CN107170946A - 一种锂电池极耳 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池极耳，极耳包括第一长宽面以及与第一长宽面相对的第二长宽面，第一长宽面用于与集流体直接接触，第一长宽面和第二长宽面对应的两长边分别通过第一过渡结构和第二过渡结构连接。本发明的极耳采用了过渡结构来连接第一长宽面和第二长宽面，极耳原来锋利的边缘被平滑的过渡结构替代，使得极耳对集流体不易产生集中应力，减少了极耳对集流体产生挤压破坏，减少了电池的失效率，提高了锂离子电池的合格率，增强了锂离子电池的可靠性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池技术领域，尤其涉及一种改善圆柱型锂离子电池充放电循环中断箔情况的锂电池极耳。
背景技术
目前圆柱型锂离子电池应用日趋广泛，对电池的寿命要求也在不断提高，而电池的使用寿命是由电池内的活性物质性能发挥情况来决定的。由于电池各部件的可靠性是电池内活性物质性能发挥的保证，因此提高电池的各部件的可靠性对提高电池寿命起到关键的作用。其中，电池内集流体是电子导通的通道，集流体通过和极耳焊接从而与电池的外部电极进行连接。但是，在电池的长期循环使用过程中，集流体在极耳的挤压作用下存在断裂的风险，集流体一旦断裂，电池会永久损失一部分能量。
造成上述缺陷的原因在于：在圆柱锂离子电池的卷芯生产工艺中，极耳一般通过超声焊等工艺与集流体焊接在一起，为保证极耳与集流体接触良好，实际焊接后极耳会陷入集流体中一部分；电池使用过程中，充电时负极进行嵌锂，锂进入到负极的层状结构之间，由此负极极片膨胀，对极耳进行挤压，由于现用的常规极耳界面为矩形，因此矩形的锋利边缘会损伤其与集流体接触的部分，放电时负极恢复原尺寸，挤压作用消失。长期循环使用后，集流体在经受极耳重复的挤压疲劳作用下，很可能会发生断裂，影响锂电池的使用寿命。
发明内容
本发明提供一种能够改善圆柱锂离子电池在充放电过程中电芯极耳与集流体反复挤压而导致集流体断裂问题的锂电池极耳。
本发明提供了一种锂电池极耳，极耳包括第一长宽面以及与第一长宽面相对的第二长宽面，第一长宽面用于与集流体直接接触，第一长宽面和第二长宽面对应的两长边分别通过第一过渡结构和第二过渡结构连接。
在一种实施例中，第一过渡结构为具有至少一倒角的第一长高面，第二过渡结构为具有至少一倒角的第二长高面。
进一步地，倒角的角度为30°-60°。
进一步地，倒角的角度为45°。
进一步地，极耳长度为60-80mm，宽度为3-5mm，高度为80-120μm。
进一步地，极耳的长度为70mm，其宽度为4mm，其高度为100μm。
在另一种实施例中，第一过渡结构为具有至少一倒圆的第一长高面，第二过渡结构为具有至少一倒圆的第二长高面。
在另一种实施例中，第一过渡结构为第一弧面，第二过渡结构为第二弧面。
进一步地，极耳为铝制极耳或镍制极耳或由铝镍复合材料制作的极耳。
本发明的极耳采用了过渡结构来连接第一长宽面和第二长宽面，极耳原来锋利的边缘被平滑的过渡结构替代，使得极耳对集流体不易产生集中应力，减少了极耳对集流体产生挤压破坏，减少了电池的失效率，提高了锂离子电池的合格率，增强了锂离子电池的可靠性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明的一种实施例的立体结构示意图；
图2为图1的端面结构示意图；
图3为本发明的另一种实施例的端面结构示意图；
图4为本发明的另一种实施例的端面结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种锂电池极耳，正极极耳的材质为铝，负极极耳的材质为镍或者铝镍合金。极耳包括第一长宽面以及与第一长宽面相对的第二长宽面，以及两端面。第一长宽面用于与集流体直接接触，第一长宽面和第二长宽面对应的两长边分别通过第一过渡结构和第二过渡结构连接。过渡结构为非直角平面结构，其至少有两个面，可以是弧面也可以是平面，且整体应向外突起，能够缓冲直角结构锋利的边缘对集流体的挤压后产生的应力作用。过渡结构可设置倒角、倒圆或整体为弧面。
请参见图1和图2。图1和图2示出了一种锂电池极耳，极耳包括第一长宽面10以及与第一长宽面10相对的第二长宽面20，以及两端面。第一长宽面10和第二长宽面20相对的各一长边通过第一过渡结构连接，其相对的另一各自的长边通过第二过渡结构连接。第一过渡结构为具有两倒圆50的第一长高面30，第二过渡结构为具有两倒圆50的第二长高面40。在其他的实施例中，第一长高面30可只设有一倒圆50，第二长高面40也可只设有一倒圆50，但是由于倒圆50的作用是缓冲极耳锋利的边缘，因此设置两倒圆50的第一长高面30和第二长高面40的缓冲效果优于仅设置一倒圆50的第一长高面30和第二长高面40。其中，倒圆50的半径可根据实际生产情况而设定。倒圆50也有倒角角度，倒圆50可理解为在两倒角之间增加光滑的弧面，倒角角度通常是30°-60°。极耳的长度范围是60-80mm，宽度范围是3-5mm，高度范围是80-120μm。
