CN110061181A - 一种电池及其正电极片、卷芯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池领域，提供一种电池及其正电极片、卷芯，用于解决电池充电慢、温度升高快的问题。本发明提供的一种电池方法，包括极耳和极片，所述极耳的数量不少于1个，所述不少于1个极耳中至少有1个位于极片的中部，所述极片的正面同第一活性层连接，所述极片的背面同第二活性层连接，所述第一和第二活性层由正电极活性物质组成，所述正电极片的面密度为160~220g/m2。可以降低电池的内阻，也可降低电池充电过程中表面温度的升高幅度。

Description

一种电池及其正电极片、卷芯
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种电池及其正电极片、卷芯。
背景技术
现阶段锂离子电池已经大量的应用到笔记本电脑、平板电脑、手机、航模、医疗器械、电动工具、汽车等行业中去，但是充电速率依旧是制约其应用的主要因素。
目前，锂离子电池充电倍率一般为0.5C，充电时间一般在2.0小时以上；其充电电流偏小，充电时间偏长。如若提高充电倍率至3.0C，就会出现充电容量偏低，同时锂离子会富集到正电极表面，形成锂金属析出负极。同时在大电流充电时电芯表面会发热严重，温度上升明显的问题，同时存在安全问题。因此小电流、长时间的充电严重的限制了锂离子电池的使用，如应用的应急医疗设备、电动汽车上、通信、航拍等，长时间的充电不利于设备的正常使用。
发明内容
本发明解决的技术问题为电池充电慢、温度升高快的问题，提供一种电池及其正电极片、卷芯。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种电池的正电极片，包括极耳和极片，所述极耳的数量不少于1个，所述不少于1个极耳中至少有1个位于极片的中部，所述极片的正面同第一活性层连接，所述极片的背面同第二活性层连接，所述第一和第二活性层由正电极活性物质组成，所述正电极片的面密度为160~220g/m2。
在涂覆了正电极活性物质的电极片上设置一个或多个极耳，以降低电池内阻，也可以降低电池在15C充电时电池表面的温升，可以降低在15C充电过程中的欧姆极化。
通过设置多个极耳，并对极耳的位置进行了优化，可以降低电池的内阻，降低了电池内部的欧姆极化，也可降低电池充电过程中表面温度的升高幅度，进而提高了电池的充电速率。
优选地，所述正电极片上有1个极耳，所述极片的中部设置有主安装位和副安装位，所述主安装位和副安装位相邻设置，所述极耳安装在主安装位和副安装位其中一个安装位内，所述极片在主安装位和副安装位对应的位置未涂覆正电极活性物质。单个极耳时，通过优化极耳所在位置来实现降低电池内阻的功能。极片较短时，可以将极耳设置在极片的中部，相应地，所述电池还包括正电极片，所述正电极片中部设置有主副安装位，所述主安装位和副安装位相邻设置，所述极耳设置在主安装位和副安装位其中一个安装位内；所述正电极片和正电极片均呈正面朝上放置时，所述主安装位在左侧，所述副安装位在右侧，若所述正电极片的极耳设置在主安装位时，所述正电极片的极耳设置在副安装位；反之则反。
优选地，所述正电极片上包括多个极耳，所述极耳的数量为n个，所述n＞1；所述极片上设置有n个主安装位和n个副安装位，其中n个极耳中的第i极耳，1≤i≤n；所述第i极耳安装在第i主安装位和第i副安装位其中一个安装位内，所述极片在第i主安装位和第i副安装位对应的位置未涂覆正电极活性物质。多个极耳可以显著的降低电池的内阻，进一步提高充电效率。
优选地，所述极耳的厚度为0.1mm。
一种电池的卷芯，包括上述的正电极片、隔膜和负电极片，所述卷芯由正电极片、隔膜和负电极片组成电极片卷绕而成。将所述的正电极片、隔膜和正电极片卷绕后形成的卷芯是可以形成内阻小的卷芯。
优选地，所述隔膜的厚度为12~16μm，所述隔膜的孔隙率为35~55%，所述隔膜的透气度为150~300s。用于降低锂离子在由正电极迁移到正电极的路径，降低在15C大倍率充电过程中的浓差极化和欧姆极化。
