CN104882635A - 叠片锂离子电池以及其构成的电池组以及其极片 - Google Patents

Abstract

一种叠片锂离子电池以及其构成的电池组以及其极片，极片包括：集流体、以及涂覆在所述集流体上的活性物质层，在所述极片的第一宽度端部末端有一段连续的未涂覆区域，所述未涂覆区域的顶面以及底面均未涂覆有所述活性物质层，在所述未涂覆区域所述集流体裸露在外，裸露的所述集流体作为所述极片的极耳。应用本技术方案有利于降低锂离子电池的内阻以及提高电池的散热性能。

Description

叠片锂离子电池以及其构成的电池组以及其极片

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种叠片锂离子电池以及其构成的电池组以及其极片。

背景技术

锂离子电池由于其环保节能的特性，已经越来越广泛地取代了传统能源，能为目前最有前景的动力能源，已被越来越被广泛的作为动力提供能源应用到各种领域，譬如锂离子电池正在越来越广泛的应用于电动汽车，作为电动汽车的动力能源。

本发明人在进行本发明的研究过程中发现，现有技术的锂离子电池在应用过程中存在如下的缺陷：

大功率的锂离子电池在工作时，锂离子电池产生热量导致电池的温度升高，而锂离子电池对温度变化比较敏感，当电池的温度超出其正常温度范围时，其电池的电学性能会随温度的升高而降低，且温度越高电池的性能变化越大，如果温度过高的话，还可能导致电池爆炸，引发安全隐患。

发明内容

本发明实施例的目的之一在于提供一种叠片锂离子电池以及其构成的电池组以及其极片。应用该技术方案有利于降低锂离子电池的内阻以及提高电池的散热性能。

本发明实施例提供的一种叠片锂离子电池，包括：叠片电芯体、以及壳体，所述叠片电芯体封装在所述壳体内，

所述叠片电芯体，包括正极片、负极片以及间隔在每正极片以及负极片之间的隔膜层；

各所述正极片包括第一集流体、以及涂覆在所述第一集流体上的正极活性物质层，在所述正极片的第一宽度端部末端有一段连续的未涂覆区域，所述未涂覆区域的顶面以及底面均未涂覆有所述正极活性物质层，在所述未涂覆区域所述第一集流体裸露在外，裸露的所述第一集流体作为所述正极片的正极耳，

各裸露的所述第一集流体均位于所述叠片电芯体的一宽度端部，且裸露的所述第一集流体上下层叠面对面接触连接，作为所述叠片电芯体的正极，所述叠片电芯体的正极与所述壳体的第一金属面板连接；

各所述负极片包括第二集流体、涂覆在所述第二集流体上的负极活性物质层，在所述负极片的第一宽度端部末端有一段连续的未涂覆区域，所述未涂覆区域的顶面以及底面均未涂覆有所述负极活性物质层，在所述未涂覆区域所述第二集流体裸露在外，裸露的所述第二集流体作为所述负极片的负极耳，

各裸露的所述第二集流体均位于所述叠片电芯体的另一宽度端部，且裸露的所述第二集流体上下层叠面对面接触连接，作为所述叠片电芯体的负极，所述叠片电芯体的负极与所述壳体的第二金属面板连接，所述第二金属面板与所述第一金属面板均为所述壳体的面板，他们之间通过绝缘部件相连接。

