CN105914339A - 锂离子二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片以及设于正极极片和负极极片之间的隔离膜，正极极片包括正极集流体、涂覆于正极集流体的相对两表面上的正极活性物质层以及设于正极集流体端部的正极极耳，负极极片包括负极集流体、涂覆于负极集流体的相对两表面上的负极活性物质层以及设于负极集流体端部的负极极耳；正极集流体的宽度与负极集流体的宽度相同，正极活性物质层的宽度小于负极活性物质层的宽度。本发明的锂离子二次电池，由于在正极极片和负极极片的两侧边缘与隔离膜之间都存在空隙，从而减小出现金属毛刺刺穿隔离膜的风险，减少极片之间出现短路的现象，进而有效避免锂离子二次电池的自放电过大的问题。

Description

锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及锂离子二次电池。
背景技术
锂离子二次电池由于其安全、环保、能量密度高、没有记忆效应等优异的性能，被广泛的应用于手机、数码、电动汽车等产品中，造福我们的生活。随着这些用电产品的迅速发展，也要求着锂离子二次电池必须具备有更高的能量密度、更长的循环周期、更安全的电池性能、更低的能量损耗等特性，特别是一些经过长时间储存后再使用的电池产品，更是要求其具备非常低的自放电性能，如何降低电池的自放电现象已成为锂电技术人员研究的热题。
在锂离子二次电池的制造过程中，电池的正负极极片需要经过刀具分切的方式裁切成工艺需求的尺寸，而使用机械力裁切出来的极片在金属箔材边缘的端面必然会出现或多或少、或长或短的金属毛刺，这些金属毛刺的伸展方向呈现不规律性，非平行于金属箔材平面方向的金属毛刺则有可能刺穿正负极极片中间的隔离膜，造成正负极极片出现物理微短路，这是导致电池自放电过大的一个重要原因。目前的该种锂离子二次电池的内部正负极极片叠加的结构基本上是正极极片/隔离膜/负极极片的结构，从电化学反应的角度，为避免负极出现边缘析锂以及进一步出现锂枝晶刺穿隔膜短路的风险，正极极片的宽度一般会比负极极片的宽度窄。在现有的该种正极极片/隔离膜/负极极片的叠加结构下，一旦正负极极片两侧端面出现金属毛刺，金属毛刺将会很容易刺穿中间的隔离膜造成正负极片物理微短路，出现自放电问题，从而也带来能量损耗和安全隐患。
为了降低金属毛刺对电池自放电问题的不良影响，目前主要的解决方式还是通过改良极片分切刀具强度和精确度以降低金属毛刺的不良率，以及加厚正负极极片间的隔离膜，提高隔离膜的穿刺强度。但即使是高强度的分切刀具在使用一段时间后也会不可避免地出现磨损，依旧会使极片或多或少地存在金属毛刺。同样的，在锂离子二次电池不断需要提高能量密度的今天，正负极中间的隔离膜需要不断地变薄，加厚正负极中间的隔离膜无疑会极大地影响到电池的能量密度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池，旨在解决现有技术的锂离子二次电池存在因为正负极片易出现短路而造成自放电过大的的技术问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片以及设于所述正极极片和所述负极极片之间的隔离膜，所述正极极片包括正极集流体、涂覆于所述正极集流体的相对两表面上的正极活性物质层以及设于所述正极集流体端部的正极极耳，所述负极极片包括负极集流体、涂覆于所述负极集流体的相对两表面上的负极活性物质层以及设于所述负极集流体端部的负极极耳；所述正极集流体的宽度与所述负极集流体的宽度相同，所述正极活性物质层的宽度小于所述负极活性物质层的宽度。
优选地，所述正极活性物质层沿宽度方向的中心线与所述负极活性物质层沿宽度方向的中心线重叠设置。
优选地，所述正极活性物质层的宽度小于所述正极集流体的宽度，且所述正极活性物质层宽度方向的两边缘与所述正极集流体宽度方向的两边缘之间形成正极边缘空箔；所述负极活性物质层的宽度小于所述负极集流体的宽度，且所述负极活性物质层宽度方向的两边缘与所述负极集流体宽度方向的两边缘之间形成负极边缘空箔。
优选地，所述正极边缘空箔的宽度比与其位置对应的所述负极边缘空箔的宽度大。
优选地，所述正极边缘空箔的宽度为0.1～5mm。
