CN104362292A - 一种锂二次电池 - Google Patents

一种锂二次电池 Download PDF

Info

Publication number
CN104362292A
CN104362292A CN201410664445.XA CN201410664445A CN104362292A CN 104362292 A CN104362292 A CN 104362292A CN 201410664445 A CN201410664445 A CN 201410664445A CN 104362292 A CN104362292 A CN 104362292A
Authority
CN
China
Prior art keywords
extension
secondary battery
lithium secondary
pole piece
electrode assemblie
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410664445.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104362292B (zh
Inventor
邹敏敏
李松
艾邓均
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningde Amperex Technology Ltd
Dongguan Amperex Technology Ltd
Original Assignee
Ningde Amperex Technology Ltd
Dongguan Amperex Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningde Amperex Technology Ltd, Dongguan Amperex Technology Ltd filed Critical Ningde Amperex Technology Ltd
Priority to CN201410664445.XA priority Critical patent/CN104362292B/zh
Publication of CN104362292A publication Critical patent/CN104362292A/zh
Priority to US14/944,140 priority patent/US10290848B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN104362292B publication Critical patent/CN104362292B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/42—Acrylic resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/426—Fluorocarbon polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/443—Particulate material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本申请涉及储能器件领域，尤其涉及一种锂二次电池。包括含有底部的壳体、盖组件、正极端子、负极端子、电极组件以及电解液；壳体的侧壁包括一对主平面以及一对侧面，开口与底部相对设置；电极组件由正极极片、负极极片以及复合隔离膜卷绕而成，复合隔离膜包括聚合物微孔膜层和陶瓷复合材料层；由正极极片朝向盖组件的一端引出第一延伸部，第一延伸部与所述正极端子电连接；由负极极片朝向盖组件的一端引出第二延伸部，第二延伸部与所述负极端子电连接；复合隔离膜的透气度与侧面的厚度满足0.05s/(100mL·μm)≤A/B≤1.0s/(100mL·μm)。本申请提供的锂二次电池能够有效提高电池的安全性能。

Description

一种锂二次电池
技术领域
本申请涉及储能器件领域，尤其涉及一种锂二次电池。 
背景技术
相关技术中，锂二次电池通常将隔板作为绝缘体介于带状的正极极片与负极极片之间、螺旋地卷绕该电极叠层以构成电极组件(或胶卷)、将该电极组件容纳于壳体中、将设置有电极端子的盖组件安装到壳体上而制造。比较常见的方形锂二次电池包括集电板，用于在容量或输出方面在短时间内收集大量电流，如图8所示。集电板由电极组件的两侧引出，并朝盖组件延伸。 
为了抑制短路的发生，相关技术提出在复合隔离膜的微孔膜层上涂覆含有无机填料和基质材料(即粘结剂)的陶瓷复合材料层的方式抑制由于内部短路而出现的电池过热现象。 
由于电极组件中采用了具有陶瓷复合材料层的复合隔离膜，这样会使电极组件变厚，导致锂二次电池的体积能量密度降低。在电池反复充、放电时，电极极片会显著地膨胀和收缩，并产生大量的气体，从而可能使电极组件发生变形，而通过粘结剂粘合的陶瓷复合材料层因膨胀而结合不牢，从而损坏陶瓷复合材料层，使其从微孔膜上脱落，从而影响陶瓷复合材料层抑制由于内部短路而出现的电池过热现象的功能，同时也极大影响了电池的安全性能。 
