CN113381058B - 一种锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池，包括正极片、负极片、设置于正极片和负极片之间的隔膜，以及电解液，所述正极片包括正极集流体、附着在所述正极集流体表面的正极膜片和正极极耳，所述负极片包括负极集流体、附着在所述负极集流体表面的负极膜片和负极极耳，所述负极膜片上设置有第一凹槽，所述负极极耳设置在所述第一凹槽，所述第一凹槽相对的所述正极片上设有第一绝缘胶纸，所述第一绝缘胶纸边缘的所述正极膜片有第一胶纸凹槽；本发明通过在正极片上设置隔离绝缘胶纸的凹槽，避免绝缘胶纸周围的正极活性物质层脱嵌的过多锂离子迁移至对应的负极区域，进而提升锂离子电池的电性能和安全性能。

Description

一种锂离子电池
〖技术领域〗
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池。
〖背景技术〗
锂离子电池是一种新型二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，在便携式电器、电动工具、大型储能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。
传统卷绕结构锂离子电池的正极极耳和负极极耳焊接在对应极片集流体的头部或尾部空白区域，然后以极耳进行定位卷绕，卷出卷芯装配到冲型好特定尺寸的铝塑膜中进行封装，烘烤出多余水分后，注入特定电解液，静置一定时间后对电芯进行活化、抽气、分容等。
现有卷绕结构锂离子电池通过在已经涂覆了活性物质的集流体特定位置，采用一定方法移除活性物质，再将极耳焊接在移除活性物质的集流体上，然后以极片裁切位置进行定位卷绕，再按照正常的流程进行封装、烘烤、注液等一系列生产过程。相比传统结构的锂离子电池，现有结构的锂离子电池可以降低锂离子电池的内阻，提升充电速度、降低充放电温升。
现有卷绕结构锂离子电池的负极极耳无有效负极活性物质，无法接收与负极极耳对应的正极活性物质层脱出的锂离子，为了解决这一问题，本领域技术人员通常采用在与负极极耳对应的正极区域增加胶纸进行隔离保护。但在电池循环或使用后期，与该保护胶纸位置外围区域对应的负极区域会出现析锂，影响电性能尤其是安全性能的可靠性，如何解决卷绕结构锂离子电池的隔离保护胶纸对应的负极区域出现析锂成为本领域技术人员需要解决的技术问题。
〖发明内容〗
本发明的目的旨在提供一种锂离子电池，通过在该正极片上设置隔离绝缘胶纸的凹槽，避免绝缘胶纸周围的正极活性物质层脱嵌的过多锂离子迁移至对应的负极区域，进而提升锂离子电池的电性能和安全性能。
为了实现本发明的目的，本发明采用了如下技术方案：
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、设置于正极片和负极片之间的隔膜，以及电解液，所述正极片包括正极集流体、附着在所述正极集流体表面的正极膜片和正极极耳，所述负极片包括负极集流体、附着在所述负极集流体表面的负极膜片和负极极耳，所述负极膜片上设置有第一凹槽，所述负极极耳设置在所述第一凹槽，所述第一凹槽相对的所述正极片上设有第一绝缘胶纸，第一绝缘胶纸边缘的所述正极膜片有第一胶纸凹槽。
进一步地，所述第一凹槽上设置有所述第一极耳胶纸；在电池厚度方向上，所述第一极耳胶纸的投影被第一绝缘胶纸覆盖。
作为具体的实施方式，第一绝缘胶纸下方设有所述正极膜片或第一绝缘胶纸下方为所述正极集流体。
