CN110400972A - 一种新型锂电池结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型锂电池结构，包括电池主体，电池主体包括从里至外依次卷绕设置的正极片、负极片，负极片上设有集流体，集流体上焊接有负极耳，正极片上设有正极耳，负极片的上表面和下表面涂覆有5‑10微米的陶瓷涂层；电池主体上表面安装有正极帽，正极帽的侧表面均匀设置有通孔；电池主体的外表面设置有外壳，外壳为圆柱状，外壳内注有电解液，电池主体浸渍在电解液液面下，外壳上表面设有正极帽，正极耳与正极帽连接，负极耳与外壳的底部连接，外壳的下表面设有绝缘垫片，外壳外还设有包覆层，该包覆层能够将外壳和绝缘垫片固定，本发明能够省去隔膜的设置，降低成本，能量密度提升，安全系数提高。

Description

一种新型锂电池结构
技术领域
本发明属于电池领域，特别涉及一种新型锂电池结构。
背景技术
锂电池，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存和使用时对环境要求非常高，但是随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流；现有的锂电池在使用时存在一定的弊端，首先，不能够避免在使用过程中造成的短路，并且难以减少电极端材料的腐蚀作用，从而不能提高使用寿命，同时不能够更换电解液，难以增加电池的使用率，最后不能够提高电池的安全性能，操作比较麻烦，给人们的使用过程带来了一定的影响，而且但是该锂电池在使用的过程中产生锂枝晶会刺穿隔膜，从而造成短路，引起电池起火、爆炸、报废等不安全现象。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种新型锂电池结构，包括电池主体，所述电池主体包括从里至外依次卷绕设置的正极片、负极片，所述负极片上设有集流体，集流体上焊接有负极耳，所述正极片上设有正极耳，所述负极片的上表面和下表面涂覆有5-10微米的陶瓷涂层；
所述电池主体上表面安装有正极帽，所述正极帽的侧表面均匀设置有通孔；
所述电池主体的外表面设置有外壳，所述外壳为圆柱状，所述外壳内注有电解液，所述电池主体浸渍在所述电解液液面下，所述外壳上表面设有正极帽，所述正极耳与所述正极帽连接，所述负极耳与所述外壳的底部连接，所述外壳的下表面设有绝缘垫片，所述外壳外还设有包覆层，该包覆层能够将所述外壳和所述绝缘垫片固定。
优选地，所述陶瓷涂层表面涂覆有至少一条沿所述的负极片的长度方向连续延伸的带状阻隔涂层。
优选地，所述的带状阻隔涂层经过所述的负极耳。
优选地，所述外壳的外壁设有多个矩阵排列的凸块。
优选地，所述带状阻隔涂层的厚度为3-9μm。
优选地，所述陶瓷涂层的制备方法如下：
S1：将陶瓷混合粉体、分散剂和水加入球磨机中，球磨0.5h～3h，然后加入粘结剂，继续球磨20min～60min，制得浆料；
S2：将分散后得到的浆料涂覆在锂电池负极片的两面，涂覆层的厚度为5-10μm；
S3：干燥：将步骤S3涂覆后的负极片放入真空干燥箱内进行干燥。
优选地，所述陶瓷混合粉体为勃姆石、二氧化硅按质量比为1:1-3的混合粉体。
优选地，按重量份数算，陶瓷混合粉体100份，分散剂0.5-3份，粘结剂为3～10份，水为100～2500份。
优选地，所述分散剂选自丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、聚丙烯酸铵、聚甲基丙烯酸铵和聚丙烯酸钠中的至少一种。
优选地，步骤S3中干燥温度温度分为12区，依次为50-60℃，61-70℃，71-80℃，81-90℃，91-95℃，96-100℃，96-100℃，96-100℃，81-90℃，71-80℃，61-70℃，50-60℃。
锂电池工作原理为：锂负极片和电解质反应失去电子，形成锂离子融入到电解质中；反应公式：
