CN106159179A - 金属锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属锂电池，其包括电芯、正极极耳以及负极极耳。电芯包括：正极极片，包括正极集流体以及设置在正极集流体表面上的正极活性材料层；负极极片，材质为金属锂薄膜；以及隔离膜，位于正极极片和负极极片之间；其中，正极极片、隔离膜、负极极片依序叠片、卷绕、或叠片加卷绕形成电芯，且依序叠片或卷绕的正极极片、隔离膜、负极极片相互之间紧密接触、无缝隙。正极极耳位于电芯的一侧，电连接于正极极片的正极集流体。负极极耳位于电芯的一侧，由负极极片一体形成且突出于负极极片。其中，所述金属锂电池还包括：电子绝缘涂层，覆盖正极极片的在负极极耳所处的一侧，以使负极极耳与正极极片的该一侧电绝缘。

Description

金属锂电池

技术领域

本发明涉及储能器件领域，尤其涉及一种金属锂电池。

背景技术

采用锂金属作为负极的金属锂二次电池，是开发高能量密度锂二次电池的一个主要方向。由于金属锂质软、薄膜强度极差，很容易变形、破损和断裂，故使用单一金属锂负极的极耳引出操作需要很小心。一方面负极极耳在受震动或摔跌时容易从金属锂薄片上脱落或断开，另一方面金属锂极耳在受挤压或冲击时容易变形与正极极片接触短路。所以，如何防止锂金属负极极耳与正极接触短路及如何防止负极极耳从负极极片上脱落或断开，是采用单一金属锂作为锂金属二次电池负极必须面对和解决的问题。传统的引出极耳的方式是在电池组装之前将负极极耳与负极锂金属贴附或压合在一起，这种方式很难避免负极极耳脱落或断开，特别对于多极耳的层叠结构电池，在处理多个负极锂金属极耳之间的电连接时，无法确保极耳不被拉扯断裂。因此可以考虑先组装电池再一次性整体处理多个负极锂金属极耳。而采用先组装电池再处理的锂金属极耳的工序，要保证电连接良好必然会面临锂金属负极或者负极极耳极易与正极极片发生接触短路的问题。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种金属锂电池，其能使锂金属的负极极耳与正极极片极片电绝缘，从而避免负极极耳与正极极片发生接触短路。

为了实现上述目的，本发明提供了一种金属锂电池，其包括电芯、正极极耳以及负极极耳。电芯包括：正极极片，包括正极集流体以及设置在正极集流体表面上的正极活性材料层；负极极片，材质为金属锂薄膜；以及隔离膜，位于正极极片和负极极片之间；其中，正极极片、隔离膜、负极极片依序叠片、卷绕、或叠片加卷绕形成电芯，且依序叠片或卷绕的正极极片、隔离膜、负极极片相互之间紧密接触、无缝隙。正极极耳位于电芯的一侧，电连接于正极极片的正极集流体。负极极耳位于电芯的一侧，由负极极片一体形成且突出于负极极片。其中，所述金属锂电池还包括：电子绝缘涂层，覆盖正极极片的在负极极耳所处的一侧，以使负极极耳与正极极片的该一侧电绝缘。

本发明的有益效果如下：

电子绝缘涂层覆盖正极极片的负极极耳所处的一侧，使负极极耳与正极极片的该一侧电绝缘，从而达到引出负极极耳的同时，防止与正极极片有电子导通，从而避免负极极耳与正极极片发生接触短路。在后续的对负极极耳进行操作时及在金属锂电池工作过程中，可以有效地阻断正极极片与负极极片之间的电子传导。