作为具体的实施方式，第一绝缘胶纸下方设有所述正极膜片，所述第一胶纸凹槽为U形或第一绝缘胶纸下方为所述正极集流体，所述第一胶纸凹槽为矩形。
进一步地，所述负极片在所述第一凹槽相背的负极膜片区域设置有第二凹槽，所述第二凹槽上相对的所述正极片上设有第二绝缘胶纸，所述第二绝缘胶纸边缘的所述正极膜片有第二胶纸凹槽。
进一步地，所述第二凹槽上设置有所述第二极耳胶纸；在电池厚度方向上，所述第二极耳胶纸的投影被第二绝缘胶纸覆盖。
作为具体的实施方式，第二绝缘胶纸下方设有所述正极膜片或第一绝缘胶纸下方为所述正极集流体。
作为具体的实施方式，第二绝缘胶纸下方设有所述正极膜片，所述第二胶纸凹槽为U形或第二绝缘胶纸下方为所述正极集流体，所述第二胶纸凹槽为矩形。
进一步地，所述正极膜片上设置有第三凹槽，第三凹槽内设置有所述正极极耳，所述第三凹槽上设置有第三极耳胶纸。
进一步地，所述正极片在所述第三凹槽相背的正极膜片区域设置有第四凹槽，所述第四凹槽上设置有第四极耳胶纸。
作为具体的实施方式，所述负极极耳的宽度范围为4mm-6mm，负极极耳焊接端的长度范围为20mm-30mm。
作为具体的实施方式，所述第一凹槽的宽度范围为6mm-10.5mm，所述第一凹槽的长度范围为21mm-36mm。
作为具体的实施方式，所述第一极耳胶纸的宽度范围为7mm-15mm，所述第一极耳胶纸的长度范围是23mm-42mm。
作为具体的实施方式，所述第一绝缘胶纸的宽度范围为11mm-25mm，所述第一绝缘胶纸的长度范围为25-48mm。
作为具体的实施方式，第一绝缘胶纸边缘与第一胶纸凹槽边缘之间的最大尺寸大于或等于0.5mm。
作为具体的实施方式，所述第二绝缘胶纸的宽度范围为11mm-25mm，所述第二绝缘胶纸的长度范围是为25mm-48mm。
作为具体的实施方式，所述第二绝缘胶纸边缘与所述第二胶纸凹槽边缘之间的最大尺寸大于或等于0.5mm。
本发明的有益效果：
本发明通过在正极片上设置隔离绝缘胶纸的凹槽，避免绝缘胶纸周围的正极活性物质层脱嵌的过多锂离子迁移至对应的负极区域，进而提升锂离子电池的电性能和安全性能。具体地，通过在正极片上设置隔离绝缘胶纸的凹槽，一方面可以避免绝缘胶纸周围有活性物质脱锂；另一方面可以隔绝绝缘胶纸底部正极活性物质与其他区域的正极活性物质的导通，避免胶纸底部正极活性物质彻底失活，使其完全失去脱锂。进一步地，本发明提供的降低对应负极区域析锂风险的同时，还可以避免移除胶纸底部全部正极活性物质带来的平整度变差的问题。进一步地，通过控制绝缘胶纸的尺寸、凹槽的尺寸降低极耳特殊结构对电芯能量密度的影响。
〖附图说明〗
为了更清楚地说明本发明实施例，下面对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明中的实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明实施例一提供的正极集流体正面和正极集流体背面示意图；
图2是本发明实施例二提供的正极集流体正面和正极集流体背面示意图(移除正面隔离绝缘胶纸凹槽内部的正面活性物质以及背面隔离绝缘胶纸凹槽内部的背面活性物质)。
〖具体实施方式〗
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
为了便于说明，本发明将正极片的较短边定义为极片宽度方向，与其垂直的极片延伸方向定义为极片长度方向。很容易理解，由于极片卷绕都是沿长度方向进行的，因此在最终卷绕成的电芯中，极片宽度方向对应的是电芯长度方向，也就是说，极片宽度方向与电芯宽度方向并不相同，而是彼此垂直的。
实施例一