在第一长高面30和第二长高面40上分别设置两个倒圆50，替代了原来的直角，使得原直角位置平滑，减少了该位置与集流体在挤压过程中的集中应力，有效地减少了集流体箔材断裂的情况，减少了电池的失效率，保证了电池在使用过程中的长期可靠性，从而提高电池的使用寿命。
倒圆50由于是弧面，因此较倒角而言，更加平滑，在极耳与集流体的接触过程中会分散相互之间的受力，集中应力会进一步减少，因此减少断箔的效果更加好。
请参见图3，在图3中，极耳包括第一长宽面10以及与第一长宽面10相对的第二长宽面20，第一长宽面10和第二长宽面20的各一长边通过第一过渡结构连接，其另一长边通过第二过渡结构连接。第一过渡结构为具有两倒角60的第一长高面30，第二过渡结构为具有两倒角60的第二长高面40。在其他的实施例中，第一长高面30可只设有一倒角60，第二长高面40也可只设有一倒角60，但是由于倒角60的作用是缓冲极耳锋利的边缘，因此设置两倒角60的第一长高面30和第二长高面40的缓冲效果优于仅设置一倒角60的第一长高面30和第二长高面40。其中，倒角60的角度为30°-60°。在本实施例中，倒角60的角度为45°。极耳的长度范围是60-80mm，宽度范围是3-5mm，高度范围是80-120μm。
请参见图4，图4中，极耳包括第一长宽面10以及与第一长宽面10相对的第二长宽面20，第一长宽面10和第二长宽面20的各一长边通过第一过渡结构连接，其另一长边通过第二过渡结构连接。第一过渡结构为第一弧面70，第二过渡结构为第二弧面80。第一弧面70和第二弧面80均为光滑的弧面，其直径为极耳的厚度。与倒圆相比，整体弧面比倒圆表面更加光滑，在极耳与集流体的接触过程中会分散相互之间的受力，减少摩擦，因此减少断箔的效果更加好。极耳的长度范围是60-80mm，宽度范围是3-5mm，高度范围是80-120μm。
实施例1-1
极耳的长度为70mm，宽度为4mm，高度为100μm，材质为铝。
极耳包括第一长宽面以及与第一长宽面相对的第二长宽面，第一长宽面和第二长宽面的一长边通过第一过渡结构连接，其另一长边通过第二过渡结构连接。第一过渡结构为具有两倒圆的第一长高面，第二过渡结构为具有两倒圆的第二长高面。倒圆的倒角角度为15°。
实施例1-2
与实施例1-1不同在于，倒圆的倒角角度为30°。
实施例1-3
与实施例1-1不同在于，倒圆的倒角角度为45°。
实施例1-4
与实施例1-1不同在于，倒圆的倒角角度为60°。
实施例1-5
与实施例1-1不同在于，倒圆的倒角角度为75°。
实施例2-1
极耳的长度为60mm，宽度为3mm，高度为80μm，材质为铝。
极耳包括第一长宽面以及与第一长宽面相对的第二长宽面，第一长宽面和第二长宽面的一长边通过第一过渡结构连接，其另一长边通过第二过渡结构连接。第一过渡结构为具有两倒圆的第一长高面，第二过渡结构为具有两倒圆的第二长高面。倒圆的倒角角度为15°。
实施例2-2
与实施例2-1不同在于，倒圆的倒角角度为30°。
实施例2-3
与实施例2-1不同在于，倒圆的倒角角度为45°。
实施例2-4
与实施例2-1不同在于，倒圆的倒角角度为60°。
实施例2-5
与实施例2-1不同在于，倒圆的倒角角度为75°。
实施例3-1
极耳的长度为80mm，宽度为8mm，高度为120μm，材质为铝。
极耳包括第一长宽面以及与第一长宽面相对的第二长宽面，第一长宽面和第二长宽面的一长边通过第一过渡结构连接，其另一长边通过第二过渡结构连接。第一过渡结构为具有两倒圆的第一长高面，第二过渡结构为具有两倒圆的第二长高面。倒圆的倒角角度为15°。
实施例3-2
与实施例3-1不同在于，倒圆的倒角角度为30°。
实施例3-3
与实施例3-1不同在于，倒圆的倒角角度为45°。
实施例3-4
与实施例3-1不同在于，倒圆的倒角角度为60°。
实施例3-5
与实施例3-1不同在于，倒圆的倒角角度为75°。
对比例1
极耳的长度为70mm，宽度为4mm，高度为100μm，材质为铝。
极耳包括第一长宽面以及与第一长宽面相对的第二长宽面，第一长宽面和第二长宽面的一长边通过第一长高面连接，其另一长边通过第二长高面连接。
对比例2
极耳的长度为60mm，宽度为3mm，高度为80μm，材质为铝。
极耳包括第一长宽面以及与第一长宽面相对的第二长宽面，第一长宽面和第二长宽面的一长边通过第一长高面连接，其另一长边通过第二长高面连接。
对比例3