发明内容
本申请提供了一种锂二次电池，能够有效提高电池的安全性能。 
根据本申请所提供的锂二次电池，包括含有底部、侧壁以及开口的壳体、覆盖所述开口的盖组件、设置在所述盖组件上的正极端子以及负极端子、设置在所述壳体和盖组件所包围的空腔内的电极组件以及电解液； 
所述侧壁包括一对主平面以及一对侧面，所述主平面与所述侧面围绕所述底部的边缘交替设置，所述开口与所述底部相对设置； 
所述电极组件由正极极片、负极极片以及设置在所述正极极片以及所述负极极片之间的复合隔离膜卷绕而成，所述复合隔离膜包括至少一个聚合物微孔膜层和至少一个陶瓷复合材料层； 
由所述正极极片朝向所述盖组件的一端引出第一延伸部，所述第一延伸部与所述正极端子电连接； 
由所述负极极片朝向所述盖组件的一端引出第二延伸部，所述第二延伸部与所述负极端子电连接； 
所述复合隔离膜的透气度A与所述侧面的厚度B满足如下关系： 
0.05s/(100mL·μm)≤A/B≤1.0s/(100mL·μm)。 
优选地，所述复合隔离膜的透气度A与所述侧面的厚度B满足如下关系： 
0.2s/(100mL·μm)≤A/B≤0.75s/(100mL·μm)。 
优选地，所述复合隔离膜的透气度A为50～500s/100mL，所述侧面的厚度B为400～1200μm。 
优选地，所述主平面在由所述侧面的一个至另一个方向上的尺寸L与其在由所述底部至所述开口的方向上的尺寸W之比为1.2～2.5。 
优选地，所述侧面呈弯曲弧面构型。 
优选地， 
所述正极极片包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体表面的正极活性物质层，所述第一延伸部由所述正极集流体引出； 
所述负极极片包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述第二延伸部由所述负极集流体引出。 
优选地，所述第一延伸部和所述第二延伸部的形状均为梯形，且该梯形的上底朝远离所述电极组件的方向延伸。 
优选地，所述第一延伸部与所述正极集流体连接处的边缘通过圆弧过渡，所述第二延伸部的底部与所述负极集流体的边缘也通过圆弧过渡，所述圆弧的半径为0.5mm～20mm。 
优选地，所述第一延伸部的顶部与所述第二延伸部的顶部均设置有圆 形倒角，所述圆形倒角的半径为0.5mm～20mm。 
优选地，所述陶瓷复合材料层包括无机颗粒和基质材料。 
本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果： 
在电池反复充、放电时，电极极片会显著地膨胀和收缩，并产生大量的气体，从而可能使电极组件发生变形，尤其是电极组件侧面的卷绕弧面因受力影响，置于其中的复合隔离膜的陶瓷复合材料层会发生严重的损坏，然而，如果电池壳体的侧面能够给予电极组件一个反向推力，抑制电极组件的变形，陶瓷复合材料层将不会被破坏，陶瓷复合材料层就能抑制由于内短路而出现的电池过热现象的功能，同时提高电池的安全性能。 
然而，陶瓷复合材料层除了防止电池的内短路，还必须容纳正、负极之间的电解液，当侧面给予电极组件的反向推力很大时，就会导致陶瓷复合材料层局部没有电解液存在，锂离子无法通过复合隔离膜而产生析锂现象，最终影响电池的容量。 
在本申请中，电极组件通过在朝向盖组件的一端引出第一延伸部以及第二延伸部，而非由电极组件的两侧引出集电板的方式，能够使电极组件侧面的卷绕弧面与壳体侧壁的侧面紧密配合，进而使壳体可灵敏的对电极组件做出反向推力，有效遏制电极组件的膨胀对陶瓷复合材料层的影响。并且，这种设置方式在电极组件受到侧面的反向推力时，即使局部的电解液浓度会减少而向周围扩散，但是电解液受重力影响能够进行恢复，而使电解液浓度逐渐趋于平衡。再者，由于电极组件无需在侧部设置集电板，因而还可大大提高锂二次电池的体积能量密度。而通过限制这种复合隔离膜的透气度A和侧面的厚度B之间的比例关系，则能够有效保证侧面能够施加足够的反向推力，同时还能够将电极板的膨胀、收缩对电池的影响降低，优化电池的各项指标。 
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。 
附图说明
图1为本申请实施例所提供的侧面为弯曲弧面构型的锂二次电池的结构示意图； 
图2为本申请实施例所提供的侧面为平面构型的锂二次电池的结构示意图； 
图3为本申请实施例所提供的侧面为弯曲弧面构型的锂二次电池的剖视结构局部示意图； 
图4为本申请实施例所提供的电极组件的分解结构示意图； 
图5、6为本申请实施例所提供的两种延伸部与集流体配合的局部放大图； 
图7为本申请实施例所提供的复合隔离膜的结构示意图； 
图8为本申请背景技术所介绍的锂二次电池的内部结构局部示意图。 
