CN105375060A - 高倍率聚合物锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高倍率聚合物锂离子电池，包括聚合物锂离子电芯，聚合物锂离子电芯包括先依次层叠再经卷绕机卷绕的正极片、隔膜和负极片，聚合物锂离子电芯的一侧设置有极耳，极耳包括间隔设置且等宽的正极耳和负极耳；正极耳、负极耳分别包括若干层与正极片连接且完全重叠对齐的子正极耳、子负极耳，每个子正极耳由多个小正极耳组成，每个子负极耳由多个小负极耳组成，由内层到外层且沿卷绕方向，每个子正极耳中的相邻两个小正极耳的中心之间的距离以公差A依次递增，每个子负极耳中的相邻两个小负极耳的中心之间的距离以公差B依次递增，A=B>0。本发明的聚合物锂离子电池可高倍率放电，还可兼容高倍率充放电，安全性能更高。

Description

高倍率聚合物锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明属于电池领域，具体涉及一种高倍率聚合物锂离子电池及其制备方法。
背景技术
大电流高倍率聚合物锂离子电池属于电池技术的前端产品。高倍率聚合物锂离子电池通常包括两种结构类型，一种是叠片式锂离子电池，另一种是卷绕式锂离子电池。其中，叠片式锂离子电池的电池倍率性能好，但其工艺复杂、安全性能差、人工成本低使该体系的缺陷，而且极片的四个边缘容易产生毛刺，易造成电池短路涉及到电池的安全性能问题，另外此叠片结构每个电芯需要正负极片交叉叠至少20片以上，严重影响生产效率；卷绕结构体系电池安全性能好，工艺简单，人工成本低，但其受结构限制，倍率性能难易做好，尤其是30倍以上的大倍率电池，无法实现；且卷绕式锂离子电池中，每个电芯只有一个独立的极耳，造成导电性能差，极化大，无法满足大倍率充放电性能需求。
上述两种结构类型的锂离子电池的热稳定性和安全性都较差，在大型电池特别尤其是电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的动力锂离子电池的使用方面受到限制。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种高倍率聚合物锂离子电池，该高倍率聚合物锂离子电池的产热速率低，而且散热效率高，安全系数高。
本发明的另一个目的在于提供一种上述高倍率锂离子电池的制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，提供一种高倍率聚合物锂离子电池，包括聚合物锂离子电芯，所述聚合物锂离子电芯包括先依次层叠再经卷绕机卷绕的正极片、隔膜和负极片，所述聚合物锂离子电芯的一侧设置有极耳，所述极耳包括间隔设置且等宽的正极耳和负极耳；
所述正极耳、所述负极耳分别包括若干层与所述正极片连接且完全重叠对齐的子正极耳、子负极耳，每个所述子正极耳由多个小正极耳组成，每个所述子负极耳由多个小负极耳组成，由内层到外层且沿卷绕方向，每个所述子正极耳中的相邻两个所述小正极耳的中心之间的距离以公差为A依次递增，每个所述子负极耳中的相邻两个所述小负极耳的中心之间的距离以公差为B依次递增，所述A＝B>0。
作为高倍率聚合物锂离子电池的优选方案，由内层到外层且沿卷绕方向，相邻两个所述子正极耳之间的所述正极片的弧长以公差为M依次递增，相邻两个所述子负极耳之间的所述负极片的弧长以公差为N依次递增，所述M＝N>0。
作为高倍率聚合物锂离子电池的优选方案，所述公差A＝B＝M＝N。
作为高倍率聚合物锂离子电池的优选方案，若干层所述子正极耳通过焊接连接，若干层所述子负极耳通过焊接连接。
作为高倍率聚合物锂离子电池的优选方案，所述聚合物锂离子电芯的最外层的所述正极片、所述隔膜和所述负极片结束卷绕的边缘处通过绿胶粘结固定。
作为高倍率聚合物锂离子电池的优选方案，卷绕前的所述正极片、所述负极片的四角均为圆倒角，所述圆倒角的半径为2mm。