优选地，所述卷芯的负电极片的长度大于正电极片的长度。卷芯的正电极片一般较长，以在末端包覆正电极片。
优选地，还包括胶线，所述胶线包括第一闭合胶线、第二闭合胶线、第三闭合胶线，所述第一闭合胶线和第二闭合胶线缠绕在卷芯的侧面，所述第三闭合胶线同第一和第二闭合胶线垂直相交；所述第三闭合胶线设置在卷芯的正极和负极之间，所述第三闭合胶线同卷芯的顶面、底面和侧面贴合。胶线用于固定卷芯，以进一步减少内阻。
一种电池的卷芯的制造方法，包括：S11.将未安装极耳的正电极片、负电极片和隔膜装配成卷芯基材，进行试卷，根据所需厚度进行卷绕操作，得到具有所需厚度的无极耳卷芯试样；S12.确定并标记正电极片极耳位置和负电极片极耳位置，所述卷芯的极耳中心距≥5±1.5mm；S13.将无极耳卷芯试样展开，得到m个极耳的主安装位和副安装位在极片的位置，m≥1；S14.取未涂覆活性物质的极片，根据S13步骤中得到主安装位和副安装位的位置，在主安装位和副安装位以外的区域涂覆正电极活性物质，得到同第一和第二活性层连接的电极片；S15.在S14步骤中得到的电极片上安装m个极耳，所述m个极耳通过超声焊焊接到电极片上，得到正电极片；S16.将正电极片同隔膜、负电极片装配，根据所需厚度进行卷绕操作，得到所需厚度的卷芯。通过试卷，确定了极耳的安装位置，确保卷芯后的正电极的极耳和负电极的极耳可以集中在卷芯的两端；再根据安装位置重新制作极片，使极片的正面和背面分别同第一或第二活性层连接，再安装极耳，得到负电极片。
优选地，根据S13步骤中得到主安装位和副安装位的位置，在主安装位和副安装位以外的区域涂覆负电极活性物质，得到正反面均涂覆了负电极活性物质的电极片；在S14步骤中得到的电极片上安装m个极耳，所述m个极耳通过超声焊焊接到电极片上，得到负电极片。按照同正电极片制作方法类似的工艺的制作的负电极片，同正电极片联用，可以更进一步的提高电池的充电效率。
一种电池，包括多个组合卷芯，所述组合卷芯由上述的卷芯并联而成。通过多卷芯并联的方式以有效的降低电池内阻。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：可以降低电池的内阻，也可降低电池充电过程中表面温度的升高幅度；通过设置多个极耳，并对极耳的位置进行了优化，可以降低电池的内阻，降低了电池内部的欧姆极化，也可降低电池充电过程中表面温度的升高幅度，进而提高了电池的充电速率。
附图说明
图1为一种电池的正电极片的结构示意图。
图2为一种电池的正电极片的另一种结构示意图。
图3为一种电池的卷芯的示意图。
图4为一种电池的卷芯的俯视图。
图5为一种电池的卷芯的正视图。
图6为一种电池的正电极片的多极耳的结构示意图。
图7为一种电池的正电极片的多极耳的结构示意图。
图8为一种电池15C 4.2V恒流恒压充电效率-电压曲线。
图9为一种电池15C 4.3V恒流充电效率-电压曲线。
图10为本申请中的一种电池同现有电池的充电时间的对比图。
图11为本申请中的一种电池同现有电池的充电效率的对比图。
具体实施方式
以下实施列是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
实施例1
一种电池的正电极片，如图1和图2所示，包括极耳1和极片2，所述极耳1的数量为1个，所述极耳1位于极片的中部，所述极片2的正面同第一活性层21连接，所述极片2的背面同第二活性层22连接，所述第一21和第二活性层22由正电极活性物质组成，所述正电极片的面密度为160~220g/m2。所述正电极片上有1个极耳1，所述极片2的中部设置有主安装位3和副安装位4，所述主安装位3和副安装位4相邻设置，所述极耳1安装在主安装位3和副安装位4其中一个安装位内，所述极片2在主安装位3和副安装位4对应的位置未涂覆正电极活性物质。所述极耳1的厚度为0.1mm。
在涂覆了正电极活性物质的电极片上设置一个或多个极耳，以降低电池内阻，也可以降低电池在15C充电时电池表面的温升，可以降低在15C充电过程中的欧姆极化。