可选地，所述叠片电芯体的正极的末端段，面对面焊接在所述第一金属面板的内壁。

可选地，所述叠片电芯体的负极的末端段，面对面焊接在所述第二金属面板的内壁。

可选地，所述第一集流体的各处宽度一致。

可选地，所述第二集流体的各处宽度一致。

可选地，所述第一金属面板、第二金属面板在所述壳体上相互正对。

可选地，所述第一金属面板、第二金属面板分别为：L形金属面板。

可选地，所述第一金属面板、第二金属面板相互正对设置，

在所述第一金属面板、第二金属面板相对的端面之间通过L形绝缘面板、或者弧形绝缘面板连接。

可选地，各所述正极片上，所述正极活性物质层覆盖至所述正极片的第二宽度端部的末端。

可选地，各所述负极片上，所述负极活性物质层覆盖至所述负极片的第二宽度端部的末端。

本发明实施例提供一种由上述之任一所述的叠片锂离子电池排列组成的锂离子电池组。

可选地，对于任意相邻的两锂离子电池，其中一锂离子电池的第一金属面板与另一锂离子电池的第二金属面板面对面接触挨在一起。

可选地，各所述锂离子电池并联连接构成所述锂离子电池组：

还包括第一金属构件、第二金属构件，

所述第一金属构件与各所述锂离子电池的所述第一金属板面对面接触，作为所述锂离子电池组的正极；

所述第二金属构件与各所述锂离子电池的所述第二金属板面对面接触，作为所述锂离子电池组的负极。

可选地，在所述锂离子电池组本体与封装在所述锂离子电池组本体外的电池组壳体之间还设置有至少一个压力传感器。

本发明实施例提供的一种适用于叠片锂离子电池用的极片，其包括：

集流体、以及涂覆在所述集流体上的活性物质层，在所述极片的第一宽度端部末端有一段连续的未涂覆区域，所述未涂覆区域的顶面以及底面均未涂覆有所述活性物质层，在所述未涂覆区域所述集流体裸露在外，裸露的所述集流体作为所述极片的极耳。

可选地，所述集流体的各处宽度一致。

可选地，所述极片上，所述活性物质层覆盖至所述极片的第二宽度端部的末端。

11、根据权利要求10所述的锂离子电池组，其特征是，

对于任意相邻的两锂离子电池，其中一锂离子电池的第一金属面板与另一锂离子电池的第二金属面板面对面接触挨在一起。

12、根据权利要求10所述的锂离子电池组，其特征是，

各所述锂离子电池并联连接构成所述锂离子电池组：

还包括第一金属构件、第二金属构件，

所述第一金属构件与各所述锂离子电池的所述第一金属板面对面接触，作为所述锂离子电池组的正极；

所述第二金属构件与各所述锂离子电池的所述第二金属板面对面接触，作为所述锂离子电池组的负极。

13、根据权利要求10或11或12所述的锂离子电池组，其特征是，

在所述锂离子电池组本体与封装在所述锂离子电池组本体外的电池组壳体之间还设置有至少一个压力传感器。

14、一种适用于叠片锂离子电池用的极片，其特征是，包括：

集流体、以及涂覆在所述集流体上的活性物质层，在所述极片的第一宽度端部末端有一段连续的未涂覆区域，所述未涂覆区域的顶面以及底面均未涂覆有所述活性物质层，在所述未涂覆区域所述集流体裸露在外，裸露的所述集流体作为所述极片的极耳。

15、根据权利要求14所述的适用于叠片锂离子电池用的极片，其特征是，

所述集流体的各处宽度一致。

16、根据权利要求14所述的适用于叠片锂离子电池用的极片，其特征是，

所述极片上，所述活性物质层覆盖至所述极片的第二宽度端部的末端。

由上可见，应用上述技术方案可以具有以下的技术效果：

应用本实施例的极片制成叠片锂离子电池时，使正极片、负极片的宽度端部裸露的集流体分别位于叠片电芯体的两相对宽度端部，将每一宽度端部侧裸露的集流体层叠面对面连接在一起，形成分别位于电芯体的两相对宽度端部的该电芯体的正极以及负极，在进行电池封装时，只需要将电芯体两宽度端部的已连接在一起的层叠的裸露集流体的末端焊接在壳体上的两面板上即可，以壳体上的两面板作为该锂离子电池的正极以及负极。

一方面，本实施例的叠片锂离子电池无需焊接极耳，节省了极耳焊接工序，且直接裸露一段集流体以作为锂离子电池的正极以及负极，更有利于锂离子电池内部的散热，降低锂离子电池内部热量积累而导致温度过高，确保锂离子电池具有良好的散热性能。

另一方面，相对于现有技术的采用极耳焊接连接的铝塑膜封装的锂离子电池而言，本实施例的锂离子电池的正极以及负极的集流体面积增大，且正负极的集流体直接焊接到作为外壳的面板上，无需增大电池的体积而增大了集流体，有利于降低电池的内阻，提高电池的容量以及降低电池高倍率放电时的温度。本实施例技术方案特别适用于大功率高倍率放电的锂离子电池。