作为高倍率聚合物锂离子电池的优选方案，所述高倍率聚合物锂离子电池的放电倍率为30～40倍。
另一方面，提供一种高倍率聚合物锂离子电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)、冲切：将对辊后的正负极片，采用极片冲切机将正极片一侧边缘的箔材冲切出若干间隔设置的子正极耳，同样将负极片一侧边缘的箔材冲切出若干间隔设置的子负极耳；
(2)、卷绕：将隔膜置于冲切后的正极片、负极片之间，放在卷绕机上进行卷绕处理；
(3)、焊接：将多层子正极耳焊接在一起形成所述正极耳以及将多层子负极耳焊接在一起形成所述负极耳后，然后经后处理制得所述聚合物锂离子电池。
作为上述制备方法的优选方案，在卷绕结束的正极片、隔膜和负极片的边缘处贴上绿胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的聚合物锂离子电池中的正极片、负极片均为连体式极片，正极片的一侧设置有若干子正极耳，负极片的一侧设置有若干子负极耳，通过对子正极耳之间的距离以及子正极耳与子负极耳之间的距离进行设计，可以使卷绕后的子正极耳完全重叠、子负极耳也完全重叠，减少了极片的毛刺，避免了叠片结构中每层叠片都会产生毛刺的风险；连体式的极片设计结构避免了叠片式结构中每个小极片叠加的方式，可直接上自动化卷绕机生产，子正极耳和子负极耳的设计，增加了聚合物锂离子电池的导电性能，大大提升了电池的倍率性能。本发明的聚合物锂离子电池的倍率性能得到进一步的提升，同普通高倍率相比，高倍率放电的情况下同时可兼容高倍率充电，可满足30～40倍率放电，同时可兼容5～10倍率充放电；该结构减少了电池充放电过程中的短路及压降情况，能够保证其安全性能。
附图说明
图1为本发明实施例的高倍率聚合物锂离子电池的示意图。
图2为图1的俯视示意图。
图3为本发明实施例的正极片冲切处理后的结构示意图。
图4为本发明实施例的负极片冲切处理后的结构示意图。
图5为本发明实施例的高倍率聚合物锂离子电池的倍率充放曲线图。
图1～4中：
100、聚合物锂离子电芯；110、正极片；120、负极片；200、正极耳；210、子正极耳；211、小正极耳；300、负极耳；310、子负极耳；311、小负极耳；400、绿胶。
具体实施方式
下面结合附图1～5并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1为本发明实施例提供的高倍率聚合物锂离子电池的示意图。如图1所示，该高倍率聚合物锂离子电池，包括聚合物锂离子电芯100，聚合物锂离子电芯100包括先依次层叠再经卷绕机卷绕的正极片110、隔膜和负极片120，聚合物锂离子电芯100的一侧设置有极耳，极耳包括间隔设置且等宽的正极耳200和负极耳300；正极耳200、负极耳300分别包括若干层与正极片110连接且完全重叠对齐的子正极耳210、子负极耳310，每个子正极耳210由多个小正极耳211组成，每个子负极耳310由多个小负极耳311组成，由内层到外层且沿卷绕方向，每个子正极耳210中的相邻两个小正极耳211的中心之间的距离以公差A依次递增，每个子负极耳310中的相邻两个小负极耳311的中心之间的距离以公差B依次递增，所述A＝B>0。本发明的正极片110和负极片120均为连体式极片，正极片110和负极片120的一侧分别设置有若干的子正极耳210和子负极耳310，采用多极耳连体式极片的设计结构，减少了极片的毛刺，避免了叠片结构中每层叠片都会产生毛刺的风险；每个子正极耳210、每个子负极耳310中的小正极耳211、小负极耳311的数量可以为两个、三个或者更多个，本实施例中，如图3～4所示，每个子正极耳210由两个小正极耳211组成，每个子负极耳310由两个小负极耳311组成；本实施例中的连体式的极片设计结构，结合了叠片式极片的有时，增加了电池的导电性能，大大提升了电池的倍率性能。本发明的聚合物锂离子电池的倍率性能得到进一步的提升，同普通高倍率相比，高倍率放电的情况下同时可兼容高倍率充电，可满足30～40倍率放电，同时可兼容5～10倍率充放电；该结构减少了电池充放电过程中的短路及压降情况，能够保证其安全性能。
