CN109887756A - 一种叠片式电芯及具有该电芯的纽扣型锂离子电容器 - Google Patents

Abstract

本发明的叠片式电芯，包括正极片和负极片以及隔膜，正极片和负极片均采用单面涂布方式贴合于隔膜两侧，正极片、隔膜以及负极片采用Z字形方式进行叠片。本发明的纽扣型锂离子电容器，包括外壳以及设置于外壳内的叠片式电芯，外壳内设置有泡沫镍或弹片，外壳内填充有电解质。本发明的纽扣型锂离子电容器利用叠片式电芯增大了容量，延长了纽扣型锂离子电容器单次的使用寿命，减少了器件的更换次数，同时叠片式电芯的使用提升了电容器空间的利用率，利于器件整体体积比能量的提高；而且，叠片式电芯的使用，使得纽扣型电容器配件数减少，减少了配件间接触次数从而使接触电阻变得更小，同时也减轻了器件的质量使得器件整体的质量比能量有所提高。

Description

一种叠片式电芯及具有该电芯的纽扣型锂离子电容器

技术领域

本发明属于新能源电池技术领域，具体涉及一种叠片式电芯，还涉及具有该电芯的纽扣型锂离子电容器。

背景技术

随着现代科学技术的发展以及电器的优化设计，小巧式、便携式、智能化设备和电器越来越来多，如智能水表、智能电表、蓝牙耳机、路由器、行车记录仪、照相机、电脑主板和PLC系统板等。这些新兴的电器对与之相匹配的电池容量和体积的要求越来越高，一次性的纽扣型锂电池由于容量有限，尤其是向小型化、薄型化发展以后，电池的频繁更换使得其无法满足需求，于是小型可充电的纽扣式电池的需求越来越大。但是小型可充电池发展应用缓慢，一方面其充放电寿命问题一直未得到解决，特别是在电池深度充放电时其寿命更短；另一方面，大多数可充放的纽扣锂电池含有性质非常活泼的锂金属，在充放电过程中会产生锂枝晶刺穿隔膜，导致电池发生故障，甚至可能引发安全隐患。因此，目前长寿命、安全环保的新型纽扣式储能器件亟待研制以满足市场对小型二次电源的需求。

超级电容器是一种性能介于传统电容器和二次电池之间的新型储能元件，具有容量大、充放电时间短、循环寿命长、比功率高、使用温度范围宽、对环境友好等特点，因此应用前景非常广阔。超级电容器的结构通常包含电极、隔膜、电解质、引线、封装材料等部分，其中电极作为超级电容器最重要的一项组成，对其性能具有直接的影响。锂离子电容器是一种可充电、长寿命、安全环保的新型化学电源，其由双电层型储能炭材料、嵌锂型储能材料以及有机锂盐电解液构成。锂离子电容器结合了双电层超级电容器和锂离子电池的储能机理，兼具超级电容器和锂离子电池的电化学特性，不仅具有锂电池的高电压、高能量密度、低自放电特性，同时也具有超容的长循环寿命、宽的工作温度范围、大电流充放电以及绿色环保等特性，是一种混合型超级电容器。

传统的纽扣型锂离子电容器的组成包括：正极壳、正极片、隔膜、负极片、不锈钢垫片、泡沫镍或弹片、负极壳，加注电解液后封装。该种组装方式使得纽扣电池的容量以及器件整体的质量比能量、体积比能量较低，无法满足市场的规模化需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叠片式电芯，大大提高了电芯的能量密度。

本发明的目的还在于提供一种具有上述叠片式电芯的纽扣型锂离子电容器，通过调整叠片的层数来调整电芯的厚度，以厚度为准达到替换不锈钢垫片的目的，减少了配件的使用以及减少配件间的接触次数，同时提升纽扣型电容器的容量以及器件整体的质量比能量和体积比能量。

本发明所采用的一种技术方案是：一种叠片式电芯，包括相对设置的正极片和负极片以及设置于所述正极片和负极片之间的隔膜，所述正极片和负极片均采用单面涂布方式贴合于所述隔膜两侧。

优选的，所述正极片、隔膜以及负极片采用Z字形方式进行叠片。

进一步的，所述正极片和负极片均为长方形、且进行涂布所在的面一个短边留白，所述隔膜的两端分别包覆正极片和负极片进行涂布所在的面的另一个短边。

进一步的，进行叠片的层数为奇数层，所述正极片和负极片留白的一端方向相反。

事例性的，所述正极片是由双电层型储能炭材料支撑的极片，所述负极片是由嵌锂型储能材料支撑的极片。

事例性的，所述隔膜为PE膜、PP膜、PET膜或纸质膜。

本发明所采用的另一种技术方案是：一种纽扣型锂离子电容器，包括外壳以及设置于所述外壳内的如上所述的叠片式电芯，所述外壳内还设置有泡沫镍或弹片，所述外壳内填充有电解质。