本发明的金属锂电池能够安全可靠地实现负极极耳的引出，从而能够高效地实现金属锂电池的组装生产、适合金属锂电池的规模化生产。

附图说明

图1为根据本发明的金属锂电池的电芯的正极极片的俯视图；

图2为根据本发明的金属锂电池的电芯的正极极片的侧面剖开图；

图3为图2的分解图；

图4为图2的正极极片的变化实施例的侧视图；

图5为图4的分解图；

图6为冲切形成正极极耳且覆盖有电子绝缘涂层的正极极片、隔离膜、冲切形成负极极耳的负极极片的示意图；

图7为正极极片、隔离膜、负极极片依序叠片的示意图；

图8为各负极极耳朝向电芯的负极极耳所处的该一侧的表面弯折并贴近该表面的示意图；

图9为将刚性金属极耳电连接于金属锂电池的全部的负极极耳的示意图；

图10为采用绝缘固定件将图9的刚性金属极耳固定于电芯上的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1电芯 12负极极片

11正极极片 13隔离膜

111正极集流体 2正极极耳

112正极活性材料层 3负极极耳

1121角部 4电子绝缘涂层

113边缘端面 5刚性金属极耳

1131正极集流体部分 6绝缘固定件

1132正极活性材料层部分

具体实施方式

下面参照附图来详细说明根据本发明的金属锂电池。

参照图1至图10，根据本发明的金属锂电池包括：电芯1、正极极耳2、负极极耳3、以及电子绝缘涂层4。电芯1包括：正极极片11，包括正极集流体111以及设置在正极集流体111表面上的正极活性材料层112；负极极片12，材质为金属锂薄膜；以及隔离膜13，位于正极极片11和负极极片12之间；其中，正极极片11、隔离膜13、负极极片12依序叠片(参照图6至图10)、卷绕、或叠片加卷绕形成电芯1，且依序叠片或卷绕的正极极片11、隔离膜13、负极极片12相互之间紧密接触、无缝隙。正极极耳2位于电芯1的一侧，电连接于正极极片11的正极集流体111。负极极耳3位于电芯1的一侧，由负极极片12一体形成且突出于负极极片12(参照图6)。电子绝缘涂层4覆盖正极极片11的在负极极耳3所处的一侧，以使负极极耳3与正极极片11的该一侧电绝缘。

电子绝缘涂层4覆盖正极极片11的在负极极耳3所处的一侧，使负极极耳3与正极极片11的该一侧电绝缘，从而达到引出负极极耳3的同时，防止与正极极片11有电子导通，从而避免负极极耳3与正极极片11发生接触短路。在后续的对负极极耳3进行操作时及在金属锂电池工作过程中，可以有效地阻断正极极片11与负极极片12之间的电子传导。

本发明的金属锂电池能够安全可靠地实现负极极耳3的引出，从而能够高效地实现金属锂电池的组装生产、适合金属锂电池的规模化生产。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，参照图6至图10，正极极耳2与负极极耳3可分别位于电芯1的相对的两侧。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，正极极耳2与负极极耳3可位于电芯1的同一侧，且相互隔开。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，电子绝缘涂层4采用挤压涂布方式经由将正极活性材料层112和电子绝缘涂层4共挤于正极集流体111上而形成；在另一实施例中，电子绝缘涂层4首先采用挤压涂布、刮刀转移涂布、狭缝涂布、多辊涂布中的一种涂布方式将正极活性材料层112涂覆于正极集流体111上，然后再采用挤出的方式涂布电子绝缘层4。