由内层到外层且沿卷绕方向，相邻两个子正极耳210之间的正极片110的弧长以公差M依次递增，相邻两个子负极耳之间的所述负极片的弧长以公差N依次递增，所述M＝N>0。根据预定好的聚合物锂离子电芯100的厚度，可以得出正极耳200的轴心与负极耳300的轴心之间的距离，可提高高倍率聚合物锂离子电池的生产效率。
上述公差A＝B＝M＝N。
如图1所示，子正极耳210、子负极耳310均为凸型结构。作为优选的实施方式，子正极耳210、子负极耳310的四角均设置有圆倒角(图中未示出)。
若干层子正极耳210通过焊接连接，若干层子负极耳310通过焊接连接，以提高高倍率聚合物锂离子电池的使用性能。作为优选的实施方式，若干层子正极耳210可以通过超声波焊接的方式进行连接，形成正极耳200，若干层子负极耳310可以通过超声波焊接的方式进行连接，形成负极耳300，以进一步提高高倍率聚合物锂离子电池的使用性能。
如图1所示，聚合物锂离子电芯100的最外层的正极片110、隔膜和负极片120结束卷绕的边缘处通过绿胶400粘结固定。本实施例采用的绿胶400为数字绿胶，稳定结束卷绕的同时可以保证高倍率聚合物锂离子电池的使用性能不受到任何影响。
卷绕前的正极片110、负极片120的四角均为圆倒角，圆倒角的半径为2mm。
上述结构的高倍率聚合物锂离子电池的放电倍率为30～40倍，同时还可以兼顾5～10倍率充电需求。
本实施例还提供一种高倍率聚合物锂离子电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)、冲切：将对辊后的正负极片，采用极片冲切机将正极片110一侧边缘的箔材冲切出若干间隔设置的子正极耳210，同样将负极片一侧边缘的箔材冲切出若干间隔设置的子负极耳310；
(2)、卷绕：将隔膜置于冲切后的正极片110、负极片120之间，放在卷绕机上进行卷绕处理；
(3)、焊接：将多层子正极耳210焊接在一起形成正极耳200以及将多层子负极耳310焊接在一起形成负极耳300后，制得高倍率聚合物锂离子电池。
在上述步骤(1)之前还包括正负极配料和涂布两个步骤，涂布采用的是在极片的正反面间歇涂布的方法。
步骤(1)中，将正负极片按工艺对辊后，利用尺寸已经预先设定好的冲切刀模分别将正负极片冲切为多极耳极片。
采用本发明实施例所述的方法制得高倍率聚合物锂离子电池中，由内层到外层且沿卷绕方向，每个子正极耳210中的两个小正极耳211的中心之间的距离以公差A＝6mm依次递增，每个子负极耳310中的两个小负极耳311的中心之间的距离以公差B＝6mm依次递增；相邻两个子正极耳210之间的正极片110的弧长以公差M＝6mm依次递增，相邻两个子负极耳310之间的负极片120的弧长以公差N＝6mm依次递增。通过对极耳的位置进行合理地设计，使制得的聚合物锂离子电池能够满足30～40倍率放电需求，还可满足10倍率充放电需求，而且安全性能好。
在步骤(3)中，焊接之后得到的是卷绕式裸电芯，卷绕式裸电芯经热封、化成、老化、真空除气封装、切片、折边和烫边处理后，形成本发明所述的高倍率聚合物锂离子电池。其中，卷绕式裸电芯的热封、化成、老化、真空除气封装、切片、折边和烫边处理均为现有技术，在此不再赘述。
在卷绕结束的正极片110、隔膜和负极片120的边缘处贴上绿胶400。
将采用本发明的方法制得的高倍率聚合物锂离子电池和采用常规叠片方式制得的聚合物锂离子电池(对比例)进行安全性能测试，测试结果见表1。
表1
注：NG＝NotGood.