进一步的，所述电解质为水溶液电解质、有机溶液电解质或离子液体电解质。

本发明的有益效果是：本发明的纽扣型锂离子电容器利用叠片式电芯增大了容量，延长了纽扣型锂离子电容器单次的使用寿命，减少了器件的更换次数，同时叠片式电芯的使用提升了电容器空间的利用率，利于器件整体体积比能量的提高；而且，叠片式电芯的使用，使得纽扣型电容器配件数减少，减少了配件间接触次数从而使接触电阻变得更小，同时也减轻了器件的质量使得器件整体的质量比能量有所提高，产品的性能得到优化，更好地适应了大容量、高性能、低损耗的市场需求。

附图说明

图1是本发明的叠片式电芯一种结构示意图；

图2是本发明的叠片式电芯的另一种结构示意图；

图3是本发明的纽扣型锂离子电容器的结构示意图。

图中，10.叠片式电芯，1.正极片，2.负极片，3.隔膜，4.负极壳，5.正极壳，6.泡沫镍。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参见图1，本发明提供的叠片式电芯10一种实施例的结构，包括相对设置的正极片1和负极片2以及设置于正极片1和负极片2之间的隔膜3，正极片1和负极片2上下对齐，正极片1和负极片2均采用单面涂布方式贴合于隔膜3两侧。而且正极片1和负极片2均为长条形、且进行涂布所在的面一个短边留白，从而形成留白端(即图1中虚线分割的小长条形)，隔膜2的两端分别包覆正极片1和负极片2进行涂布所在面的另一个短边。

在实际生产装配时，根据纽扣型锂离子电容器的外壳尺寸，将正、负极极片裁成一定尺寸的长条状极片，并根据壳深以及极片厚度调整极片长度；两极片中间用长度大于极片长度的隔膜2隔开，并将隔膜3两端多余的部分回折包覆极片，达到阻隔两极片接触的效果，同时隔膜3宽度要适量大于极片宽度，防止两极片直接接触。

参见图2，本发明还提供叠片式电芯10另一种优化的实施例，其在上述实施例结构的基础上，进一步限定正极片1、隔膜3以及负极片2采用Z字形方式进行叠片。叠片层数可以为2、3、4、5，甚至更多层。具体地，需要根据纽扣型锂离子电容器的壳深尺寸，将极片以特定的折叠方式进行叠片，极片折叠形状以正方形为优，然后控制叠片层数，确保两端极片留白收尾方向相反，叠片结束后以特定的终止胶带对制好的电芯进行紧固定形。

进一步的，进行叠片的层数为奇数层，从而使得正极片1和负极片2留白的一端方向相反。

事例性的，正极片1可以是由双电层型储能炭材料支撑的极片，负极片2可以是由嵌锂型储能材料支撑的极片，而隔膜3可以为PE膜、PP膜、PET膜或纸质膜。上述材质的选择和制作工艺均是本领域的公知常识，在此不做赘述。

参见图3，本发明还提供一种纽扣型锂离子电容器，包括外壳以及设置于外壳内的如上所述的叠片式电芯10，外壳内还设置有泡沫镍或弹片，外壳内填充有电解质。而电解质为水溶液电解质、有机溶液电解质或离子液体电解质。具体的，本实施例的外壳有负极壳4和正极壳5组成，负极壳4和正极壳5共同构成一个密闭的空间，本实施例在壳体内设置泡沫镍6，而叠片式电芯10的叠片层数由现有技术的不锈钢垫片的厚度决定，从而利用叠片式电芯10来替代不锈钢垫片。

具体封装时，将制备好的叠片式电芯10，按照特定组装顺序将其封装于纽扣壳体内：电芯正极片留白端直接接触正极壳5，加注电解质，然后放置泡沫镍或弹片，使其直接接触于电芯负极片的留白端，再加置负极壳4后将整个器件置于特定封装机器下进行封装。

Claims (8)

1.一种叠片式电芯，其特征在于，包括相对设置的正极片和负极片以及设置于所述正极片和负极片之间的隔膜，所述正极片和负极片均采用单面涂布方式贴合于所述隔膜两侧。

2.如权利要求1所述的叠片式电芯，其特征在于，所述正极片、隔膜以及负极片采用Z字形方式进行叠片。

3.如权利要求2所述的叠片式电芯，其特征在于，所述正极片和负极片均为长方形、且进行涂布所在的面一个短边留白，所述隔膜的两端分别包覆正极片和负极片进行涂布所在的面的另一个短边。

4.如权利要求3所述的叠片式电芯，其特征在于，进行叠片的层数为奇数层，所述正极片和负极片留白的一端方向相反。

5.如权利要求1所述的叠片式电芯，其特征在于，所述正极片是由双电层型储能炭材料支撑的极片，所述负极片是由嵌锂型储能材料支撑的极片。

6.如权利要求1所述的叠片式电芯，其特征在于，所述隔膜为PE膜、PP膜、PET膜或纸质膜。

7.一种纽扣型锂离子电容器，其特征在于，包括外壳以及设置于所述外壳内的权利要求1-6任一项所述的叠片式电芯，所述外壳内还设置有泡沫镍或弹片，所述外壳内填充有电解质。

8.如权利要求7所述的纽扣型锂离子电容器，其特征在于，所述电解质为水溶液电解质、有机溶液电解质或离子液体电解质。