一种锂离子电池包括锂离子电芯、电解液(未图示)以及包装外壳(未图示)，采用包装外壳(在本实施例中是铝塑膜)对电芯进行封装，并在真空条件下烘烤除去电芯中的水分，随后注入电解液，再对电池进行化成和分选等处理，得到锂离子电池；其中，锂离子电芯包括正极片、负极片(未图示)、隔膜(未图示)，所述正极片、隔膜和负极片依次堆叠后卷绕设置。
在本实施例中，负极片包括负极集流体、附着在所述负极集流体表面的负极膜片和负极极耳，所述负极膜片上设置有第一凹槽；所述负极极耳设置在所述第一凹槽，所述第一凹槽上设置有所述第一极耳胶纸；所述负极片在所述第一凹槽相背的负极膜片区域设置有第二凹槽，所述第二凹槽上设置有所述第二极耳胶纸；所述负极片包括呈矩形片状结构的负极集流体，作为一种具体的实施方式，负极集流体采用铜箔。
在本实施例中，正极片包括正极集流体、附着在所述正极集流体表面的正极膜片和正极极耳300；设置在负极片正面一侧的正极集流体正面(A面)100包括正面正极活性区110和正面正极空白区120，正面正极活性区110设在正极集流体正面100头部和中部，正面正极空白区120设在正极集流体正面100尾部；正面正极活性区110上附着有所述正极膜片，正面正极空白区120为空白的正极集流体(即正面正极空白区120未附着有所述正极膜片)；正面正极活性区110上沿着正极片从头到尾的方向依次设有第三凹槽、第一绝缘胶纸130以及设置在正面正极活性区110尾部的第一尾部绝缘胶纸140；在电池厚度方向上，第一极耳胶纸的投影被第一绝缘胶纸130覆盖；第三凹槽内设有所述正极极耳300；第一绝缘胶纸130与所述负极片上的第一凹槽相对，第一绝缘胶纸130边缘的所述正极膜片设有第一胶纸凹槽112；作为一种具体的实施方式，正极集流体呈矩形片状结构，正极集流体采用铝箔。
如图1所示，设置在负极片背面一侧的正极集流体背面(C面)200包括背面正极活性区210和背面正极空白区220，背面正极活性区210设在正极集流体背面200的头部和中部，背面正极空白区220设在正极集流体背面200尾部；背面正极活性区210附着有所述正极膜片，背面正极空白区220为空白的正极集流体(即背面正极空白区220未附着有所述正极膜片)；背面正极活性区210沿着正极片从头到尾的方向依次设有第四凹槽、第二绝缘胶纸230以及设置在背面正极活性区210尾部的第二尾部绝缘胶纸240；在电池厚度方向上，所述第二极耳胶纸的投影被第二绝缘胶纸230覆盖；第二绝缘胶纸230与所述负极片上的第二凹槽相对，第二绝缘胶纸230边缘的所述正极膜片设有第二胶纸凹槽212。
在本实施例中，第一绝缘胶纸130边缘与第一胶纸凹槽边缘之间的间隙尺寸大于或等于0.5mm；第二绝缘胶纸230边缘与第二胶纸凹槽边缘之间的间隙尺寸大于或等于0.5mm；第一绝缘胶纸130和第二绝缘胶纸230下方设有所述正极膜片。
在本实施例中，位于正极集流体正面100的第三凹槽呈矩形，第三凹槽所在矩形区域剔除了正极活性物质(即所述第三凹槽对应的矩形区域底部为正极集流体，侧面为正极活性物质)；所述正极极耳300可以设在所述第三凹槽内，并通过焊接连接于所述第三凹槽底部的正极集流体；焊接有正极极耳300的第三凹槽覆盖有用于保护正极极耳300的第三极耳胶纸310；第一胶纸凹槽112呈U型，第一胶纸凹槽112所在U型区域剔除了正极活性物质(即所述第一胶纸凹槽112对应的U型区域底部为正极集流体，侧面为正极活性物质)，第一胶纸凹槽112内部未剔除正极活性物质的区域(如图1中第一绝缘胶纸130内部的虚线区域)覆盖有所述第一绝缘胶纸130，且第一绝缘胶纸130的尺寸大于第一胶纸凹槽112内部未剔除正极活性物质的区域尺寸。