1-电极组件；11-正极极片；111-第一延伸部；112-正极集流体；113-正极活性物质层；114-圆弧；115-圆形倒角；12-负极极片；121-第二延伸部；122-负极集流体；123-负极活性物质层；13-复合隔离膜；131-陶瓷复合材料层；132-聚合物微孔膜层；14-卷绕弧面； 
2-壳体；21-开口；22-侧壁；221-主平面；222-侧面；23-底部； 
3-正极与负极端子； 
4-盖组件；41-盖板；42-排气部；43-塞子。 
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。 
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的锂二次电池的放置状态为参照。 
如图1至4所示，根据本申请实施例所提供的一种方形锂二次电池，包括电极组件1、壳体2、正极与负极端子3(图中未区分正负极)、盖组件4以及电解液(未示出)。下面对各个部分进行详细描述。 
参见图3，壳体2包括开口21、侧壁22以及底部23，开口21与底部23相对设置，侧壁22包括一对主平面221以及一对侧面222，主平面221与侧面222围绕底部23的边缘交替设置。如图2所示，侧面222可以为 平面构型，当电极组件1放置于壳体2内部时，因电极组件1侧面存在弯曲区域，电极组件1可较容易的伸入到壳体2内部。如图1和图3所示，在本实施例中，为了能够使侧面222更好的对电极组件1施加反向推力，特将侧面222设置为与电极组件1的卷绕弧面14相适应的弯曲弧面构型。电极组件1的侧面同样存在卷绕弧面14，两者形状类似，相互之间配合，因而壳体侧壁的侧面222对电极组件1的卷绕弧面14的反向推力更灵敏，可准确的对电极组件1的变形做出反应；同时电极组件1的空间利用率更高，体积能量密度得到了提升。 
参见图4，电极组件1包括正极极片11、负极极片12以及位于正极极片11与负极极片12之间的复合隔离膜13。正极极片11、负极极片12以及复合隔离膜13叠放在一起进行螺旋状卷绕后便形成电极组件1的主体结构。 
在本实施例中，正极极片11包括第一延伸部111、正极集流体112以及正极活性物质层113。正极活性物质层113含有正极活性材料作为主要组分，并可含有任选的组分如导电剂和粘结剂。对这些材料没有特别的限定，作为正极活性材料优选含锂的过渡金属氧化物，在含锂的过渡金属氧化物中，优选例如磷酸铁锂、钴酸锂、改性钴酸锂、镍酸锂、改性镍酸锂、锰酸锂、改性锰酸锂、以及镍钴锰酸锂。正极活性物质层113涂覆于正极集流体112上。负极极片12包括第二延伸部121、负极集流体122以及负极活性物质层123。负极活性物质层123含有负极活性材料作为主要组分，并可含有任选的组分如导电剂和粘结剂。对这些材料没有特别的限定，优选的负极活性材料包括：各种天然石墨、各种人造石墨，含硅的复合材料如硅化物，锂金属，以及各种合金材料。 
用于正极活性物质层113和负极活性物质层123的粘结剂示例包括PTFE、PVDF和苯乙烯-丁二烯橡胶。导电剂示例包括乙炔黑，以及各种石墨材料。 
第一延伸部111与正极集流体112一体设置，并由电极组件1的一端向外延伸。第二延伸部121与负极集流体122一体设置，并由电极组件1相同的一端向外延伸。将电极组件1至于在壳体2之内时，设置有第一延伸部111以及第二延伸部121的一端朝上，并分别与正极和负极端子3连 接。 
如图5所示，第一延伸部111和第二延伸部112的形状均为梯形，且该梯形的上底朝远离电极组件1的方向延伸。这样能够减轻延伸部顶部的重量，有效防止翻折。 
请继续参见图5，第一延伸部111与正极集流体112连接处的边缘，第二延伸部121的底部与负极集流体122的边缘，均可通过半径为0.5mm～20mm的圆弧114过渡。底部设置圆弧114过渡，能够使延伸部与集流体之间尖锐的直角区域变得圆滑，以减少延伸部在集流体上裁切时产生的毛刺。此外，第一延伸部111以及第二延伸部121的顶部均可设置半径为0.5mm～20mm的圆形倒角115。顶部的圆形倒角115也可减少延伸部和延伸部的重量，同时还可改善延伸部的角部翻折问题。 
在申请的另一个实施例中，如图6所示，也可以采用矩形的延伸部配合圆弧114过渡以及顶部的圆形倒角115。这种结构加工方法比较简单，尺寸容易把握。 
如图7所示，复合隔离膜13包括一个陶瓷复合材料层131以及一个聚合物微孔膜层132。陶瓷复合材料层131由无机颗粒和基质材料构成。其中，无机颗粒可以从二氧化硅(SiO2)，氧化铝(Al2O3),碳酸钙(CaCO3)，二氧化钛(TiO2)，SiS2，SiPO4等、或它们的混合物中选择。优选的无机颗粒是SiO2、Al2O3和CaCO3。该颗粒的平均粒径在0.001μm～25μm的范围内，最好在0.01μm～2μm的范围。 
基质材料可以从聚环氧乙烷(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTTFE)、聚氨酯、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四甘醇二丙烯酸酯、它们的共聚物和它们的混合物构成的组中选择。优选的基质材料是PVDF和/或PEO和它们的共聚物。PVDF共聚物包括PVDF:HFP(聚偏氟乙烯：六氟丙烯)和PVDF：CTFE(聚偏氟乙烯：三氟氯乙烯)。 