在一方面，本实施例以锂离子电池的壳体的面板作为电池的正极以及负极，在进行锂离子电池组组合时，可以通过锂离子电池的面板之间的面对面接触使锂离子电池排列在一起即可实现各锂离子电池的串联以及并联连接，其电池组的组装更加方便，无需电焊导线连接，并且当锂离子电池组内的某一锂离子电池发生故障时，在维修时徐徐好直接将故障的锂离子电池取下，将其他的再面对面接触挨在一起即可，其更换方便、灵活。

作为本实施例的示意，本实施例还可以在由多个锂离子电池组成的锂离子电池组本体与电池组壳体之间设置一个或者多个压力传感器，通过压力传感器探测电池组本体与电池组壳体之间的压力，而探测锂离子电池组当前的状态，是否发生膨胀或者是否发生膨胀过度的情形，以随时监测锂离子电池组的状态，避免锂离子电池膨胀过度而导致爆炸等安全隐患。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的一种适用于叠片锂离子电池用的极片结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的叠片锂离子电芯体的极片放置结构图；

图3为本发明实施例2提供的碟片锂离子电池的壳体封装结构示意图；

图4为本发明实施例2中第一金属面板、第二金属面板的结构示意图；

图5为本发明实施例2中第二金属面板的结构示意图；

图6为本发明实施例3提供的由实施例2中的叠片锂离子电池构成电池组的结构示意图。

附图标记：

101:集流体；     102:活性物质层；    103：未涂覆区域；

201：负极耳；    202:正极耳；        401：第二金属面板；

501：第一金属面板。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

参见图1所示，本实施例提供了一种适用于叠片锂离子电池用的极片，该极片包括：集流体101、涂覆在集流体101上的活性物质层102。

活性物质层102涂覆至极片的第一宽度端部的末端，在极片的第二宽度端部的末端预留有一段连续的未涂覆区域103，该未涂覆区的正面以及底面均未涂覆有活性物质层102，位于未涂覆区域103的集流体101裸露在外，在应用该极片时，可以以裸露的集流体101作为极片的极耳，而无需另外焊接极耳。

本实施例中的裸露的集流体101的长度可以预先确定，使裸露的集流体101的长度较长，使其可以作为可弯折、与外部部件焊接连接。

作为本实施例的示意，本实施例极片上的活性物质层102的宽度与极片同宽，即与集流体101同宽。

作为本实施例的示意，本实施例的集流体101为矩形状，使裸露在极片一宽度端部的集流体101段与该集流体101的其他段的宽度相同。

作为本实施例的示意，本实施例极片的集流体101各处的宽度一致，即裸露的集流体101的宽度与极片的宽度一致。在进行极片模切裁剪时无需将宽度端部末端的集流体101裁窄，使极片的模切工艺、模切模具更加简单，且本实施例以与极片同宽的裸露的集流体101作为极片的极耳，而无需另外焊接极耳。当应用本实施例的极片制成叠片锂离子电池时，本实施例叠片锂离子电池的正负极的内阻更小，更有利于提高电池的容量，且本实施例电池的正负极的体积更大，并且正负极与极片的集流体101一体化成型，更有利于电池内部的热量传导，有利于导出电池内部的热量，避免电池温度过高。

本实施例极片结构可以应用于正极片、也可以应用于负极片。

当应用于正极片时，该集流体101可以但不限于选用铝箔片，其活性物质层102为包含锂离子活性物质的正极活性物质层102。

当应用于负极片时，该集流体101可以但不限于选用铜箔片，其活性材料层为负极活性物质层102。

实施例2：

参见图2-5所示，本实施例提供了一种应用实施例1所述结构的正极片以及负极片制成一种叠片锂离子电芯体的结构。

参见图2所示，在本实施例中，将正极片的集流体记为第一集流体，在正极片的一宽度端部末端、裸露的第一集流体可以作为正极片的极耳(即正极耳202)。将负极片的集流体记为第二集流体，在负极片的一宽度端部末端、裸露的第二集流体段可以作为负极片的极耳(即负极耳201)。