在电子绝缘涂层4的一实施例中，电子绝缘涂层4的主要功能是起到电子绝缘，故电子绝缘涂层4的介电常数可大于1。优选地，电子绝缘涂层4的介电常数可大于5。

在电子绝缘涂层4的一实施例中，电子绝缘涂层4的材质可为聚合物、无机氧化物颗粒或者两者的混合物。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，参照图1至图5，电子绝缘涂层4可覆盖正极极片11的在负极极耳3所处的该一侧的全部边缘端面113。在一实施例中，参照图2至图5，正极极片11的在负极极耳3所处的该一侧的全部边缘端面113可包括正极极片11的在负极极耳3所处的该一侧露出的正极集流体部分1131以及露出的正极活性材料层部分1132。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，参照图2和图3，覆盖正极极片11的在负极极耳3所处的该一侧的全部边缘端面113的电子绝缘涂层4的总厚度与正极极片11的正极集流体111和全部正极活性材料层112厚度之和相等。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，参照图4和图5，电子绝缘涂层4还覆盖正极极片11的在负极极耳3所处的该一侧的正极活性材料层112的角部1121。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，电芯1的卷绕结构可为圆柱螺旋卷绕结构、菱形卷绕结构中的至少之一；电芯1的叠片结构可为单体叠片(参照图6至图10)、Z形叠片中的至少之一。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，正极极耳2可由正极极片11的正极集流体111一体冲切成型。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，负极极耳3可由负极极片12一体冲切形成。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，负极极耳3可为一个，负极极耳3朝向电芯1的在负极极耳3所处的该一侧的表面弯折并贴近该表面。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，参照图7至图10，负极极耳3可为至少两个，各负极极耳3朝向电芯1的负极极耳3所处该一侧的表面弯折并贴近该表面，以使全部负极极耳3相互接触且电连接在一起，其中最上层的负极极耳3向下弯折，其余的负极极耳3向上弯折。具体地，以图8为例，金属锂电池的负极极耳3至少为三个，首先将叠片好的最上层的负极极耳3朝向电芯1的负极极耳3所处该一侧的表面向下弯折并贴近该表面，然后，再将下面的两层负极极耳3依此朝向该一侧的表面向上弯折并贴近该表面，确保每层的负极极耳3都电连接在一起。当然，弯折顺序不限于此，也可以先向上弯折下面的两层负极极耳3，之后再向下弯折最上层的负极极耳3。在一实施例中，相互接触的两个负极极耳3通过相互融合粘连在一起而电连接在一起，从而达到更好的电连接效果。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，弯折在使各负极极耳3不受到拉扯力的情况下进行。在一实施例中，弯折采用夹具各负极极耳3不受到拉扯力。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，隔离膜13可为聚合物固体电解质膜。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，所述金属锂电池还可包括：液态电解质(未示出)，浸渍隔离膜13以及正极极片11的正极活性材料层112。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，参照图9和图10，所述金属锂电池还可包括：刚性金属极耳5，电连接于全部的负极极耳3；以及绝缘固定件6，将刚性金属极耳5固定于电芯1上。通过设置刚性金属极耳5和绝缘固定件6，可以在引出的负极极耳3后，方便可靠地完成入壳、封装、注液、化成等后续操作，避免负极极耳3在后续操作过程中被拉扯、拉断，且能够避免单独对每个负极极耳3进行操作处理，从而防止负极极耳3在处理过程中受力拉扯导致破损、断裂。采用这种方法引出的负极极耳3，能够保证每一层负极极片12均不会因为负极极耳3拉扯断裂而失效，而且金属锂电池在循环过程中负极极片12的厚度发生大的变化时也不会出现负极极片12与负极极耳3断开而导致的电连接失效的问题。由此，安全可靠地实现负极极耳3的引出，进一步高效地实现金属锂电池的组装生产。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，刚性金属极耳5可通过直接压制到全部负极极耳3上而电连接于全部负极极耳3。在另一实施例中，刚性金属极耳5可通过焊接而电连接于全部负极极耳3。在一实施例中，焊接可为点焊、超声波焊接、激光焊接、电弧焊接、熔焊、压焊中的至少一种。优选地，焊接为超声波焊接。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，刚性金属极耳5的材质可为任意与金属锂化学兼容、高熔点且具备良好的电子传导性能和热传导性能的金属材料。在一实施例中，刚性金属极耳5的材质可选自金属镍或铜镀镍。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，刚性金属极耳5可经过表面粗糙处理。由此，可以使负极极耳3的金属锂渗透至刚性金属极耳5的粗糙的表面结构中，从而达到良好的电连接,并降低金属锂电池的接触电阻。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，参照图10，绝缘固定件6可包括：绝缘胶带(未示出)，将刚性金属极耳5粘贴到电芯1上。