Li→Li++e
锂负极溶解下的锂离子通过电解质迁移进入正极片中；以锂锰为例反应公式：
MnO2+Li++e→MnO2(Li+)；
所以在整个化学反应过程中，负极处于一个逐渐消耗的过程。通过涂覆阻隔涂层来提高金属锂电极利用率的方法，包括如下具体步骤：在锂负极片表面、或对应的隔膜或正极片表面涂覆一带状阻隔涂层，对锂负极片表面对应部位进行屏蔽或遮蔽，对应部位的锂金属在放电过程中由于受到屏蔽或遮蔽其放电反应受到抑制，这些部位将最后被消耗，因此在电池放电后期会在负极片上形成受保护的导电通道、防止负极片在放电后期形成各种孤岛，起到提高锂负极片的利用率的效果。
本发明的有益效果：(1)负极片表面涂覆带状阻隔涂层，带状阻隔涂层对锂负极片本体表面相应部位进行遮蔽，以延缓锂负极片上该相应部位的放电反应速度，在锂负极片上形成一个始终与负极极耳连接的受保护的导电通道，避免形成电极“孤岛”；(2)本发明的锂电池采用陶瓷涂层涂覆在负极片两面，将陶瓷涂层厚度提升至5-10微米，可以省去隔膜，成本降低，能量密度提高，安全系数也高。(3)本发明通过在负极片的上下两表面上涂覆5-10微米的陶瓷涂层，且该涂层通过采用勃姆石成分以及分批次加料涂覆制得，与传统未涂覆陶瓷涂层的负极片应用的电池相比，能够吸收电池充放电过程中产生的部分热量，同时陶瓷涂层的设置还限制了极片的温度上升，并能够防止热量的扩散，从而有效控制极片上由于反应所引起的热失控。(4)勃姆石价格便宜，涂极片比涂隔膜更能省利用空间，同体积的电池能量密度大。(5)本发明在外壳设置若干凸块，在电池外壳表面形成横、竖、斜等各个方向的风道，能提高整个电池的散热效果。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明电池主体的结构示意图一；
图3是本发明电池主体的结构示意图二；
图4是本发明电池主体的结构示意图三；
图5是本发明电池主体的结构示意图四；
图6是本发明负极片的侧视图；
图7是本发明实施例4和对比例1、4的性能对比图；
图中，1-外壳，2-正极帽，3-通孔，4-电池主体，400-正极片，401-负极片，4011-阻隔带状涂层，4012-集流体，402-凸块，405-正极耳，406-负极耳，407-陶瓷涂层，5-绝缘垫片，6-包覆层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合实施例对本发明做进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，绝不限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1-6所示，一种新型锂电池结构，包括电池主体4，所述电池主体4包括从里至外依次卷绕设置的正极片400、负极片401，所述负极片400上设有集流体4012，集流体4012上焊接有负极耳406，所述正极片401上设有正极耳405，所述负极片400的上表面和下表面涂覆有5-10微米的陶瓷涂层407；
所述电池主体4上表面安装有正极帽2，所述正极帽2的侧表面均匀设置有通孔3；
所述电池主体4的外表面设置有外壳1，所述外壳1为圆柱状，所述外壳1内注有电解液，所述电池主体4浸渍在所述电解液液面下，所述外壳1上表面设有正极帽2，所述正极耳405与所述正极帽2连接，所述负极耳406与所述外壳1的底部连接，所述外壳1的下表面设有绝缘垫片5，所述外壳1外还设有包覆层6，该包覆层6能够将所述外壳1和所述绝缘垫片5固定。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上作出的进一步优化，如图5所示，具体是所述陶瓷涂层407表面涂覆有至少一条沿所述的负极片401的长度方向连续延伸的带状阻隔涂层4011。
所述的带状阻隔涂层4011经过所述负极耳406。
所述外壳的外壁设有多个矩阵排列的凸块402。