从表1中可以看出，采用本发明的方法可以提高锂离子在材料之间的传导速率，在安全性能测试中，采用多极耳连体式极片的结构设计，可以改善电池因其内部结构变化、破坏等原因引起的内部短路等安全问题，避免产生大量热量，提高了聚合物锂离子电池的安全性。
对采用本发明实施例所述的方法制得的高倍率聚合物锂离子电池的充放电倍率，测试结果见图5。
从图5中可以看出，采用本发明的方法制得的高倍率聚合物锂离子电池满足10倍率放电的同时还可以兼容10倍率充电。
本发明的高倍率聚合物锂离子电池还能够满足30～40倍率放电需求，在此不再赘述。
本发明的上述实施例只是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。在上述说明的基础上，还可以就具体实施结构做其他不同形式的变化，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种高倍率聚合物锂离子电池，其特征在于，包括聚合物锂离子电芯，所述聚合物锂离子电芯包括先依次层叠再经卷绕机卷绕的正极片、隔膜和负极片，所述聚合物锂离子电芯的一侧设置有极耳，所述极耳包括间隔设置且等宽的正极耳和负极耳；
所述正极耳、所述负极耳分别包括若干层与所述正极片连接且完全重叠对齐的子正极耳、子负极耳，每个所述子正极耳由多个小正极耳组成，每个所述子负极耳由多个小负极耳组成，由内层到外层且沿卷绕方向，每个所述子正极耳中的相邻两个所述小正极耳的中心之间的距离以公差A依次递增，每个所述子负极耳中的相邻两个所述小负极耳的中心之间的距离以公差B依次递增，所述A=B>0。
2.根据权利要求1所述的高倍率聚合物锂离子电池，其特征在于，由内层到外层且沿卷绕方向，相邻两个所述子正极耳之间的所述正极片的弧长以公差M依次递增，相邻两个所述子负极耳之间的所述负极片的弧长以公差N依次递增，所述M=N>0。
3.根据权利要求2所述的高倍率聚合物锂离子电池，其特征在于，所述公差A=B=M=N。
4.根据权利要求2所述的高倍率聚合物锂离子电池，其特征在于，若干层所述子正极耳通过焊接连接，若干层所述子负极耳通过焊接连接。
5.根据权利要求1所述的高倍率聚合物锂离子电池，其特征在于，所述聚合物锂离子电芯的最外层的所述正极片、所述隔膜和所述负极片结束卷绕的边缘处通过绿胶粘结固定。
6.根据权利要求1所述的高倍率聚合物锂离子电池，其特征在于，卷绕前的所述正极片、所述负极片的四角均为圆倒角，所述圆倒角的半径为2mm。
7.根据权利要求1所述的高倍率聚合物锂离子电池，其特征在于，所述高倍率聚合物锂离子电池的放电倍率为30~40倍。
8.一种权利要求1至7任一项所述的高倍率聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、冲切：将对辊后的正负极片，采用极片冲切机将正极片一侧边缘的箔材冲切出若干间隔设置的子正极耳，同样将负极片一侧边缘的箔材冲切出若干间隔设置的子负极耳；
（2）、卷绕：将隔膜置于冲切后的正极片、负极片之间，放在卷绕机上进行卷绕处理；
（3）、焊接：将多层子正极耳焊接在一起形成所述正极耳以及将多层子负极耳焊接在一起形成所述负极耳后，制得高倍率聚合物锂离子电池。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在卷绕结束的正极片、隔膜和负极片的边缘处贴上绿胶。
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