聚合物微孔膜层132的材料优选聚烯烃，聚烯烃优选聚乙烯和聚丙烯，也可使用包含聚乙烯和聚丙烯二者的微孔膜。 
本申请中，复合隔离膜13的透气率A与侧面222的厚度B应满足如下关系：0.05s/(100mL·μm)≤A/B≤1.0s/(100mL·μm)。优选范围为： 0.2s/(100mL·μm)≤A/B≤0.75s/(100mL·μm)。复合隔离膜13的陶瓷复合材料层131具有两个功能，一是避免短路的功能，二是容纳电解液的功能。 
当A/B>1.0s/(100mL·μm)时，复合隔离膜13的透气率较大，导致基质材料(粘结剂)的量很少从而粘结剂的作用力有限，同时侧面222的厚度较小对电极组件1的卷绕弧面14的反向推力很小，当电极组件1中正、负电极极片发生膨胀、收缩时，从而使电极组件1的卷绕弧面14的陶瓷复合材料层131容易受损；同时，因透气率较大，在电极极片发生膨胀、收缩时，正、负电极极片的脱落的小的颗粒物容易在较大透气率的复合隔离膜13中堵塞，从而使容纳电解液的空间较少，更严重的是，直接堵住电解液流动的通道，产生析锂现象，从而使容量衰减。 
当A/B<0.05s/(100mL·μm)时，侧面222的厚度较大对电极组件1的卷绕弧面14的反向推力很大，复合隔离膜13的透气度较小，当电极组件1中电极极片发生膨胀、收缩时，侧面222对电极组件1的卷绕弧面14的较大的反向推力使局部没有电解液存在，锂离子无法通过复合隔离膜13而产生析锂现象，即使电极组件1的侧面的卷绕弧面14位于侧面222位置，局部电解液受重力影响能够进行恢复，但是其趋向于电解液浓度平衡还是及其困难的。 
复合隔离膜13的透气度A的范围优选为50～500s/100mL，当透气度较大时，陶瓷复合材料层131中的基质材料(粘结剂)较小，无法保证粘结强度，在电极极片膨胀或收缩时，陶瓷复合材料层131容易脱落；当透气度较小时，受到侧面222对电极组件1的卷绕弧面14的反向推力时，容易形成局部无电解液存在，产生析锂现象，导致容量衰减。 
侧面222的厚度B的范围优选为400～1200μm，厚度较大时，对电极组件1的反向推力太大，容易使电极组件1的卷绕弧面14局部无电解液存在，厚度过小时，对电极组件1的变形无法起到抑制作用。 
主平面221在由一个侧面222至另一个侧面222的方向上的尺寸L(长度)与其在由底部23至开口21的方向上的尺寸W(宽度)之比为优选为1.2～2.5。电池组件1的卷绕弧面14受到侧面222的反向推力时，受力区域的局部电解液会向四周扩散，当主平面221长度与宽度比控制为1.2～ 2.5时，往主平面221的宽度方向扩散的电解液会受重力影响而快速的恢复，从而使电解液浓度趋向于平衡。 
请继续参见图1和图2，盖组件4包括用于密封开口21的盖板41、用于释放可再充电电池内部的气体的排气部42以及用于封闭穿透盖板41的电解液注入孔(未示出)的塞子43。排气部42设置为当壳体2内部的气体压力超过参考值时，该排气部42破裂以将内部气体释放到外部。正极与负极端子3均设置在盖板41上。 
侧面222在临近开口21处为了方便与顶盖41进行焊接，可在侧面22的顶部设置一个台阶，从而使侧面222的厚度不同，呈现下厚上薄的现象。这种情况下，对于本申请的侧面222的厚度B是指与电极组件1对应区域的厚度，即侧面222较厚的区域的厚度。 
在本申请中，电解液优选包含能够溶解锂盐的非水溶剂。对锂盐没有特别的限定，优选例如LiPF6和LiBF4。锂盐可以两种或更多种组合使用。对非水溶剂没有特别的限定，优选碳酸亚乙烯酯(EC)，碳酸二甲酯(DMC)，碳酸二乙酯(DEC)和甲基碳酸乙酯(EMC)。这些非水溶剂可以单独使用，也可以两种或更多种组合使用。 
将根据下面非限定性例子进一步描述上述情况。 
制备例1 
正极极片11的制备：将活性材料钴酸锂、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯)、导电炭黑以比例90wt％的磷酸铁锂、5wt％的PVDF和5wt％的导电炭黑混合。混合物使用NMP(N-甲基吡咯烷酮)作为溶剂制成正极活性物质层113。将正极活性物质层113施涂到15μm的正极集流体112铝箔的表面，干燥，正极集流体112的沿宽度方向存在未涂覆区域，对未涂覆区域进行预定距离的裁切，以得到第一延伸部111，以制备正极极片11。 
负极极片12的制备：将活性物质人造石墨、粘结剂SBR(丁苯乳胶)、羧甲基纤维素钠和导电炭黑以比例95wt％的人造石墨、1.5wt％的羧甲基纤维素钠、1.5wt％的导电炭黑、2wt％的丁苯乳胶混合。使用水做溶剂，制成负极活性物质层123。将负极活性物质层123施涂到10μm的负极集流体122铜箔的两侧上，干燥，负极集流体122的沿宽度方向存在未涂覆区域，对未涂覆区域进行预定距离的裁切，以得到第二延伸部121，以制备 负极极片12。 