所述带状阻隔涂层4011的厚度为3-9μm，优选5μm，带状阻隔涂层4011呈单条直线或两段直线或波浪线形状，必要时可以根据电极反应的情况设置多条阻隔涂层，并可以有分叉。阻隔涂层4011在正极片403表面的涂覆可采用移印、丝网印刷、喷涂等工艺。
实施例3
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步优化，所述陶瓷涂层407的制备方法如下：
S1：将陶瓷混合粉体、分散剂和水加入球磨机中，球磨0.5h，然后加入粘结剂，继续球磨20min，制得浆料；
S2：将分散后得到的浆料涂覆在锂电池负极片401的两面，涂覆层的厚度为5μm；
S3：干燥：将步骤S3涂覆后的负极片401放入真空干燥箱内进行干燥。
所述陶瓷混合粉体为勃姆石、二氧化硅按质量比为1:1的混合粉体。
按重量份数算，陶瓷混合粉体100份，分散剂0.5份，粘结剂为3份，水为500份。
所述分散剂选自聚丙烯酸铵。
所述粘结剂采用羧甲基纤维素钠。
步骤S3中干燥温度温度分为12区，依次为50-60℃，61-70℃，71-80℃，81-90℃，91-95℃，96-100℃，96-100℃，96-100℃，81-90℃，71-80℃，61-70℃，50-60℃，每区烘烤5min。
实施例4
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步优化，具体是所述陶瓷涂层407的制备方法如下：
S1：将陶瓷混合粉体、分散剂和水加入球磨机中，球磨2h，然后加入粘结剂，继续球磨30min，制得浆料；
S2：将分散后得到的浆料涂覆在锂电池负极片401的两面，涂覆层的厚度为5μm；
S3：干燥：将步骤S3涂覆后的负极片401放入真空干燥箱内进行干燥。
所述陶瓷混合粉体为勃姆石、二氧化硅按质量比为1:2的混合粉体。
按重量份数算，陶瓷混合粉体100份，分散剂2份，粘结剂为5份，水为1000份。
所述分散剂选自聚聚甲基丙烯酸铵。
所述粘结剂采用羧甲基纤维素钠。
步骤S3中干燥温度温度分为12区，依次为50-60℃，61-70℃，71-80℃，81-90℃，91-95℃，96-100℃，96-100℃，96-100℃，81-90℃，71-80℃，61-70℃，50-60℃，每区烘烤7min。
实施例5
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步优化，具体是所述陶瓷涂层407的制备方法如下：
S1：将陶瓷混合粉体、分散剂和水加入球磨机中，球磨3h，然后加入粘结剂，继续球磨60min，制得浆料；
S2：将分散后得到的浆料涂覆在锂电池负极片401的两面，涂覆层的厚度为5μm；
S3：干燥：将步骤S3涂覆后的负极片401放入真空干燥箱内进行干燥。
所述陶瓷混合粉体为勃姆石、二氧化硅按质量比为1:3的混合粉体。
按重量份数算，陶瓷混合粉体100份，分散剂3份，粘结剂为10份，水为1500份。
所述分散剂选自聚聚甲基丙烯酸铵。
所述粘结剂采用羧甲基纤维素钠。
步骤S3中干燥温度温度分为12区，依次为50-60℃，61-70℃，71-80℃，81-90℃，91-95℃，96-100℃，96-100℃，96-100℃，81-90℃，71-80℃，61-70℃，50-60℃，每区烘烤10min。
实施例6
本实施例是在实施例4的基础上作出的进一步优化，具体是S2：将分散后得到的浆料涂覆在负极片401的两面，涂覆层的厚度为7μm。
实施例6
本实施例是在实施例4的基础上作出的进一步优化，具体是S2：将分散后得到的浆料涂覆在负极片401的两面，涂覆层的厚度为10μm。
采用含有隔膜且负极未涂覆陶瓷涂层的18650锂电池作为对比例1；含有隔膜且负极涂覆陶瓷涂层的18650锂电池作为对比例2；