优选地，所述正极边缘空箔的表面和所述负极边缘空箔的表面均涂覆有陶瓷层。
优选地，所述陶瓷层的厚度为1～20μm。
优选地，所述陶瓷层为氧化铝陶瓷层或者氧化锆陶瓷层。
优选地，所述正极集流体为铝箔片，所述负极集流体为铜箔片。
优选地，所述正极极耳的外部和所述负极极耳的外部均包覆有绝缘胶纸。
本发明的有益效果：本发明的锂离子二次电池，正极集流体和负极集流体的相对两表面分别涂覆有一定厚度和宽度的正极活性物质层和负极活性物质层，那么正极极片宽度方向的两侧边缘的位置相对于正极极片宽度方向的中间位置薄，同理，负极极片宽度方向的两侧边缘的位置相对于负极极片宽度方向的中间位置薄，正负极片在经过卷绕或堆叠成电芯后，在正极极片和负极极片垂直于正极集流体和负极集流体的方向上具有一定厚度的正极活性物质层和负极活性物质层，正极活性物质层和负极活性物质层会在正极极片和负极极片的中间位置产生支撑力，支撑正极极片的正极集流体和负极极片的负极集流体处于平行的位置，使得正极极片和负极极片的两侧边缘位置与隔离膜之间都存在一定的空隙，在此情况下，隔离膜在卷绕或堆叠后的束缚作用力很难作用到正极极片和负极极片的两侧边缘上，使正极极片两侧边缘的金属毛刺由于没有受到外界施加的作用力而很难刺穿隔离膜；同时，即使金属毛刺在其他不可抗拒的力的作用下刺穿了隔离膜，也因为金属毛刺的方向和正极极片和负极极片的两边缘位置之间存在的空隙距离而不能接触到正极极片或者负极极片，从而减小出现金属毛刺刺穿隔离膜的风险，减少金属毛刺带来的正极极片和负极极片出现物理微短路的现象，进而有效避免锂离子二次电池的自放电过大的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的锂离子二次电池未涂覆有陶瓷层时的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的锂离子二次电池涂覆有陶瓷层时的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的锂离子二次电池未涂覆有陶瓷层时的另一结构示意图。
图4为本发明实施例提供的锂离子二次电池涂覆有陶瓷层时的另一结构示意图。
图5为本发明实施例提供的锂离子二次电池涂的宽度方向的两边缘的正极边缘空箔宽度相同的正极极片的结构示意图。
图6为本发明实施例提供的锂离子二次电池涂的宽度方向的两边缘的负极边缘空箔宽度相同的负极极片的结构示意图。
图7为本发明实施例提供的锂离子二次电池涂的宽度方向的两边缘的正极边缘空箔宽度不相同的正极极片的结构示意图。
图8为本发明实施例提供的锂离子二次电池涂的宽度方向的两边缘的负极边缘空箔宽度不相同的负极极片的结构示意图。
图9为本发明实施例提供的锂离子二次电池涂的宽度方向的两边缘的正极边缘空箔涂覆有陶瓷层的正极极片的结构示意图。
图10为本发明实施例提供的锂离子二次电池涂的宽度方向的两边缘的负极边缘空箔涂覆有陶瓷层的负极极片的结构示意图。
附图标记包括：
10—正极极片 11—正极集流体 12—正极活性物质层
13—正极极耳 20—负极极片 21—负极集流体
22—负极活性物质层 23—负极极耳 30—隔离膜
40—陶瓷层 50—绝缘胶纸 111—正极边缘空箔
211—负极边缘空箔。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～10描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图10所示，本发明实施例提供的锂离子二次电池，包括正极极片10、负极极片20以及设于所述正极极片10和所述负极极片20之间的隔离膜30，所述正极极片10包括正极集流体11、涂覆于所述正极集流体11的相对两表面上的正极活性物质层12以及设于所述正极集流体11端部的正极极耳13，所述负极极片20包括负极集流体21、涂覆于所述负极集流体21的相对两表面上的负极活性物质层22以及设于所述负极集流体21端部的负极极耳23；所述正极集流体11的宽度H1与所述负极集流体21的宽度H2相同，所述正极活性物质层12的宽度h1小于所述负极活性物质层22的宽度h2。