复合隔离膜13的制备：以Celgard聚乙烯微孔膜为聚合物微孔膜层132，以二氧化硅、碳酸钙、PVDF:HFP以比例30:30:40进行混合，将混合后溶液涂覆于Celgard聚乙烯微孔膜上形成陶瓷复合材料层131，制备复合隔离膜13。 
电解液的制备：将LiPF6溶解在由碳酸亚乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和甲基碳酸乙酯(EMC)以1:1:1的体积比组成的溶剂混合物中得到LiPF6的浓度为1mol/L的溶液，以制的非水电解液。 
将正极极片11和负极极片12以及置于正、负极之间的透气率A为250s/100mL的复合隔离膜13相互缠绕在一起，从而制得基本上呈椭圆形横截面(即电极组件1的侧面存在卷绕弧面14)的电极组件。将电极组件1放置于壳体2内，使第一延伸部111以及第二延伸部121朝向开口21。侧面222的厚度B为400μm，形状为平面形。将第一延伸部111、第二延伸部121分别与盖组件4上的电极端子3电连接(第一延伸部111连接正极端子，第二延伸部121连接负极端子)，通过电解液注入孔注入电解液，并用塞子43密封。最终得到方形锂二次电池，其侧壁22的主平面221的长度L为173mm，宽度W为85mm，电极组件1与壳体2的侧壁22之间的距离为0.5mm，形状为平面形。 
对比例1：复合隔离膜13及电解液的制备同实施例1。正极极片11、负极极片12采用的活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂相同，但是不存在第一延伸部111和第二延伸部121，如图8所示，正极集流体112与负极集流体122的未涂覆区域与集电板5进行焊接，从而与盖组件4上的电极端子3进行电连接，最终得到的方形锂二次电池，其壳侧壁22的主平面221的长度L为173mm，宽度W为85mm，电极组件1与壳体2的侧壁22之间的距离为5mm，侧面222的厚度B为400μm，形状为平面形。 
制备例2～10以及对比例2～3采用同制备例1的制备方法，所不同的是复合隔离膜的透气度A及侧壁22的侧面222的厚度B，具体参数如表一所示。制备例1～10以及对比例2～3的锂二次电池外形均如图2所示。 
下面针对制备例1～10以及对比例1～3进行测试： 
1、电池性能评价： 
电池的隔离膜复合材料层的防止短路的功能采用穿钉实验进行评估，容量采用循环200次之后的容量保持率进行评估。 
2、穿钉测试： 
所有电池以850mA的充电电流充电至4.35V的截止电压。穿钉测试是在20℃的环境下，使用直径为2.7mm的圆铁钉以5mm/sec的速率刺穿入每个经充电电池的侧壁的侧面，并用配制在电池侧壁的热电偶测量电池的温度，记录电池在被刺穿90秒后的温度。 
3、容量测试： 
在25℃的环境中，进行第一次充电和放电，在0.7C(即2h内完全放掉理论容量的电流值)的充电电流下进行恒流和恒压充电，直到上限电压为4.4V，然后在0.5C的放电电流下进行恒流放电，直到最终电压为3V，记录首次循环的放电容量；而后进行200次的充电和放电循环，记录第200次循环的放电容量。 
容量保持率的计算公式为：循环容量保持率＝(第200次循环的放电容量/首次循环的放电容量)×100％，计算结果如表1所示。 
表一 
将制备例1～10与对比例2和3相比，当A为50～500s/100mL，B为400～1200μm，A/B的数值为0.05～1.0时，锂二次电池的进行穿钉测试90s之后温度都较低，循环200次之后的容量保持率都较高。这是由于在上述范围内，侧面对于电极组件的反推作用力控制在一定范围内，即能防止电极组件的变形以解决安全问题，同时防止析锂的产生，使复合隔离膜的陶瓷复合材料层可顺利的容纳电解液并使电解液流通以解决容量衰减的问题。 
而当A/B>1.0s/(100mL·μm)时，如对比例3所示，复合隔离膜的透气率A较大，导致基质材料(粘结剂)的量很少从而粘结剂的作用力有限，同时侧面的厚度较小对电极组件卷绕弧面的反向推力很小，当电极组件中电极极片发生膨胀、收缩时，从而使电极组件卷绕弧面的陶瓷复合材料层容易受损，因而其进行穿钉测试之后温度为120℃；同时，因透气率较大，在正、负电极极片发生膨胀、收缩时，正、负电极极片的脱落的小的颗粒物容易在较大透气率的隔离膜中堵塞，从而使容纳电解液的空间较少，更严重的是，直接堵住电解液流动的通道，产生析锂现象，从而使容量衰减为64％。 
当A/B<0.05s/(100mL·μm)时，如对比例2所示，侧面的厚度较大对电极组件卷绕弧面的反向推力很大，虽然可以较好的保持安全性能，但是复合隔离膜的透气度较小，当电极组件中电极极片发生膨胀、收缩时，侧面对电极组件卷绕弧面的较大的反向推力使局部没有电解液存在，锂离子无法通过复合隔离膜而产生析锂现象，从而使容量降低为60％。 