在本实施例中，位于正极集流体背面200的第四凹槽呈矩形，第四凹槽所在矩形区域剔除了正极活性物质(即所述第四凹槽对应的矩形区域底部为正极集流体，侧面为正极活性物质)；所述正极极耳300可以设在所述第四凹槽内，并通过焊接连接于所述第四凹槽底部的正极集流体；焊接有正极极耳300的第四凹槽覆盖有用于保护正极极耳300的第四极耳胶纸320；第二胶纸凹槽212呈U型，第二胶纸凹槽212对应的U型区域剔除了正极活性物质(即所述第二胶纸凹槽212对应的U型区域底部为正极集流体，侧面为正极活性物质)，第二胶纸凹槽212对应的U型内部未剔正极活性物质的区域(如图1中第二绝缘胶纸230内部的虚线区域)覆盖有所述第二绝缘胶纸230。
在本实施例中，负极极耳的宽度范围为4-6mm，负极极耳的长度范围为34-50mm，负极极耳焊接端的长度范围为20-30mm；用于设置负极极耳的第一凹槽的宽度范围为6-10.5mm(比极耳宽度宽2mm-5mm)，第一凹槽的长度范围为21-36mm(比极耳焊接端长度长1mm-6mm)：第一凹槽比负极极耳尺寸大，目的是保证波动时极耳不会焊在涂膏上。
在本实施例中，第一极耳胶纸的宽度范围为7-15mm(比第一凹槽宽宽1-4mm)，第一极耳胶纸的长度范围是23-42mm(比第一凹槽长度长2-6mm)：第一极耳胶纸比第一凹槽尺寸大是为了保证胶纸完全覆盖清洗位置，防止锂离子从清洗位置析出。
在本实施例中，第一绝缘胶纸130的宽度范围为11mm-25mm(比第一极耳胶纸宽度宽4-10mm)，第二绝缘胶纸230的宽度范围为11mm-25mm(比第二极耳胶纸宽度宽4-10mm)，第一绝缘胶纸130的长度范围是25-48mm(比第一极耳胶纸长度长2-6mm)，第二绝缘胶纸230的长度范围是25-48mm(比第二极耳胶纸长度长2-6mm)：第一绝缘胶纸130和第二绝缘胶纸230比第一极耳胶纸尺寸大是为了保证负极没有活性物质的区域没有正极活性物质脱出，同时保证负极活性物质能够覆盖正极活性物质。
在本实施例中，第一绝缘胶纸130边缘与第一胶纸凹槽112边缘之间的最大尺寸大于或等于0.5mm，第二绝缘胶纸230边缘与第二胶纸凹槽212边缘之间的最大尺寸大于或等于0.5mm，胶纸凹槽的尺寸比绝缘胶纸大，是为了移除绝缘胶纸周围的正极活性物质。
在本实施例中，以正极片头部作为基准点，位于正极集流体正面100的第三凹槽与位于正极集流体背面200的第四凹槽相对设置；位于正极集流体正面100的正面正极活性区110的长度D1长于位于正极集流体背面200的背面正极活性区210的长度D2(即正极集流体正面100涂覆正极膜片的长度长于正极集流体背面200涂覆背面活性物质的长度)，其中，正面正极活性区110和背面正极活性区210之间的长度差ΔD1＝D1-D2≈(电芯宽度-电芯厚度/2)*2；位于正极集流体正面100的第一胶纸凹槽112与位于正极集流体负面200的第二胶纸凹槽212之间的位置差ΔD2大致等于正面正极活性区110和背面正极活性区210之间的长度差ΔD1，即ΔD2≈ΔD1；位于正极集流体正面100的第一尾部绝缘胶纸140与位于正极集流体背面200的第二尾部绝缘胶纸240之间的位置差ΔD3大致等于正面正极活性区110和背面正极活性区210之间的长度差ΔD1，即ΔD3≈ΔD1。