性能检测：对本发明实施例4和现有的含有隔膜且负极未涂覆陶瓷涂层的18650锂电池(对比例1)、含有隔膜且负极涂覆陶瓷涂层(对比例2)18650锂电池进行电池循环性能测试，电池的放电倍率为0.2C，所得结果参见图7，从图7中可以看出，相较于对比例1和对比例2，实施例4的18650锂电池的循环性能明显优于对比例1，同时能够达到并优于对比例1的循环性能，说明本发明在负极涂覆5-10微米的陶瓷涂层，能够省去设置隔膜的部分工艺，性能还能够达到并优于含有隔膜且负极涂覆陶瓷涂层(对比例2)的电池性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新型锂电池结构，其特征在于：包括电池主体(4)，所述电池主体(4)包括从里至外依次卷绕设置的正极片(400)、负极片(401)，所述负极片(400)上设有集流体(4012)，集流体(4012)上焊接有负极耳(406)，所述正极片(401)上设有正极耳(405)，所述负极片(400)的上表面和下表面涂覆有5-10微米的陶瓷涂层(407)；
所述电池主体(4)上表面安装有正极帽(2)，所述正极帽(2)的侧表面均匀设置有通孔(3)；
所述电池主体(4)的外表面设置有外壳(1)，所述外壳(1)为圆柱状，所述外壳(1)内注有电解液，所述电池主体(4)浸渍在所述电解液液面下，所述外壳(1)上表面设有正极帽(2)，所述正极耳(405)与所述正极帽(2)连接，所述负极耳(406)与所述外壳(1)的底部连接，所述外壳(1)的下表面设有绝缘垫片(5)，所述外壳(1)外还设有包覆层(6)，该包覆层(6)能够将所述外壳(1)和所述绝缘垫片(5)固定。
2.根据权利要求1所述的一种新型锂电池结构，其特征在于：所述陶瓷涂层(407)表面涂覆有至少一条沿所述的负极片的长度方向连续延伸的带状阻隔涂层(4011)。
3.根据权利要求1所述的一种新型锂电池结构，其特征在于：所述外壳(1)的外壁设有多个矩阵排列的凸块(402)。
4.根据权利要求2所述的一种新型锂电池结构，其特征在于：所述的带状阻隔涂层(4011)经过所述负极耳(406)。
5.根据权利要求4所述的一种新型锂电池结构，其特征在于：所述带状阻隔涂层(4011)的厚度为3-9μm。
6.根据权利要求5所述的一种新型锂电池结构，其特征在于：所述陶瓷涂层(407)的制备方法如下：
S1：将陶瓷混合粉体、分散剂和水加入球磨机中，球磨0.5h～3h，然后加入粘结剂，继续球磨20min～60min，制得浆料；
S2：将分散后得到的浆料涂覆在锂电池负极片(401)的两面，涂覆层的厚度为5-10μm；
S3：干燥：将步骤S3涂覆后的负极片(401)放入真空干燥箱内进行干燥。
7.根据权利要求5所述的一种新型锂电池结构，其特征在于：所述陶瓷混合粉体为勃姆石、二氧化硅按质量比为1:1-3的混合粉体。
8.根据权利要求5所述的一种新型锂电池结构，其特征在于：按重量份数算，陶瓷混合粉体100份，分散剂0.5-3份，粘结剂为3～10份，水为100～2500份。
9.根据权利要求5所述的一种新型锂电池结构，其特征在于：所述分散剂选自丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、聚丙烯酸铵、聚甲基丙烯酸铵和聚丙烯酸钠中的至少一种。
10.根据权利要求5所述的一种新型锂电池结构，其特征在于：步骤S3中干燥温度分为12区，依次为50-60℃，61-70℃，71-80℃，81-90℃，91-95℃，96-100℃，96-100℃，96-100℃，81-90℃，71-80℃，61-70℃，50-60℃。
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Pledgor: JIANGXI LINENG NEW ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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