将制备例1～10与对比例1相比，对比例1进行穿钉测试之后温度较 高115℃，容量保持率仅为70％。这是由于对比例1的电极组件并不像实施例1～10所示存在延伸部，且延伸部沿主平面的宽度方向从电极组件中伸出，而是通过正极集流体与负极集流体的未涂覆区域与集电板进行焊接，因而在电极组件与电池壳体的侧壁的侧面之间存在集电板部件。因为对比例1的方形电池中存在集电板，所以同样壳体内部可容纳极片的圈数不同，导致对比例1中的体积能量密度降低，同时在电极组件因电池充、放电时产生膨胀、收缩时，对比例1的壳体侧壁的侧面无法给予受膨胀、收缩影响最严重的电极组件侧面卷绕弧面的反向推力，无法抑制电极组件中隔离膜中陶瓷复合材料层的脱落，从而产生内短路，同时因电池发生短路，所以容量也会发生明显的降低。制备例1～10中，电极组件的侧面卷绕弧面位于壳体侧壁的侧面位置，电池组件与壳体的紧密配合使壳体可灵敏的对电极组件做出反向推力，防止隔离膜中陶瓷复合材料层的脱落；同时因电极组件的延伸部沿壳体侧壁的主平面的宽度方向从电极组件中伸出，因而即使因受到反向推力局部的电解液浓度会减少而向周围扩散，但是电解液受重力影响能够进行恢复，而使电解液浓度逐渐趋于平衡。 
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种锂二次电池，其特征在于，包括含有底部、侧壁以及开口的壳体、覆盖所述开口的盖组件、设置在所述盖组件上的正极端子以及负极端子、设置在所述壳体和盖组件所包围的空腔内的电极组件以及电解液；
所述侧壁包括一对主平面以及一对侧面，所述主平面与所述侧面围绕所述底部的边缘交替设置，所述开口与所述底部相对设置；
所述电极组件由正极极片、负极极片以及设置在所述正极极片以及所述负极极片之间的复合隔离膜卷绕而成，所述复合隔离膜包括至少一个聚合物微孔膜层和至少一个陶瓷复合材料层；
由所述正极极片朝向所述盖组件的一端引出第一延伸部，所述第一延伸部与所述正极端子电连接；
由所述负极极片朝向所述盖组件的一端引出第二延伸部，所述第二延伸部与所述负极端子电连接；
所述复合隔离膜的透气度A与所述侧面的厚度B满足如下关系：
0.05s/(100mL·μm)≤A/B≤1.0s/(100mL·μm)。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述复合隔离膜的透气度A与所述侧面的厚度B满足如下关系：
0.2s/(100mL·μm)≤A/B≤0.75s/(100mL·μm)。
3.根据权利要求1或2所述的锂二次电池，其特征在于，所述复合隔离膜的透气度A为50～500s/100mL，所述侧面的厚度B为400～1200μm。
4.根据权利要求1或2所述的锂二次电池，其特征在于，所述主平面在由所述侧面的一个至另一个方向上的尺寸L与其在由所述底部至所述开口的方向上的尺寸W之比为1.2～2.5。
5.根据权利要求1或2所述的锂二次电池，其特征在于，所述侧面呈弯曲弧面构型。
6.根据权利要求1或2所述的锂二次电池，其特征在于，
所述正极极片包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体表面的正极活性物质层，所述第一延伸部由所述正极集流体引出；
所述负极极片包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述第二延伸部由所述负极集流体引出。
7.根据权利要求6所述的锂二次电池，其特征在于，所述第一延伸部和所述第二延伸部的形状均为梯形，且该梯形的上底朝远离所述电极组件的方向延伸。
8.根据权利要求6所述的锂二次电池，其特征在于，所述第一延伸部与所述正极集流体连接处的边缘通过圆弧过渡，所述第二延伸部的底部与所述负极集流体的边缘也通过圆弧过渡，所述圆弧的半径为0.5mm～20mm。
9.根据权利要求6所述的锂二次电池，其特征在于，所述第一延伸部的顶部与所述第二延伸部的顶部均设置有圆形倒角，所述圆形倒角的半径为0.5mm～20mm。
10.根据权利要求1或2所述的锂二次电池，其特征在于，所述陶瓷复合材料层包括无机颗粒和基质材料。
CN201410664445.XA 2014-11-19 2014-11-19 一种锂二次电池 Active CN104362292B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410664445.XA CN104362292B (zh) 2014-11-19 2014-11-19 一种锂二次电池
US14/944,140 US10290848B2 (en) 2014-11-19 2015-11-17 Lithium secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410664445.XA CN104362292B (zh) 2014-11-19 2014-11-19 一种锂二次电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104362292A true CN104362292A (zh) 2015-02-18
CN104362292B CN104362292B (zh) 2017-03-01

Family

ID=52529534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410664445.XA Active CN104362292B (zh) 2014-11-19 2014-11-19 一种锂二次电池