采用叠片工艺，将正极片、负极片层叠在一起，使任意相邻的正极片与负极片之间分别间隔有一隔膜层。正极片、负极片以及隔膜上下正对层叠组成一叠片电芯体。

参见图3所示，在该叠片电芯体上，所有正极片的宽度端部末端、的裸露的第一集流体均位于叠片电芯体的第一宽度端部，将各层裸露的第一集流体上下层叠面对面接触连接(譬如电焊、激光焊或者铆接等)在一起，作为该叠片电芯体的正极。所有的负极片的宽度端部末端、裸露的第二集流体均位于叠片电芯体的第二宽度端部，同理，将各层裸露的第二集流体上下层叠面对面接触连接在一起，作为该叠片电芯体的负极。

在得到叠片电芯体后，将叠片电芯体封装在一壳体内，其中该壳体至少包括第一金属面板501、以及第二金属面板401，第一金属面板501、第二金属面板401分别为壳体的面板，它们之间通过绝缘部件连接、相互绝缘隔离。

将本实施例的叠片电芯体装配于壳体中时，将已经上下层叠面对面接触连接在一起的已组成一整体的裸露的第一集流体的末端，连接到壳体的第一金属面板501上(譬如通过电焊或者激光焊接将其焊接到第一金属面板501的内壁上)，该第一金属面板501作为本实施例的叠片锂离子电池的正极。

同理，将已经上下层叠面对面接触连接在一起的已组成一整体的裸露的第二集流体的末端，连接到壳体的第二金属面板401上，该第二金属面板401作为本实施例的叠片锂离子电池的负极。

作为本实施例的示意，在本实施例叠片电芯体的壳体上，第一金属面板501、第二金属面板401可以但不限于相互正对设置，使叠片锂离子电池壳体的一端面为正极，另一相对端面为负极。

作为本实施例的示意，譬如可以但不限于选用平板作为第一金属面板501以及第二金属面板401。

作为本实施例的示意，还可以选用L形金属面板作为本实施例的第一金属面板501、第二金属面板401，可以但不限于使该两L形金属面板开口相对设置，在两L形金属面板的对接处采用L形绝缘面板或者弧形绝缘面板连接，使两L形金属面板之间相互绝缘连接在一起，使得锂离子电池的壳体的两相邻面为正极、其相对的另外两相邻面为负极。

作为本实施例的示意，上述以两个侧面作为锂离子电池的正极、两个侧面作为锂离子电池的负极为示意，但实际并不仅限于此，还可以但不限于以壳体的三个侧面作为锂离子电池的正极，以另外三个侧面作为锂离子电池的负极。

采用本实施例的多面金属构成作为第一金属面板501、第二金属面板401，有利于在进行电池组组合时，提高锂离子电池排列方向的多样性，进一步方便锂离子电池的排列组合装配。

实施例3：

参见图6所示，本实施例提供了一种由实施例2所述的叠片锂离子电池组成的锂离子电池组。

当利用实施例2的叠片锂离子电池串联组成锂离子电池组时，使各锂离子电池分别面对面接触挨在一起排列即可组成一锂离子电池组，具体是，对任意相邻的两叠片锂离子电池，使一叠片锂离子电池的壳体的第一金属面板501与另一叠片锂离子电池的壳体的第二金属面板401面对面接触挨在一起，即可实现叠片锂离子电池之间的串联连接。可见，应用本实施例的叠片锂离子电池组成电池组时，由于电池的正负极为其壳体的平面，故电池之间只需要面对面接触挨在一起即可实现叠片锂离子电池之间的串联连接，而无需采用导线连接，使得电池组的组合连接更加灵活，更易于操作。

