CN112687963A

CN112687963A - 一种叠片式锂离子电池极芯及包括该极芯的电池

Info

Publication number: CN112687963A
Application number: CN202110269962.7A
Authority: CN
Inventors: 毛焕宇; 刘贯东; 尚随军; 吴刚; 徐晓磊
Original assignee: Suzhou Youlion Battery Inc
Current assignee: Suzhou Youlion Battery Inc
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2041-03-12
Also published as: CN112687963B

Abstract

本发明公开了一种叠片式锂离子电池极芯及包括该极芯的电池，属于锂离子电池技术领域，包括活性单元和平衡板，所述活性单元为多个布置，多个所述活性单元之间堆叠排布形成电池极芯，所述活性单元为叠片式结构并由方形基体和隔膜堆叠形成，所述方形基体包括正极极片和负极极片，所述方形基体向外延展有至少两个正极极耳，且所述正极极耳分布在所述方形基体的不同侧边上，所述方形基体向外延展有至少两个负极极耳，且所述负极极耳分布在所述方形基体的不同侧边上。本发明使用电极平衡板实现了电池壳体内正负极耳的分别汇流，进一步降低内阻并仅引出唯一的正极极柱和唯一的负极极柱，简化了电池后期的PACK工序，降低了正负极错接或短路的风险。

Description

一种叠片式锂离子电池极芯及包括该极芯的电池

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种叠片式锂离子电池极芯及包括该极芯的电池。

背景技术

随着锂离子电池在新能源汽车、储能电站等方面的大规模应用，动力电池系统的需求量正在大规模增长。增加单颗电池的尺寸和容量，可以降低电池系统所需的电池数量，因而简化电池系统的组装工序。单颗电池大尺寸化已成为了行业的发展趋势，如圆柱电池从18650到21700，再到特斯拉提出的4680尺寸，如长条形方形和大软包电池等。

大尺寸电池中电流的路径变长，电池内阻升高，引起了倍率问题和发热问题。增加电池极片在长度方向上的极耳数是一种有效降低电池内阻的方法，相关多极耳甚至全极耳技术已经在生产中实践。多极耳叠片电池可以参照卷绕结构，等价为在长度方向增加了多个极耳。但是，当电池尺寸不止在长度方向上增加，还在宽度方向增加时，就需要新的电池结构设计。

中国专利（CN201122626Y）公开了一种叠片式电池的极片及包括该极片的极芯和电池，该电池的极片包括表面涂敷有活性材料的方形基体和由基体延伸出来的未涂敷有活性材料的至少两个极耳，其中，所述至少两个极耳分别设置在表面涂敷有活性材料的方形基体的不相邻的两个边上且位于不相邻的两个边的同一端或不相邻的两个边的不同端。该发明电池的极芯包括以片状形式依次层叠排布的多个正极片、隔膜和负极片，其中，所述正极片和负极片为该发明提供的极片的结构形式。该发明的电池包括共同密封于电池壳体内的极芯和电解液，其中，所述极芯为该发明提供的电池的极芯。

中国专利（CN102332553B）公开了一种叠片锂离子电池用极片以及叠片锂离子电池。极片由集流体箔片以及涂覆在所述集流体箔材表面的电极材料层组成，在所述集流体箔材的两相对的宽度端部边上分别延伸突出有至少一极耳焊接位，所述极耳焊接位的延伸方向与所述宽度端部边正交在各所述极耳焊接位的表面，所述集流体箔片裸露在外。

中国专利（CN204391183U）公开了一种高倍率软包叠片式锂离子电池结构，提供一种高倍率软包叠片式锂离子电池结构，降低电池内阻、提高电池耐大电流放电能力。该发明采用如下技术方案：所述的锂离子电池具有四个极耳，四个极耳分别位于锂离子电池四条边的中间位置，四个极耳分别为两个正极极耳和两个负极极耳，同极端极耳位于锂离子电池的不同的对边或者邻边。

现有专利中都是实现了在电池极片的长度和宽度两个方向分别采用多极耳结构，皆采用每个极耳外接到一个电池极柱的方式，最终电池产品有至少两个正极极柱和至少两个负极极柱。多正负极极柱结构的电池需要外部电路将正极极柱和负极极柱分别汇流，增加了电池系统设计的复杂性；而且实际操作中，单颗电池壳体上正负极极柱增多也更容易发生错接或误触短路的事故，不利于后期的电池PACK。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述现有技术中存在的的问题，而提出的一种降低电池内阻、简化电池后期PACK工艺、降低正负极接错风险的叠片式锂离子电池极芯及包括该极芯的电池。