具体的，本发明实施例的锂离子二次电池，正极集流体11和负极集流体21的相对两表面分别涂覆有一定厚度和宽度的正极活性物质层12和负极活性物质层22，那么正极极片10宽度方向的两侧边缘的位置相对于正极极片10宽度方向的中间位置薄，同理，负极极片20宽度方向的两侧边缘的位置相对于负极极片20宽度方向的中间位置薄，正负极片在经过卷绕或堆叠成电芯后，在正极极片10和负极极片20垂直于正极集流体11和负极集流体21的方向上具有一定厚度的正极活性物质层12和负极活性物质层22，正极活性物质层12和负极活性物质层22会在正极极片10和负极极片20的中间位置产生支撑力，支撑正极极片10的正极集流体11和负极极片20的负极集流体21处于平行的位置，使得正极极片10和负极极片20的两侧边缘位置与隔离膜30之间都存在一定的空隙，在此情况下，隔离膜30在卷绕或堆叠后的束缚作用力很难作用到正极极片10和负极极片20的两侧边缘上，使正极极片10两侧边缘的金属毛刺由于没有受到外界施加的作用力而很难刺穿隔离膜30；同时，即使金属毛刺在其他不可抗拒的力的作用下刺穿了隔离膜30，也因为金属毛刺的方向和正极极片10和负极极片20的两边缘位置之间存在的空隙距离而不能接触到正极极片10或者负极极片20，从而减小出现金属毛刺刺穿隔离膜30的风险，减少金属毛刺带来的正极极片10和负极极片20出现物理微短路的现象，进而有效避免锂离子二次电池的自放电过大的问题，降低能量损耗比例。
结合图1所示，本实施例中，所述正极活性物质层12沿宽度方向的中心线与所述负极活性物质层22沿宽度方向的中心线重叠设置。具体的，将正极活性物质层12和负极活性物质层22对齐设置，这样能够确保正极极片10产生的锂离子完全输向到负极极片20上，有效避免正极极片10产生的锂离子析出到负极集流体21未涂覆有负极活性物质层22的位置上，从而可以有效避免产生锂枝晶而刺穿隔离膜30，防止出现物理微短路而导致锂离子二次电池的自放电过大。
结合图1、3和图5～8所示，本实施例中，所述正极活性物质层12的宽度h1小于所述正极集流体11的宽度H1，且所述正极活性物质层12宽度方向的两边缘与所述正极集流体11宽度方向的两边缘之间形成正极边缘空箔111；所述负极活性物质层22的宽度h2小于所述负极集流体21的宽度H2，且所述负极活性物质层22宽度方向的两边缘与所述负极集流体21宽度方向的两边缘之间形成负极边缘空箔211。具体的，正极边缘空箔111与负极边缘空箔211位置相对应，这样，由于正极边缘空箔111与负极边缘空箔211上具有没有涂覆有活性物质层，那么在正极边缘空箔111与负极边缘空箔211之间会形成一定的空隙，该空隙的存在使得隔离膜30在卷绕或堆叠后的束缚作用力下很难作用到正极极片10和负极极片20的两侧边缘上，使正极极片10两侧边缘的金属毛刺由于没有受到外界施加的作用力而很难刺穿隔离膜30，从而可以减少因为金属毛刺刺穿隔离膜30而带来的正极极片10和负极极片20出现物理微短路的现象，进而有效避免锂离子二次电池的自放电过大的问题。
另外，在正极极片10的宽度方向的两边缘上形成正极边缘空箔111可以确保对正极极片10进行分切(宽度方向的分切)时，在刀模裁切的位置是正极极片10两侧的正极边缘空箔111，未能切到正极极片10的正极活性物质层12，可避免正极极片10在裁切后正极极片10的边缘出现掉粉问题，从而减少正极极片10的表面的粉尘颗粒，减少粉尘颗粒在锂离子二次电池的内部刺穿隔离膜30后的短路现象出现；同理，在负极极片20的宽度方向的两边缘上形成负极边缘空箔211可以确保对负极极片20进行分切(宽度方向的分切)时，在刀模裁切的位置是负极极片20两侧的负极边缘空箔211，未能切到负极极片20的负极活性物质层22，可避免负极极片20在裁切后负极极片20的边缘出现掉粉问题，从而减少负极极片20的表面的粉尘颗粒，减少粉尘颗粒在锂离子二次电池的内部刺穿隔离膜30后的短路现象出现。
本实施例中，需要进一步说明的是，正极活性物质层12宽度方向的两边缘与正极集流体11宽度方向的两边缘之间形成的两边的正极边缘空箔111的宽度h3可以是相同的宽度(参阅图5)，也可以是不同的宽度(参阅图7)；同理，负极活性物质层22宽度方向的两边缘与负极集流体21宽度方向的两边缘之间形成的两边的负极边缘空箔211的宽度h4可以是相同的宽度(参阅图6)，也可以是不同的宽度(参阅图8)；但负极边缘空箔211的宽度h4与位置对应的正极边缘空箔111的宽度h3始终要窄(参阅图1)。