通过设置多个极耳，并对极耳的位置进行了优化，可以降低电池的内阻，降低了电池内部的欧姆极化，也可降低电池充电过程中表面温度的升高幅度，进而提高了电池的充电速率。单个极耳时，通过优化极耳所在位置来实现降低电池内阻的功能。
实施例2
一种电池的正电极片，如图6和7所示，包括极耳1和极片2，所述极耳1的数量不少于1个，所述不少于1个极耳1中至少有1个位于极片2的中部，所述极片2的正面同第一活性层21连接，所述极片2的背面同第二活性层22连接，所述第一21和第二活性层22由正电极活性物质组成，所述正电极片的面密度为160~220g/m2。所述正电极片上包括多个极耳1，所述极耳1的数量为n个，所述n＞1；所述极片2上设置有n个主安装位3和n个副安装位4，其中n个极耳1中的第i极耳，1≤i≤n；所述第i极耳安装在第i主安装位和第i副安装位其中一个安装位内，所述极片在第i主安装位和第i副安装位对应的位置未涂覆正电极活性物质。所述正电极片上涂覆活性物质的区域小于负电极片上涂覆活性物质的区域。
多个极耳可以显著的降低电池的内阻，进一步提高充电效率。
实施例3
一种电池的卷芯，如图3~5所示，包括上述的正电极片5、隔膜6和负电极片7，所述卷芯8由正电极片5、隔膜6和负电极片7组成电极片卷绕而成。所述隔膜6的厚度为12~16μm，所述隔膜6的孔隙率为35~55%，所述隔膜6的透气度为150~300s。所述卷芯8的负电极片的长度大于正电极片的长度。还包括胶线，所述胶线包括第一闭合胶线91、第二闭合胶线92、第三闭合胶线93，所述第一闭合胶线91和第二闭合胶线92缠绕在卷芯8的侧面，所述第三闭合胶线93同第一91和第二闭合胶线92垂直相交；所述第三闭合胶线93设置在卷芯8的正极和负极之间，所述第三闭合胶线93同卷芯的顶面、底面和侧面贴合。
将所述的正电极片、隔膜和负电极片卷绕后形成的卷芯是可以形成内阻小的卷芯。用于降低锂离子在由正电极迁移到正电极的路径，降低在15C大倍率充电过程中的浓差极化和欧姆极化。卷芯的正电极片一般较长，以在末端包覆正电极片。胶线用于固定卷芯，以进一步减少内阻。
实施例4
一种电池的卷芯的制造方法，包括：S11.将未安装极耳的正电极片、负电极片和隔膜装配成卷芯基材，进行试卷，根据所需厚度进行卷绕操作，得到具有所需厚度的无极耳卷芯试样；S12.确定并标记正电极片极耳位置和负电极片极耳位置，所述卷芯的极耳中心距≥5±1.5mm；S13.将无极耳卷芯试样展开，得到m个极耳的主安装位和副安装位在极片的位置，m≥1；S14.取未涂覆活性物质的极片，根据S13步骤中得到主安装位和副安装位的位置，在主安装位和副安装位以外的区域涂覆正电极活性物质，得到同第一和第二活性层连接的电极片；S15.在S14步骤中得到的电极片上安装m个极耳，所述m个极耳通过超声焊焊接到电极片上，得到正电极片；S16.将正电极片同隔膜、负电极片装配，根据所需厚度进行卷绕操作，得到所需厚度的卷芯。
通过试卷，确定了极耳的安装位置，确保卷芯后的正电极的极耳和负电极的极耳可以集中在卷芯的两端；再根据安装位置重新制作极片，使极片的正面和背面分别同第一或第二活性层连接，再安装极耳，得到负电极片。
实施例5
一种电池，包括多个组合卷芯，所述组合卷芯由上述的卷芯并联而成。
通过多卷芯并联的方式以有效的降低电池内阻。
如图8和图9所示，采用本申请中所述的卷芯制成的电池，可以15C的充电倍率高效充电，同时，放电曲线也是正常的。
实施例6
一种电池的卷芯的制造方法，包括：S11.将未安装极耳的正电极片、负电极片和隔膜装配成卷芯基材，进行试卷，根据所需厚度进行卷绕操作，得到具有所需厚度的无极耳卷芯试样；S12.确定并标记正电极片极耳位置和负电极片极耳位置，所述卷芯的极耳中心距≥5±1.5mm；S13.将无极耳卷芯试样展开，得到m个极耳的主安装位和副安装位在极片的位置，m≥1；S14.取未涂覆活性物质的极片，根据S13步骤中得到主安装位和副安装位的位置，在主安装位和副安装位以外的区域涂覆正电极活性物质，得到同第一和第二活性层连接的电极片；S15.在S14步骤中得到的电极片上安装m个极耳，所述m个极耳通过超声焊焊接到电极片上，得到正电极片；S16.将正电极片同隔膜、负电极片装配，根据所需厚度进行卷绕操作，得到所需厚度的卷芯。根据S13步骤中得到主安装位和副安装位的位置，在主安装位和副安装位以外的区域涂覆负电极活性物质，得到正反面均涂覆了负电极活性物质的电极片；在S14步骤中得到的电极片上安装m个极耳，所述m个极耳通过超声焊焊接到电极片上，得到负电极片。