在本实施例中，通过将第一绝缘胶纸130设置在第一胶纸凹槽112内部，去除第一绝缘胶纸130边缘的活性物质，避免第一绝缘胶纸130周围活性物质脱锂；另一方面，通过第一胶纸凹槽112将设在第一绝缘胶纸130底部的正极膜片(即第一绝缘胶纸130与正极集流体之间的正极膜片)与位于正面正极活性区110其它区域的正极膜片隔离开来，使将设在第一绝缘胶纸130底部的正极膜片彻底失活，降低其脱锂的几率，进而降低对应负极极耳外围区域析锂的风险；与此同时，相比移除第一绝缘胶纸130底部的正极膜片，本实施例仅移除第一绝缘胶纸130周围的正极膜片，降低对正极集流体正面100平整度变差的几率。
在本实施例中，第一胶纸凹槽112的间隙尺寸(即第一绝缘胶纸130的外侧边缘与位于第一胶纸凹槽112外侧边缘之间的最大尺寸)大于或等于0.5mm；位于正极集流体正面100的第三凹槽的位置、第一胶纸凹槽112的位置、第一绝缘胶纸130的位置以及第一尾部绝缘胶纸140的位置以及位于正极集流体背面200的第四凹槽的位置、第二胶纸凹槽212的位置、第二绝缘胶纸230的位置以及第二尾部绝缘胶纸240的位置，与锂离子电芯的长度、高度、厚度以及极耳距边位置有关，具体可以根据实际情况确定。
在本实施例中，第一绝缘胶纸130包括一层绝缘胶纸。
在其它实施例中，第一绝缘胶纸130包括多层(大于两层)绝缘胶纸，其中，越靠近第一胶纸凹槽112底部的绝缘胶纸尺寸越小，且最靠近第一胶纸凹槽112底部的绝缘胶纸的尺寸大于第一胶纸凹槽112内部未剔除正极活性物质的区域尺寸；第二绝缘胶纸230包括多层绝缘胶纸，其中，越靠近第二胶纸凹槽212的绝缘胶纸尺寸越小，且最靠近第二胶纸凹槽212底部的绝缘胶纸的尺寸大于第二胶纸凹槽212内部未剔除正极活性物质的区域尺寸。
作为一种具体的实施方式，正极膜片中包括正极活性物质层材料、导电剂和粘结剂，正极活性物质层材料包括镍钴锰三元材料、磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、锰酸锂材料、镍酸锂材料、富锂锰基材料、活性炭等的一种或组合，为本领域技术人员所公知，故不作进一步赘述；导电剂可以是导电炭黑、碳纳米管、导电石墨、石墨烯中的一种或多种，粘结剂可以是聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚胺酯、氟化橡胶、聚乙烯醇中的一种或多种，正极活性物质层中正极活性物质层材料的含量(质量百分比)为96～98.5％，导电剂的含量为0.5～2.5％，粘结剂的含量为1～1.5％。
实施例二
如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于：第一绝缘胶纸130和第二绝缘胶纸230下方移除所述正极膜片；第一胶纸凹槽112呈矩形，即第一胶纸凹槽112对应的矩形区域剔除了正极膜片(即所述第一胶纸凹槽112底部为正极集流体，侧面为正极活性物质)；第二胶纸凹槽212呈矩形，即第二胶纸凹槽212对应的矩形区域剔除了正极活性物质(即所述第二胶纸凹槽212底部为正极集流体，侧面为正极活性物质)。
在本实施例中，第一胶纸凹槽112内部覆盖有所述第一绝缘胶纸130，且第一绝缘胶纸130的尺寸小于第一胶纸凹槽112的尺寸，使第一绝缘胶纸130与正极集流体正面100的正极膜片相隔一定距离设置，具体的间隔由第一胶纸凹槽112与第一绝缘胶纸130的尺寸差以及第一绝缘胶纸130在第一胶纸凹槽112内部的定位有关。
在本实施例中，第二胶纸凹槽212内部覆盖有所述第二绝缘胶纸230，且第二绝缘胶纸230的尺寸小于第二胶纸凹槽212的尺寸，使第二绝缘胶纸230与正极集流体背面200的背面正极活性物质层相隔一定距离设置，具体的间隔由第二胶纸凹槽212与第二绝缘胶纸230的尺寸差以及第二绝缘胶纸230在第二胶纸凹槽212内部的定位有关。