结合图1所示，本实施例中，所述正极边缘空箔111的宽度h3比与其位置对应的所述负极边缘空箔211的宽度h4大。具体的，正极边缘空箔111的宽度h3比负极边缘空箔211的宽度h4大可以确保正极集流体11上的正极活性物质层12的宽度H1比负极集流体21上的负极活性物质层22的宽度H2小，这样保证了正极极片10的正极活性物质层12输出的锂离子能够被负极极片20的负极活性物质层22及时有效接收，避免因为负极极片20接收正极极片10输出的锂离子不及时而造成析锂而产生锂枝晶，从而可以避免因为有锂枝晶的产生而对隔离膜30造成刺破。
本实施例中，所述正极边缘空箔111的宽度h3为0.1～5mm。具体的，将正极边缘空箔111限制在0.1～5mm的宽度范围内，既可以有效确保正极集流体11上能够涂覆足够宽的正极活性物质层12，也能够因为有该宽度范围内的正极边缘空箔111的存在而避免正极极片10的两边缘产生的金属毛刺刺穿隔离膜30而造成物理微短路的现象发生，从而可以有效减小锂离子二次电池的自放电，结构设计合理，实用性强。当然，将正极边缘空箔111的宽度h3设定在0.1～5mm范围内，那么负极边缘空箔211的宽度h4小于正极边缘空箔111的宽度h3即可。更具体的，正极边缘空箔111的宽度h3可以为0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或者5mm。优选地，正极边缘空箔111的宽度h3为0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、或者2mm。其中，负极边缘空箔211与位置对应的正极边缘空箔111的宽度h3始终要窄，也就是说，正极边缘空箔111的宽度h3为0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或者5mm时，负极边缘空箔211与位置对应的正极边缘空箔111的宽度h3都要窄，即相对应地小于0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或者5mm值。
结合图2、4和图9～10所示，本实施例中，所述正极边缘空箔111的表面和所述负极边缘空箔211的表面均涂覆有陶瓷层40。具体的，陶瓷层40的设置可以进一步减少正极极片10或者负极极片20上的金属毛刺刺穿隔离膜30的风险，即使正极极片10或者负极极片20的两侧的金属毛刺刺穿了隔离膜30，金属毛刺先接触到的是涂覆于正极边缘空箔111的表面或者负极边缘空箔211的表面上的陶瓷层40，陶瓷层40能够隔绝电性连接，避免发生短路，从而可以有效地降低金属毛刺刺穿隔离膜30而导致的锂离子二次电池的自放电大的现象。本实施例中，所述陶瓷层40的厚度为1～20μm。具体的，将陶瓷层40的厚度设定为1～20μm范围内，可以避免因为陶瓷层40的厚度过大而影响正极极片10和负极极片20的叠层，也不会因为陶瓷层40的厚度过小而无法阻止金属毛刺接触正极边缘空箔111和负极边缘空箔211；更具体的，1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或者20μm；优选地，陶瓷层40的厚度为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或者10μm。
本实施例中，所述陶瓷层40为氧化铝陶瓷层或者氧化锆陶瓷层。具体的，采用氧化铝或者氧化锆作为陶瓷层40的材料制作陶瓷层40易于实现将其涂覆在正极边缘空箔111的表面上和负极边缘空箔211的表面上，这样可以便于进行生产，提升对锂离子二次电池的生产效率。同时，氧化铝或者氧化锆材料制作出的陶瓷层40硬度高且绝缘性好，能够防止金属毛刺刺穿，进而能够避免因为金属毛刺刺穿隔离膜30而造成的物理微短路现象发生。