为了实现上述目的，一方面，本发明采用了如下技术方案：一种叠片式锂离子电池极芯，其包括活性单元和平衡板，所述活性单元为多个布置，多个所述活性单元之间堆叠排布形成电池极芯，所述平衡板连接所述活性单元，所述活性单元为叠片式结构并由方形基体和隔膜堆叠形成，所述方形基体包括正极极片和负极极片，所述方形基体向外延展有至少两个正极极耳，且所述正极极耳分布在所述方形基体的不同侧边上，所述方形基体向外延展有至少两个负极极耳，且所述负极极耳分布在所述方形基体的不同侧边上，所述平衡板包括正极平衡板和负极平衡板，所述正极平衡板连接所有的所述正极极耳，所述负极平衡板连接所有的所述负极极耳。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述平衡板位于电池极芯的两侧，或所述平衡板位于两相邻所述活性单元之间。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述平衡板与所述活性单元之间设置有绝缘片。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述平衡板不突出于所述活性单元的外轮廓。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述方形基体上的其中一所述正极极耳长于其他所述正极极耳，所述方形基体上的其中一所述负极极耳长于其他所述负极极耳。

为了实现上述目的，另一方面，本发明采用了如下技术方案：一种锂离子电池，其包括上述的一种叠片式锂离子电池极芯，其还包括电池壳体，所述电池壳体上设置有正极极柱和负极极柱，所述正极极柱连接所述电池极芯上较长的所述正极极耳，所述负极极柱连接所述电池极芯上较长的所述负极极耳。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述正极极柱和所述负极极柱可分布于所述电池壳体同侧/相对两侧。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，使用电极平衡板实现了电池壳体内正负极耳的分别汇流，进一步降低内阻并仅引出唯一的正极极柱和唯一的负极极柱，简化了电池后期的PACK工序，降低了正负极错接或短路的风险。

附图说明

图1为一种锂离子电池对比例电池的俯视图。

图2为一种叠片式锂离子电池极芯对比例电池极芯的分解图。

图3为一种叠片式锂离子电池极芯对比例电池极芯的堆积图。

图4为一种锂离子电池实施例一的俯视图。

图5为一种叠片式锂离子电池极芯实施例一的分解图。

图6为一种叠片式锂离子电池极芯实施例一的堆积图。

图7为一种锂离子电池实施例二的俯视图。

图8为一种叠片式锂离子电池极芯实施例二的分解图。

图9为一种叠片式锂离子电池极芯实施例二的堆积图。

图10为一种锂离子电池实施例三的俯视图。

图11为一种叠片式锂离子电池极芯实施例三的分解图。

图12为一种叠片式锂离子电池极芯实施例三的堆积图。

图13为一种锂离子电池实施例四的俯视图。

图14为一种叠片式锂离子电池极芯实施例四的分解图。

图15为一种叠片式锂离子电池极芯实施例四的堆积图。

图例说明：

1、活性单元；11、方形基体；111、正极极片；112、负极极片；2、平衡板；21、正极平衡板；22、负极平衡板。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

对比例：电池极芯由正极极片111、负极极片112和隔膜组成，结构如图1-图3 所示，为了简化说明，图中隔膜、电池壳体和绝缘片被省略。正极极片111长560mm，宽70mm，包括双面涂敷有磷酸铁锂活性材料的方形基体11和由方形基体11延伸出来的两个极耳，方形基体11长500mm，宽70mm，极耳长30mm，宽25mm。方形基体11为15微米厚的铝箔，磷酸铁锂的涂敷面密度为40mg/cm²；负极极片112长570mm，宽72mm，包括双面涂敷有石墨活性材料的方形基体11和由方形基体11延伸出来的两个极耳，方形基体11长510mm，宽72mm，极耳长30mm，宽25mm。方形基体11为8微米厚的铜箔，石墨的涂敷面密度为18.8mg/cm² 。图2中，每片正极极片111或负极极片112的两个极耳分别处于在方形基体11长度方向上相对的两边上，且两极耳沿对角线相对。按照图3的堆积图所示，将14片正极极片111、15片负极极片112和隔膜相堆叠，制作成电池极芯，电池极芯的最外侧两片极片都是负极极片112。电池极芯有四个极耳接出口，包括两个正极极耳和两个负极极耳。将四个极耳分别连接到电池壳体的四个极柱上，做成的电池有四个电极极柱，包括两个正极极柱和两个负极极柱，如图1所示。注液后，测试电池的交流内阻。