当利用本实施例的叠片锂离子电池并联组成锂离子电池组时，可以使所有电池单体相互排列组成一个电池列，使作为电池单体的正极的第一金属面板501排成一行，均位于电池列的一外侧(即为第一侧)；作为电池单体的负极的第二金属面板401均排成一行，均位于电池列的与第一金属面板501相对的另一外侧(即为第二侧)，在排列后可以分别将第一金属构件，第二金属构件分别面对面覆盖在电池列的第一侧、第二侧上，压紧第一金属构件、第二金属构件，使他们分别与电池列中各第一金属板、第二金属板面对面接触紧紧挨在一起，此时，各叠片锂离子电池构成并联的锂离子电池组，第一金属构件、第二金属构件分别作为锂离子电池组的正极、以及负极。

由上可见，应用上述技术方案可以具有以下的技术效果：

应用本实施例的极片制成叠片锂离子电池时，使正极片、负极片的宽度端部裸露的集流体分别位于叠片电芯体的两相对宽度端部，将每一宽度端部侧裸露的集流体层叠面对面连接在一起，形成分别位于电芯体的两相对宽度端部的该电芯体的正极以及负极，在进行电池封装时，只需要将电芯体两宽度端部的已连接在一起的层叠的裸露集流体的末端焊接在壳体上的两面板上即可，以壳体上的两面板作为该锂离子电池的正极以及负极。

一方面，本实施例的叠片锂离子电池无需焊接极耳，节省了极耳焊接工序，且直接裸露一段集流体以作为锂离子电池的正极以及负极，更有利于锂离子电池内部的散热，降低锂离子电池内部热量积累而导致温度过高，确保锂离子电池具有良好的散热性能。

另一方面，相对于现有技术的采用极耳焊接连接的铝塑膜封装的锂离子电池而言，本实施例的锂离子电池的正极以及负极的集流体面积增大，且正负极的集流体直接焊接到作为外壳的面板上，无需增大电池的体积而增大了集流体，有利于降低电池的内阻，提高电池的容量以及降低电池高倍率放电时的温度。本实施例技术方案特别适用于大功率高倍率放电的锂离子电池。

在一方面，本实施例以锂离子电池的壳体的面板作为电池的正极以及负极，在进行锂离子电池组组合时，可以通过锂离子电池的面板之间的面对面接触使锂离子电池排列在一起即可实现各锂离子电池的串联以及并联连接，其电池组的组装更加方便，无需电焊导线连接，并且当锂离子电池组内的某一锂离子电池发生故障时，在维修时徐徐好直接将故障的锂离子电池取下，将其他的再面对面接触挨在一起即可，其更换方便、灵活。

作为本实施例的示意，本实施例还可以在由多个锂离子电池组成的锂离子电池组本体与电池组壳体之间设置一个或者多个压力传感器，通过压力传感器探测电池组本体与电池组壳体之间的压力，而探测锂离子电池组当前的状态，是否发生膨胀或者是否发生膨胀过度的情形，以随时监测锂离子电池组的状态，避免锂离子电池膨胀过度而导致爆炸等安全隐患。

实验数据分析：

为了进一步说明本实施1、2、3的技术效果，以下结合实验数据对其效果进行对比分析：

实验例：

本实施例提供了一种叠片锂离子电池，该锂离子电池的规格为ASP7042126-S2A。其中，AS表示纯钴水性负极，7042126表示该聚合物锂离子电池的厚、宽、长尺寸为7mm、42mm、126mm，S表示标称倍率为20C，2表示电池为高容量型，A表示正极为纯钴酸锂。

该锂离子电池的正极片、负极片分别如实施例1中图1所示，该叠片锂离子电池的结构如实施例2提供的图2所示。

本实验例电池的壳体以及叠片电芯体与壳体的连接关系如实施例2中图2所示。

采用实施3所述的组合排列结构，将50个上述结构的叠片锂离子电池串联组成一锂离子电池组，记为锂离子电池组实验例。

对照例：

本实施例的叠片锂离子电池电池的规格同实验例1。其结构参见图3所示，由图3可见，构成本叠片锂离子电池的极片参见图2所示，在极片的宽度端部预留有一极耳焊接位，正极片、负极片的极耳焊接位分别位于叠片电芯体的两相对宽度端部，将各宽度端部层叠的极耳焊接部面对面捏合焊接在一起，然后再焊接极耳条(在该极耳条上贴有极耳胶)，然后采用铝塑膜封装组成一锂离子电池。