在本实施例中，通过将第一绝缘胶纸130设置在第一胶纸凹槽112内部，去除第一绝缘胶纸130底部及周围的正极膜片，避免第一绝缘胶纸130底部和周围活性物质脱锂。
以上所述仅是本发明的优选实施例，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的至少一个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种锂离子电池，包括正极片、负极片、设置于正极片和负极片之间的隔膜，以及电解液，所述正极片包括正极集流体、附着在所述正极集流体表面的正极膜片和正极极耳，所述负极片包括负极集流体、附着在所述负极集流体表面的负极膜片和负极极耳，其特征在于：所述负极膜片上设置有第一凹槽，所述负极极耳设置在所述第一凹槽，所述第一凹槽相对的所述正极片上设有第一绝缘胶纸，第一绝缘胶纸边缘的所述正极膜片有第一胶纸凹槽，所述第一绝缘胶纸包括多层绝缘胶纸，越靠近所述第一胶纸凹槽底部的绝缘胶纸尺寸越小；第一绝缘胶纸下方设有所述正极膜片，所述第一胶纸凹槽为U形。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述第一凹槽上设置有第一极耳胶纸；在电池厚度方向上，所述第一极耳胶纸的投影被第一绝缘胶纸覆盖。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极片在所述第一凹槽相背的负极膜片区域设置有第二凹槽，所述第二凹槽上相对的所述正极片上设有第二绝缘胶纸，所述第二绝缘胶纸边缘的所述正极膜片有第二胶纸凹槽。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于：所述第二凹槽上设置有第二极耳胶纸；在电池厚度方向上，所述第二极耳胶纸的投影被第二绝缘胶纸覆盖。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于：第二绝缘胶纸下方设有所述正极膜片，所述第二胶纸凹槽为U形。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极膜片上设置有第三凹槽，第三凹槽内设置有所述正极极耳，所述第三凹槽上设置有第三极耳胶纸，和/或，所述正极片在所述第三凹槽相背的正极膜片区域设置有第四凹槽，所述第四凹槽上设置有第四极耳胶纸。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极极耳的宽度范围为4mm-6mm，负极极耳焊接端的长度范围为20mm-30mm，
和/或，所述第一凹槽的宽度范围为6mm-10.5mm，所述第一凹槽的长度范围为21mm-36mm，和/或，第一极耳胶纸的宽度范围为7mm-15mm，所述第一极耳胶纸的长度范围是23mm-42mm，
和/或，所述第一绝缘胶纸的宽度范围为11mm-25mm，所述第一绝缘胶纸的长度范围为25-48mm，和/或，第一绝缘胶纸边缘与第一胶纸凹槽边缘之间的最大尺寸大于或等于0.5mm。
8.根据权利要求3-5任意一项所述的锂离子电池，其特征在于：所述第二绝缘胶纸的宽度范围为11mm-25mm，所述第二绝缘胶纸的长度范围是为25mm-48mm，
和/或，所述第二绝缘胶纸边缘与所述第二胶纸凹槽边缘之间的最大尺寸大于或等于0.5mm。
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