实施例一：电池极芯由活性单元1、正极平衡板21和负极平衡板22组成，结构如图4-图6所示，为了简化说明，图中的隔膜、电池壳体和绝缘片被省略。正极极片111长560mm，宽70mm，包括双面涂敷有磷酸铁锂活性材料的方形基体11和由方形基体11延伸出来的两个极耳，方形基体11长500mm，宽70mm，极耳1长30mm，宽25mm，极耳2长15mm，宽25mm。方形基体11为15微米厚的铝箔，磷酸铁锂的涂敷面密度为40mg/cm²；负极极片112长570mm，宽72mm，包括双面涂敷有石墨活性材料的方形基体11和由方形基体11延伸出来的两个极耳，方形基体11长510mm，宽72mm，极耳1长30mm，宽25mm，极耳2长15mm，宽25mm。方形基体11为8微米厚的铜箔，石墨的涂敷面密度为18.8mg/cm²。每片正极极片111或负极极片112的两个极耳分别处于在方形基体11长度方向上相对的两边上，且两极耳沿对角线相对。按照图6的堆积图，将14片正极极片111、15片负极极片112和隔膜相堆叠，再在两侧分别加一片正极平衡板21和一片负极平衡板22，制作成电池极芯。正极平衡板21为1mm厚的铝金属板或不锈钢板，形状与正极极片111重合；负极平衡板22为0.2mm厚的铜金属板或不锈钢板，形状与负极极片112重合。电池极芯有四个极耳接出口，包括两个正极极耳和两个负极极耳。将四个极耳中较短的正、负极耳分别与正极平衡板21和负极平衡板22焊接，再将较长的正、负极耳分别与正极平衡板21和负极平衡板22焊接并连接到壳体的正、负极极柱上，做成的电池只有两个电极极柱，即一个正极极柱和一个负极极柱，如图4所示。

实施例二：电池极芯由活性单元1、正极平衡板21和负极平衡板22组成，结构如图7-图9所示，为了简化说明，图中的隔膜、电池壳体和绝缘片被省略。正极极片111长560mm，宽70mm，包括双面涂敷有磷酸铁锂活性材料的方形基体11和由方形基体11延伸出来的两个极耳，方形基体11长500mm，宽70mm，极耳1长30mm，宽25mm，极耳2长15mm，宽25mm。方形基体11为15微米厚的铝箔，磷酸铁锂的涂敷面密度为40mg/cm²；负极极片112长570mm，宽72mm，包括双面涂敷有石墨活性材料的方形基体11和由方形基体11延伸出来的两个极耳，方形基体11长510mm，宽72mm，极耳1长30mm，宽25mm，极耳2长15mm，宽25mm。方形基体11为8微米厚的铜箔，石墨的涂敷面密度为18.8mg/cm²。每片正极极片111或负极极片112的两个极耳分别处于在方形基体11长度方向上相对的两边上，且两极耳沿对角线相对。按照图9的堆积图，将14片正极极片111、15片负极极片112和隔膜相堆叠，再在两侧分别加一片正极平衡板21和一片负极平衡板22，制作成电池极芯。正极平衡板21为1mm厚的铝金属板或不锈钢板，为斜条状，两端与正极极片111的极耳位置重合；负极平衡板22为0.2mm厚的铜金属板或不锈钢板，为斜条状，两端与负极极片112的极耳位置重合。电池极芯有四个极耳接出口，包括两个正极极耳和两个负极极耳。将四个极耳中较短的正、负极耳分别与正极平衡板21和负极平衡板22焊接，再将较长的正、负极耳分别与正极平衡板21和负极平衡板22焊接并连接到壳体的正、负极极柱上，做成的电池只有两个电极极柱，即一个正极极柱和一个负极极柱，如图7所示。

实施例三：电池极芯由活性单元1、正极平衡板21和负极平衡板22组成，结构如图10-图12所示，为了简化说明，图中的隔膜、电池壳体和绝缘片被省略。正极极片111长560mm，宽70mm，包括双面涂敷有磷酸铁锂活性材料的方形基体11和由方形基体11延伸出来的两个极耳，方形基体11长500mm，宽70mm，极耳1长30mm，宽25mm，极耳2长15mm，宽25mm。方形基体11为15微米厚的铝箔，磷酸铁锂的涂敷面密度为40mg/cm²；负极极片112长570mm，宽72mm，包括双面涂敷有石墨活性材料的方形基体11和由方形基体11延伸出来的两个极耳，方形基体11长510mm，宽72mm，极耳1长30mm，宽25mm，极耳2长15mm，宽25mm。方形基体11为8微米厚的铜箔，石墨的涂敷面密度为18.8mg/cm²。每片正极极片111或负极极片112的两个极耳分别处于在方形基体11相邻的两边的中线上。按照图12的堆积图，将14片正极极片111、15片负极极片112和隔膜相堆叠，再在两侧分别加一片正极平衡板21和一片负极平衡板22，制作成电池极芯。正极平衡板21为1mm厚的铝金属板或不锈钢板，形状与正极极片111重合；负极平衡板22为0.2mm厚的铜金属板或不锈钢板，形状与负极极片112重合。电池极芯有四个极耳接出口，包括两个正极极耳和两个负极极耳。将四个极耳中较短的正、负极耳分别与正极平衡板21和负极平衡板22焊接，再将较长的正、负极耳分别与正极平衡板21和负极平衡板22焊接并连接到壳体的正、负极极柱上，做成的电池只有两个电极极柱，即一个正极极柱和一个负极极柱，如图10所示。