一种电池，包括多个组合卷芯，所述组合卷芯由上述的卷芯并联而成。
如图10和图11所示，本实施例的电池同现有电池相比，充电时间大幅减少，可以在4分钟左右完成充电容量的80%；充电效率也一直高于现有电池的充电效率。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种电池的正电极片，其特征在于，包括极耳和极片，所述极耳的数量不少于1个，所述不少于1个极耳中至少有1个位于极片的中部，所述极片的正面同第一活性层连接，所述极片的背面同第二活性层连接，所述第一和第二活性层由正电极活性物质组成，所述正电极片的面密度为160~220g/m2。
2.根据权利要求1所述的一种电池的正电极片，其特征在于，所述正电极片上有1个极耳，所述极片的中部设置有主安装位和副安装位，所述主安装位和副安装位相邻设置，所述极耳安装在主安装位和副安装位其中一个安装位内，所述极片在主安装位和副安装位对应的位置未涂覆正电极活性物质。
3.根据权利要求1所述的一种电池的正电极片，其特征在于，所述正电极片上包括多个极耳，所述极耳的数量为n个，所述n＞1；所述极片上设置有n个主安装位和n个副安装位，其中n个极耳中的第i极耳，1≤i≤n；所述第i极耳安装在第i主安装位和第i副安装位其中一个安装位内，所述极片在第i主安装位和第i副安装位对应的位置未涂覆正电极活性物质。
4.根据权利要求1所述的一种电池的正电极片，其特征在于，所述极耳的厚度为0.1mm。
5.一种电池的卷芯，其特征在于，包括权利要求1~4任一项所述的正电极片、隔膜和负电极片，所述卷芯由正电极片、隔膜和负电极片组成电极片卷绕而成，所述卷芯的负电极片的长度大于正电极片的长度。
6.根据权利要求5所述的一种电池的卷芯，其特征在于，所述隔膜的厚度为12~16μm，所述隔膜的孔隙率为35~55%，所述隔膜的透气度为150~300s。
7.根据权利要求5所述的一种电池的卷芯，其特征在于，还包括胶线，所述胶线包括第一闭合胶线、第二闭合胶线、第三闭合胶线，所述第一闭合胶线和第二闭合胶线缠绕在卷芯的侧面，所述第三闭合胶线同第一和第二闭合胶线垂直相交；所述第三闭合胶线设置在卷芯的正极和负极之间，所述第三闭合胶线同卷芯的顶面、底面和侧面贴合。
8.一种电池的卷芯的制造方法，其特征在于，包括：S11.将未安装极耳的正电极片、负电极片和隔膜装配成卷芯基材，进行试卷，根据所需厚度进行卷绕操作，得到具有所需厚度的无极耳卷芯试样；S12.确定并标记正电极片极耳位置和负电极片极耳位置，所述卷芯的极耳中心距≥5±1.5mm；S13.将无极耳卷芯试样展开，得到m个极耳的主安装位和副安装位在极片的位置，m≥1；S14.取未涂覆活性物质的极片，根据S13步骤中得到主安装位和副安装位的位置，在主安装位和副安装位以外的区域涂覆正电极活性物质，得到同第一和第二活性层连接的电极片；S15.在S14步骤中得到的电极片上安装m个极耳，所述m个极耳通过超声焊焊接到电极片上，得到正电极片；S16.将正电极片同隔膜、负电极片装配，根据所需厚度进行卷绕操作，得到所需厚度的卷芯。
9.根据权利要求8所述的一种电池的卷芯的制造方法，其特征在于，根据S13步骤中得到主安装位和副安装位的位置，在主安装位和副安装位以外的区域涂覆负电极活性物质，得到正反面均涂覆了负电极活性物质的电极片；在S14步骤中得到的电极片上安装m个极耳，所述m个极耳通过超声焊焊接到电极片上，得到负电极片。
10.一种电池，其特征在于，包括多个组合卷芯，所述组合卷芯由权利要求5~9中任一项所述的卷芯并联而成。
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