极耳的长度为70mm，宽度为4mm，高度为100μm，材质为铝。
极耳包括第一长宽面以及与第一长宽面相对的第二长宽面，第一长宽面和第二长宽面的一长边通过第一长高面连接，其另一长边通过第二长高面连接。
对上述实施例1-1至对比例3分别使用相同的焊接参数功率焊接在相同的集流体上，制作得到圆柱型电芯，对圆柱型电芯在0.5C充电，1C放电，4.2-2.75V的制式下进行电池充放电循环测试，循环1000次后拆解电芯，观察焊接极耳处的集流体断裂情况。断裂情况分为完全断裂、不完全断裂及无断裂。
测试结果请见表1。
| 实施例 | 长度/mm | 宽度/mm | 高度/μm | 倒角角度/° | 集流体断裂情况 |
| 1-1 | 70 | 4 | 100 | 15 | 完全断裂 |
| 1-2 | 70 | 4 | 100 | 30 | 不完全断裂 |
| 1-3 | 70 | 4 | 100 | 45 | 无断裂 |
| 1-4 | 70 | 4 | 100 | 60 | 不完全断裂 |
| 1-5 | 70 | 4 | 100 | 75 | 完全断裂 |
| 2-1 | 60 | 3 | 80 | 15 | 完全断裂 |
| 2-2 | 60 | 3 | 80 | 30 | 不完全断裂 |
| 2-3 | 60 | 3 | 80 | 45 | 无断裂 |
| 2-4 | 60 | 3 | 80 | 60 | 不完全断裂 |
| 2-5 | 60 | 3 | 80 | 75 | 完全断裂 |
| 3-1 | 80 | 8 | 120 | 15 | 完全断裂 |
| 3-2 | 80 | 8 | 120 | 30 | 不完全断裂 |
| 3-3 | 80 | 8 | 120 | 45 | 无断裂 |
| 3-4 | 80 | 8 | 120 | 60 | 不完全断裂 |
| 3-5 | 80 | 8 | 120 | 75 | 完全断裂 |
| 对比例1 | 70 | 4 | 100 | 无 | 完全断裂 |
| 对比例2 | 60 | 3 | 80 | 无 | 完全断裂 |
| 对比例3 | 80 | 8 | 120 | 无 | 完全断裂 |
通过表1可看出，使用对比例1至对比例3得到的电芯中，集流体均完全断裂，使用实施例1-1至3-5得到的电芯中，集流体的断裂情况有三种，其中使用实施例1-1、实施例1-5、实施例2-1、实施例2-5、实施例3-1和实施例3-5得到的电芯中，集流体完全断裂，说明倒角角度过大或过小对集流体均不起缓冲过渡作用，使用实施例1-2、实施例1-4、实施例2-2、实施例2-4、实施例3-2和实施例3-4得到的电芯中，集流体不完全断裂，说明倒角角度在30°-60°的范围内对集流体起到缓冲过渡作用，使用实施例1-3、实施例2-3和实施例3-3得到的电芯中，集流体无断裂，说明倒角角度为45°时的缓冲过渡效果最佳。因此，极耳可以明显改善锂离子电池在循环过程中的集流体断裂现象。虽然极耳在制造和充放电的过程中难免对集流体有剪切力，但是倒角极耳上的这种光滑过渡使得极耳对集流体不易产生集中应力，对集流体产生破坏将减小，提高了锂离子电池的合格率，增强了锂离子电池的可靠性和使用寿命。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种锂电池极耳，所述极耳包括第一长宽面以及与所述第一长宽面相对的第二长宽面，所述第一长宽面用于与集流体直接接触，其特征在于，所述第一长宽面和第二长宽面对应的两长边分别通过第一过渡结构和第二过渡结构连接。
2.如权利要求1所述的锂电池极耳，其特征在于，所述第一过渡结构为具有至少一倒角的第一长高面，所述第二过渡结构为具有至少一倒角的第二长高面。
3.如权利要求2所述的锂电池极耳，其特征在于，所述倒角的角度为30°-60°。
4.如权利要求3所述的锂电池极耳，其特征在于，所述倒角的角度为45°。
5.如权利要求2-4任一项所述的锂电池极耳，其特征在于，所述极耳的长度为60-80mm，宽度为3-5mm，高度为80-120μm。
6.如权利要求5所述的锂电池极耳，其特征在于，所述极耳的长度为70mm，其宽度为4mm，其高度为100μm。
7.如权利要求1所述的锂电池极耳，其特征在于，所述第一过渡结构为具有至少一倒圆的第一长高面，所述第二过渡结构为具有至少一倒圆的第二长高面。
8.如权利要求1所述的锂电池极耳，其特征在于，所述第一过渡结构为第一弧面，所述第二过渡结构为第二弧面。
9.如权利要求1至4，6至8中任一项所述的锂电池极耳，其特征在于，所述极耳为铝制极耳或镍制极耳或由铝镍复合材料制作的极耳。
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