将50个上述结构的叠片锂离子电池通过导线串联连接组成一锂离子电池组，记为锂离子电池组对照例。

分别制得上述叠片锂离子电池实验例、叠片锂离子电池组实验例、叠片锂离子电池对照例、叠片锂离子电池组对照例，得到两组随机样品100只，对其中一组随机取样进行倍率循环测试，在连续100个循环周期后测量电池表面温度，对温度取平均值，对另一组随机抽样进行热冲击测试，得到表一所示的实验数据对照表：

项目	倍率循环100周温度	热冲击(160℃30min)
			电池实验例	42℃	92％pass
电池对照例	56℃	46％pass
			电池组实验例	44℃	---
电池组对照例	62℃	---

由上可见，采用本实施例技术方案，有利于大大降低采用本实施例极片的叠片锂离子电池的温度，避免使用过程中温升过高的问题，且采用本实施例技术方案还有利于提高电池的耐热冲击性能，提高电池的安全性。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种叠片锂离子电池，其特征是，包括：叠片电芯体、以及壳体，所述叠片电芯体封装在所述壳体内，

所述叠片电芯体，包括正极片、负极片以及间隔在每正极片以及负极片之间的隔膜层；

各所述正极片包括第一集流体、以及涂覆在所述第一集流体上的正极活性物质层，在所述正极片的第一宽度端部末端有一段连续的未涂覆区域，所述未涂覆区域的顶面以及底面均未涂覆有所述正极活性物质层，在所述未涂覆区域所述第一集流体裸露在外，裸露的所述第一集流体作为所述正极片的正极耳，

各裸露的所述第一集流体均位于所述叠片电芯体的一宽度端部，且裸露的所述第一集流体上下层叠面对面接触连接，作为所述叠片电芯体的正极，所述叠片电芯体的正极与所述壳体的第一金属面板连接；

各所述负极片包括第二集流体、涂覆在所述第二集流体上的负极活性物质层，在所述负极片的第一宽度端部末端有一段连续的未涂覆区域，所述未涂覆区域的顶面以及底面均未涂覆有所述负极活性物质层，在所述未涂覆区域所述第二集流体裸露在外，裸露的所述第二集流体作为所述负极片的负极耳，

各裸露的所述第二集流体均位于所述叠片电芯体的另一宽度端部，且裸露的所述第二集流体上下层叠面对面接触连接，作为所述叠片电芯体的负极，所述叠片电芯体的负极与所述壳体的第二金属面板连接，所述第二金属面板与所述第一金属面板均为所述壳体的面板，他们之间通过绝缘部件相连接。

2.根据权利要求1所述的叠片锂离子电池，其特征是，

所述叠片电芯体的正极的末端段，面对面焊接在所述第一金属面板的内壁。

3.根据权利要求1所述的叠片锂离子电池，其特征是，

所述叠片电芯体的负极的末端段，面对面焊接在所述第二金属面板的内壁。

4.根据权利要求1所述的叠片锂离子电池，其特征是，

所述第一集流体的各处宽度一致。

5.根据权利要求1所述的叠片锂离子电池，其特征是，

所述第二集流体的各处宽度一致。

6.根据权利要求1至5之任一所述的叠片锂离子电池，其特征是，

所述第一金属面板、第二金属面板在所述壳体上相互正对。

7.根据权利要求1所述的叠片锂离子电池，其特征是，

所述第一金属面板、第二金属面板分别为：L形金属面板。

8.根据权利要求7所述的叠片锂离子电池，其特征是，

所述第一金属面板、第二金属面板相互正对设置，

在所述第一金属面板、第二金属面板相对的端面之间通过L形绝缘面板、或者弧形绝缘面板连接。

9.根据权利要求1至5之任一所述的叠片锂离子电池，其特征是，

各所述正极片上，所述正极活性物质层覆盖至所述正极片的第二宽度端部的末端。

10.根据权利要求1至5之任一所述的叠片锂离子电池，其特征是，

各所述负极片上，所述负极活性物质层覆盖至所述负极片的第二宽度端部的末端。

11.一种由至少两个权利要求1至10之任一所述的叠片锂离子电池排列组成的锂离子电池组。