,第一固定件和第二固定件也可以选用其它能够实现电性连接的组件。这种连接方式可以将电芯牢固可靠牢固的连接在一起,通过该连接方式可以连接更多的电芯,在电池组装完成后,电芯不会在电池内发生错动,保证电芯在电池内的的相对位置。
本实施例中的叠片锂离子电池的制作过程如下:
(1)选用正极箔片本体2与正极极耳3一体化设置的正极集流体箔片1,其中,如图1所示,正极箔片本体2上设置有圆形的通孔4,圆形的通孔4的直径为2mm~3mm,圆形的通孔4在正极箔片本体2上的孔隙率为30%~40%。正极箔片本体2为大的箔片,其表面为矩形。正极极耳3为小的箔片,其表面为矩形,正极极耳3上设置有正极圆孔5。正极极耳3与正极箔片本体2通过各自的边呈一体化连接形成正极集流体箔片1,且正极极耳3与正极箔片本体2在同一个平面上,正极集流体箔片1的厚度为18~25μm。
选用负极箔片本体7与负极极耳8一体化设置的负极集流体箔片6,其中,如图2所示,负极箔片本体7为实心的,负极极耳8上设置有负极圆孔9。负极极耳8与负极箔片本体7通过各自的边呈一体化连接形成负极集流体箔片6,且负极极耳8与负极箔片在同一个平面上,负极集流体箔片6的厚度为10~12μm。在锂电池充电过程中,锂离子从正极材料中脱嵌,进而嵌入到负极材料中。正极上的正极材料与它对用的负极上必须有负极材料,这样在嵌锂的时候不会出现锂枝晶,保证了电池的安全性。如果负极打孔,该叠片锂离子电池在制作过程中不能保证正负极的孔能完全的对应,这样就很大概率上出现正极对应的负极上没有负极材料,或者正极上的正极材料多于对应的负极上的负极材料,这样很容易引起爆炸,无法保证电池的安全性。本实施例中通过在正极箔片本体2上设置通孔,负极箔片本体7为实心,最终制得的叠片锂离子电池具有很高的安全性。
(2)通过多孔网状集流体涂布工艺在正极集流体箔片1上涂布正极材料,且此时的涂布工艺为单面涂布工艺,不仅在正极集流体箔片1的一面上涂布正极材料,而且在正极集流体上的圆形的通孔4内涂布了正极材料。
通过双面涂布工艺,在负极集流体箔片本体7的正反两面上均涂布负极材料。
(3)隔膜10包括第一隔膜、第二隔膜,正极极片包括第一正极极片、第二正极极片。将第一正极极片、第一隔膜、负极极片、第二隔膜、第二正极极片按顺序依次叠加,再使用高分子塑化剂将第一正极极片、第一隔膜通过热熔技术粘合,用同样的方法将第一隔膜与负极极片粘合,负极极片与第二隔膜粘合,第二隔膜与第二正极极片粘合,从而形成一个电池单元。如图3、4所示,按照上述顺序排列时,正极极片的极耳与负极极片的极耳的设置位置彼此错开,便于电池单元的电性连接。
(4)通过将五个电池单元的所有正极极耳3通过点焊、超声焊、铆焊中的任意一种方式焊接在一起,所有负极极耳8通过点焊、超声焊、铆焊中的任意一种方式焊接在一起,从而形成一个电芯。在进行焊接工艺时,焊点的数目8~10个为宜。
本实施例中的一个电芯包括五个电池单元,当然电芯中的电池单元的数目并不仅仅局限于此。
(5)使用第一铆钉穿过四个电芯的所有的正极极耳3上的正极圆孔5,将正极固定并实现电性连接。使用第二铆钉穿过四个电芯的所有负极极耳8上的负极圆孔9,将负极固定并实现电性连接,从而形成电池的一个极组。
本实施例中的一个极组包括四个电芯,当然极组中的电芯的数目并不仅仅局限于此。
(6)将极组放置于电池壳内,进行紧固以及其它电池装配工艺从而形成成品叠片锂离子电池。
本实施例制得的叠片锂离子电池重量轻、能量密度高、导电性能好、牢固性好、安全可靠。
本发明中的叠片锂离子电池的电池单元、电芯、极组的数量并不限于上述具体的实施方式,它们的数目可以根据实际需要增加或者减少。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种叠片锂离子电池,其包括极组,所述极组包括至少一个电芯,所述电芯包括至少一个电池单元,每一所述电池单元均包括隔膜、负极极片,其特征在于,每一所述电池单元还包括正极极片,并且所述正极极片与所述隔膜使用高分子塑化剂通过热熔技术而粘合,所述隔膜与所述负极极片使用高分子塑化剂通过热熔技术而粘合,
所述正极极片,包括正极集流体箔片,以及通过多孔网状集流体涂布工艺涂布在所述正极集流体箔片上的正极材料,
所述正极集流体箔片,包括正极箔片本体和正极极耳,所述正极箔片本体与所述正极极耳连接,所述正极箔片本体上设置有通孔,所述通孔采用圆形通孔,所述圆形通孔的直径为2mm~3mm,所述正极箔片本体的厚度为18~25μm,所述正极箔片本体的厚度范围可以满足在所述正极箔片本体上的所述通孔内能够容纳正极材料,所述正极箔片本体上的通孔的孔隙率为30%~40%。
2.根据权利要求1所述的叠片锂离子电池,其特征在于,所述正极箔片本体与所述正极极耳采用一体化设置。
3.根据权利要求1所述的叠片锂离子电池,其特征在于,所述隔膜包括第一隔膜、第二隔膜,所述正极极片包括第一正极极片、第二正极极片,所述电池单元由所述第一正极极片、所述第一隔膜、所述负极极片、所述第二隔膜、所述第二正极极片依次叠加形成。
4.根据权利要求3所述的叠片锂离子电池,其特征在于,所述正极极片包括由单面涂布工艺形成的正极材料,所述负极极片包括由双面涂布工艺形成的负极材料。
5.根据权利要求3所述的叠片锂离子电池,其特征在于,所述电池单元的数量为复数个,所述电池单元的极耳之间通过点焊、超声焊、铆焊中的任意一种方式焊接实现电性连接。
6.根据权利要求3所述的叠片锂离子电池,其特征在于,所述电芯的数量为复数个,每一所述电芯中的电池单元的所述负极极片均包括负极极耳,所述负极极耳上设置有负极圆孔,每一所述电芯中的电池单元的所述正极极耳上设置有正极圆孔,并且
所述极组还包括第一固定组件和第二固定组件,所述第一固定组件穿过每一所述正极圆孔以将各个所述正极固定并实现电性连接,所述第二固定组件穿过每一所述负极圆孔以将各个所述负极固定并实现电性连接。
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