其中，陶瓷层40可以通过将氧化铝或者氧化锆制成涂膜液后，以喷涂、刷涂或者浸涂等的方式涂覆在正极边缘空箔111的表面和负极边缘空箔211的表面，这样不但可以确保在正极边缘空箔111的表面和负极边缘空箔211的表面涂覆上陶瓷层40，还可以确保涂覆的陶瓷层40附着在正极边缘空箔111的表面和负极边缘空箔211的表面的稳定性非常好。本实施例中，所述正极集流体11为铝箔片，所述负极集流体21为铜箔片。具体的，采用铝箔片作为正极集流体11以及采用铜箔片作为负极集流体21主要因为铝箔片和铜箔片的导电性好，有利于进行粘结，容易在铝箔片和铜箔片的表面涂覆活性物质层；同时，铝箔片和铜箔片的价格也相对较低，这样可以确保降低锂离子二次电池制作的成本。
结合图1～2和图5～10所示，本实施例中，所述正极极耳13的外部和所述负极极耳23的外部均包覆有绝缘胶纸50。具体的，绝缘胶纸50优选采用耐高温的绝缘胶纸50，耐高温的绝缘胶纸50可以避免正极极耳13和负极极耳23在充放电的过程中电流密集可能带来的高温问题；另外，绝缘胶纸50既可以包覆正极极耳13和负极极耳23在焊接过程中出现的金属毛刺，也可以包覆正极极片10和负极极片20在裁切过程中产生的金属毛刺，使得金属毛刺处于绝缘胶纸50的包裹保护之中，避免因为该金属毛刺的存在而出现物理微短路的现象出现。
本实施例中，在负极极片20的尾部对应的正极极片10的位置贴设有绝缘胶纸，这样可以确保即使在正极极片10和负极极片20的尾部出现金属毛刺刺穿隔离膜30的情况下也不会出现短路的问题。
综上所述可知本发明乃具有以上所述的优良特性，得以令其在使用上，增进以往技术中所未有的效能而具有实用性，成为一极具实用价值的产品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片以及设于所述正极极片和所述负极极片之间的隔离膜，其特征在于：所述正极极片包括正极集流体、涂覆于所述正极集流体的相对两表面上的正极活性物质层以及设于所述正极集流体端部的正极极耳，所述负极极片包括负极集流体、涂覆于所述负极集流体的相对两表面上的负极活性物质层以及设于所述负极集流体端部的负极极耳；所述正极集流体的宽度与所述负极集流体的宽度相同，所述正极活性物质层的宽度小于所述负极活性物质层的宽度。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述正极活性物质层沿宽度方向的中心线与所述负极活性物质层沿宽度方向的中心线重叠设置。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述正极活性物质层的宽度小于所述正极集流体的宽度，且所述正极活性物质层宽度方向的两边缘与所述正极集流体宽度方向的两边缘之间形成正极边缘空箔；所述负极活性物质层的宽度小于所述负极集流体的宽度，且所述负极活性物质层宽度方向的两边缘与所述负极集流体宽度方向的两边缘之间形成负极边缘空箔。
4.根据权利要求3所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述正极边缘空箔的宽度比与其位置对应的所述负极边缘空箔的宽度大。
5.根据权利要求3所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述正极边缘空箔的宽度为0.1～5mm。
6.根据权利要求3所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述正极边缘空箔的表面和所述负极边缘空箔的表面均涂覆有陶瓷层。
7.根据权利要求6所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述陶瓷层的厚度为1～20μm。
8.根据权利要求6所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述陶瓷层为氧化铝陶瓷层或者氧化锆陶瓷层。
9.根据权利要求1～8任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述正极集流体为铝箔片，所述负极集流体为铜箔片。
10.根据权利要求1～8任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述正极极耳的外部和所述负极极耳的外部均包覆有绝缘胶纸。
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