实施例四：电池极芯由活性单元1、正极平衡板21和负极平衡板22组成，结构如图13-图15所示，为了简化说明，图中的隔膜、电池壳体和绝缘片被省略。正极极片111长560mm，宽70mm，包括双面涂敷有磷酸铁锂活性材料的方形基体11和由方形基体11延伸出来的四个极耳，方形基体11长500mm，宽70mm，四个极耳中一个较长，另三个较短，极耳1长30mm，宽25mm，极耳2/3/4长15mm，宽25mm。方形基体11为15微米厚的铝箔，磷酸铁锂的涂敷面密度为40mg/cm²；负极极片112长570mm，宽72mm，包括双面涂敷有石墨活性材料的方形基体11和由方形基体11延伸出来的四个极耳，方形基体11长510mm，宽72mm，四个极耳中一个较长，另三个较短，极耳1长30mm，宽25mm，极耳2/3/4长15mm，宽25mm。方形基体11为8微米厚的铜箔，石墨的涂敷面密度为18.8mg/cm²。每片正极极片111或负极极片112的四个极耳分别处于在方形基体11四个侧边上。按照图15的堆积图，将14片正极极片111、15片负极极片112和隔膜相堆叠，再在两侧分别加一片正极平衡板21和一片负极平衡板22，制作成电池极芯。正极平衡板21为1mm厚的铝金属板或不锈钢板，形状与正极极片111重合；负极平衡板22为0.2mm厚的铜金属板或不锈钢板，形状与负极极片112重合。电池极芯有八个极耳接出口，包括四个正极极耳和四个负极极耳。将八个极耳中较短的正、负极耳分别与正极平衡板21和负极平衡板22焊接，再将较长的正、负极耳分别与正极平衡板21和负极平衡板22焊接并连接到壳体的正、负极极柱上，做成的电池只有两个电极极柱，即一个正极极柱和一个负极极柱，如图15所示。

对比例和实施例中电池极芯的电阻值如下表所示，可以看到使用由正极平衡板21和负极平衡板22组成的平衡板2后，极芯的内阻可以降低20-30%。需要强调的是，对比例和实施例中有关尺寸和材料类型的说明只是为了更好的说明本发明的设计和效果，不能理解为对本发明的限制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种叠片式锂离子电池极芯，其特征在于：包括活性单元（1）和平衡板（2），所述活性单元（1）为多个布置，多个所述活性单元（1）之间堆叠排布形成电池极芯，所述平衡板（2）连接所述活性单元（1），所述活性单元（1）为叠片式结构并由方形基体（11）和隔膜堆叠形成，所述方形基体（11）包括正极极片（111）和负极极片（112），所述方形基体（11）向外延展有至少两个正极极耳，且所述正极极耳分布在所述方形基体（11）的不同侧边上，所述方形基体（11）向外延展有至少两个负极极耳，且所述负极极耳分布在所述方形基体（11）的不同侧边上，所述平衡板（2）包括正极平衡板（21）和负极平衡板（22），所述正极平衡板（21）连接所有的所述正极极耳，所述负极平衡板（22）连接所有的所述负极极耳。

2.根据权利要求1所述的一种叠片式锂离子电池极芯，其特征在于，所述平衡板（2）位于电池极芯的两侧，或所述平衡板（2）位于两相邻所述活性单元（1）之间。

3.根据权利要求1所述的一种叠片式锂离子电池极芯，其特征在于，所述平衡板（2）与所述活性单元（1）之间设置有绝缘片。

4.根据权利要求1所述的一种叠片式锂离子电池极芯，其特征在于，所述平衡板（2）不突出于所述活性单元（1）的外轮廓。

5.根据权利要求1所述的一种叠片式锂离子电池极芯，其特征在于，所述方形基体（11）上的其中一所述正极极耳长于其他所述正极极耳，所述方形基体（11）上的其中一所述负极极耳长于其他所述负极极耳。

6.一种锂离子电池，其包括权利要求1-5任一所述的一种叠片式锂离子电池极芯，其特征在于，还包括电池壳体，所述电池壳体上设置有正极极柱和负极极柱，所述正极极柱连接所述电池极芯上较长的所述正极极耳，所述负极极柱连接所述电池极芯上较长的所述负极极耳。

7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池，其特征在于，所述正极极柱和所述负极极柱可分布于所述电池壳体同侧/相对两侧。