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10290848B2 (zh)
CN (1) CN104362292B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105938881A (zh) * 2015-03-03 2016-09-14 三星Sdi株式会社 具有盖的可再充电电池
WO2021096048A1 (ko) * 2019-11-12 2021-05-20 삼성에스디아이(주) 이차 전지
CN113383448A (zh) * 2020-09-28 2021-09-10 宁德新能源科技有限公司 电池
CN115020825A (zh) * 2016-06-24 2022-09-06 宁德新能源科技有限公司 卷绕式电芯
CN117254113A (zh) * 2023-11-17 2023-12-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池及用电装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6717375B2 (ja) * 2016-05-31 2020-07-01 株式会社村田製作所 蓄電デバイス
CN114204221A (zh) * 2021-12-02 2022-03-18 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置、电池模组及电子装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101714651A (zh) * 2008-09-30 2010-05-26 株式会社东芝 二次电池
CN102324573A (zh) * 2011-09-02 2012-01-18 深圳市格瑞普电池有限公司 极片以及叠片锂离子电池
CN102856578A (zh) * 2011-06-29 2013-01-02 夏普株式会社 非水系二次电池
US20130316247A1 (en) * 2011-02-03 2013-11-28 Toray Industries, Inc. Porous polypropylene film, separator for electricity storage device, and electricity storage device
CN103441230A (zh) * 2013-08-21 2013-12-11 东莞新能源科技有限公司 有机/无机复合多孔隔离膜及其制备方法及电化学装置
CN103840115A (zh) * 2012-11-23 2014-06-04 三星Sdi株式会社 可再充电电池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1347519A4 (en) * 2000-12-26 2007-05-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd SQUARE BATTERY HOUSING, MANUFACTURING METHOD, AND SQUARE BATTERY USING THE SAME
JP4247831B2 (ja) * 2003-11-27 2009-04-02 日立マクセル株式会社 密閉角形電池
JP4559406B2 (ja) * 2005-12-29 2010-10-06 三星エスディアイ株式会社 パウチ型電池
KR20090102874A (ko) * 2007-03-15 2009-09-30 히다치 막셀 가부시키가이샤 전기 화학 소자용 세퍼레이터, 전기 화학 소자용 전극 및 전기 화학 소자
US8334071B2 (en) * 2008-09-29 2012-12-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Non-aqueous electrolyte secondary battery, electrode used for secondary battery, and method of manufacturing electrode

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101714651A (zh) * 2008-09-30 2010-05-26 株式会社东芝 二次电池
US20130316247A1 (en) * 2011-02-03 2013-11-28 Toray Industries, Inc. Porous polypropylene film, separator for electricity storage device, and electricity storage device