在根据本发明的金属锂电池的一实施例中，绝缘固定件6可包括：绝缘机械支架(未示出)，将刚性金属极耳5固定到电芯1上。

在根据本发明的金属锂电池的另一实施例中，绝缘固定件6可包括：绝缘胶带(未示出)，将刚性金属极耳5粘贴到电芯1上；以及绝缘机械支架(未示出)，将粘贴到电芯1上的刚性金属极耳5固定在电芯1上。

Claims (10)

1.一种金属锂电池，包括：

电芯(1)，包括：

正极极片(11)，包括正极集流体(111)以及设置在正极集流体(111)表面上的正极活性材料层(112)；

负极极片(12)，材质为金属锂薄膜；以及

隔离膜(13)，位于正极极片(11)和负极极片(12)之间；

其中，正极极片(11)、隔离膜(13)、负极极片(12)依序叠片、卷绕、或叠片加卷绕形成电芯(1)，且依序叠片或卷绕的正极极片(11)、隔离膜(13)、负极极片(12)相互之间紧密接触、无缝隙；

正极极耳(2)，位于电芯(1)的一侧，电连接于正极极片(11)的正极集流体(111)；

负极极耳(3)，位于电芯(1)的一侧，由负极极片(12)一体形成且突出于负极极片(12)；

其特征在于，

所述金属锂电池还包括：

电子绝缘涂层(4)，覆盖正极极片(11)的在负极极耳(3)所处的一侧，以使负极极耳(3)与正极极片(11)的该一侧电绝缘。

2.根据权利要求1所述的金属锂电池，其特征在于，电子绝缘涂层(4)覆盖正极极片(11)的在负极极耳(3)所处的该一侧的全部边缘端面(113)。

3.根据权利要求2所述的金属锂电池，其特征在于，正极极片(11)的在负极极耳(3)所处的该一侧的全部边缘端面(113)包括正极极片(11)的在负极极耳(3)所处的该一侧露出的正极集流体部分(1131)以及露出的正极活性材料层部分(1132)。

4.根据权利要求3所述的金属锂电池，其特征在于，覆盖正极极片(11)的在负极极耳(3)所处的该一侧的全部边缘端面(113)的电子绝缘涂层(4)的总厚度与正极极片(11)的正极集流体(111)和全部正极活性材料层(112)厚度之和相等。

5.根据权利要求2所述的金属锂电池，其特征在于，电子绝缘涂层(4)还覆盖正极极片(11)的在负极极耳(3)所处的该一侧的正极活性材料层(112)的角部(1121)。

6.根据权利要求1所述的金属锂电池，其特征在于，

负极极耳(3)为一个，

负极极耳(3)朝向电芯(1)的在负极极耳(3)所处的该一侧的表面弯折并贴近该表面。

7.根据权利要求1所述的金属锂电池，其特征在于，

负极极耳(3)为至少两个，

各负极极耳(3)朝向电芯(1)的负极极耳(3)所处该一侧的表面弯折并贴近该表面，其中最上面一层的负极极耳(3)向下弯折，其余的负极极耳(3)向上弯折，以使全部负极极耳(3)相互接触且电连接在一起。

8.根据权利要求7所述的金属锂电池，其特征在于，相互接触的两个负极极耳(3)通过相互融合粘连在一起而电连接在一起。

9.根据权利要求1所述的金属锂电池，其特征在于，所述金属锂电池还包括：

刚性金属极耳(5)，电连接于全部的负极极耳(3)；以及

绝缘固定件(6)，将刚性金属极耳(5)固定于电芯(1)上。

10.根据权利要求9所述的金属锂电池，其特征在于，绝缘固定件(6)包括：

绝缘胶带，将刚性金属极耳(5)粘贴到电芯(1)上。