CN102856578A (zh) * 2011-06-29 2013-01-02 夏普株式会社 非水系二次电池
CN102324573A (zh) * 2011-09-02 2012-01-18 深圳市格瑞普电池有限公司 极片以及叠片锂离子电池
CN103840115A (zh) * 2012-11-23 2014-06-04 三星Sdi株式会社 可再充电电池
CN103441230A (zh) * 2013-08-21 2013-12-11 东莞新能源科技有限公司 有机/无机复合多孔隔离膜及其制备方法及电化学装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105938881A (zh) * 2015-03-03 2016-09-14 三星Sdi株式会社 具有盖的可再充电电池
CN115020825A (zh) * 2016-06-24 2022-09-06 宁德新能源科技有限公司 卷绕式电芯
WO2021096048A1 (ko) * 2019-11-12 2021-05-20 삼성에스디아이(주) 이차 전지
CN113383448A (zh) * 2020-09-28 2021-09-10 宁德新能源科技有限公司 电池
CN113383448B (zh) * 2020-09-28 2023-02-07 宁德新能源科技有限公司 电池
CN115882124A (zh) * 2020-09-28 2023-03-31 宁德新能源科技有限公司 电池
CN117254113A (zh) * 2023-11-17 2023-12-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池及用电装置
CN117254113B (zh) * 2023-11-17 2024-04-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池及用电装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104362292B (zh) 2017-03-01
US20160141563A1 (en) 2016-05-19
US10290848B2 (en) 2019-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3648204A1 (en) Cathode, electrochemical device and electronic device comprising same
CN104362292B (zh) 一种锂二次电池
CN106328996B (zh) 锂离子二次电池
KR101378074B1 (ko) 전기화학소자용 전극 및 이를 구비한 전기화학소자
CN106229447A (zh) 一种锂离子电池
CN105409049A (zh) 非水电解质二次电池和非水电解质二次电池的制造方法
JP5849234B2 (ja) 非水電解質二次電池
CN102683739A (zh) 一种锂离子电池
KR20150070971A (ko) 리튬 이온 2차 전지
JP7166265B2 (ja) 電極、非水電解質電池及び電池パック
CN106716684A (zh) 非水电解质蓄电元件用负极、非水电解质蓄电元件和蓄电装置
KR20160134808A (ko) 비수 전해액 이차 전지
JP6664148B2 (ja) リチウムイオン二次電池
KR20160055097A (ko) 비수 전해액 2차 전지
KR101288650B1 (ko) 이차전지용 분리막 및 이를 포함한 리튬 이차전지
JPWO2010146832A1 (ja) 非水電解質二次電池用負極の製造方法、負極、およびそれを用いた非水電解質二次電池
CN106328934A (zh) 锂离子二次电池
CN105742690B (zh) 锂离子二次电池
JP2017016905A (ja) リチウム二次電池の充放電方法
JP2015141814A (ja) 非水電解質二次電池
JP6578148B2 (ja) リチウムイオン二次電池
KR100679662B1 (ko) 2종 분리막 시스템을 사용한 전기화학소자
CN115066762A (zh) 一种电极组件和包含所述电极组件的电化学装置及电子装置
US10170797B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
US11804637B2 (en) Battery module, battery pack, electric apparatus, and method and device for manufacturing battery module

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant