CN1591959A - 叠片式锂离子二次电池 - Google Patents

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Abstract

一种叠片式锂离子二次电池，其中，正极片是由含有能嵌入及脱出锂离子的锂与过渡金属的复合氧化物为活性物质涂敷在铝箔基体表面而形成，由铝箔基体延伸出来的细颈部分为正极片的集流体；负极片是由含有能嵌入及脱出锂离子的碳材料为活性物质涂敷在铜箔基体表面而形成，由铜箔基体延伸出来的细颈部分为负极片的集流体；正、负极以片状形式依次层叠排布于带状隔膜的两面而形成极芯。该叠片式锂离子二次电池可以充分利用电池外壳的内部空间，提高电池的能量密度；降低电池的内阻，从而改善锂离子二次电池的大电流放电性能。

Description

叠片式锂离子二次电池
【技术领域】
本发明涉及一种锂离子二次电池，更具体地说是涉及一种大电流放电性能较好、空间利用率高的叠片式锂离子二次电池。
【背景技术】
随着科学技术的飞速发展，电子仪器及电子设备的小型化对二次电池的性能要求越来越高，从综合性能方面讲，锂离子二次电池是最具有发展和应用前景的高能二次电池。目前在市场上广泛应用的是通过隔膜卷绕带状正极和负极制造的圆筒形电芯容纳在电池外壳内的圆柱形锂离子二次电池，或通过隔膜卷绕带状正极和负极制造的电芯经扁平成型后容纳在方形电池外壳内形成的方形锂离子二次电池，但是此种结构的方形锂离子二次电池存在空间利用率较低的问题。
此外，与其它二次电池相比，锂离子电池的内阻较高，因此在高倍率放电时电压急剧下降，放电时间大大缩短，电池容量大幅降低。而常规电极的低通导能力是造成锂离子二次电池内阻偏高的主要原因之一。目前，大多数商品锂离子二次电池均采用单个或多个极耳(也称为集流体)作为电流引出方式，但是这样电流的导出和引入局限在有限的几个焊接点上，通导能力较低，且电池充放电过程中的电流分布不够均匀。
因此，如何充分利用锂离子二次电池外壳内的空间，以使电池达到高的能量密度，以及如何降低电池的内阻、提高电池的大电流放电性能就成为提升锂离子二次电池性能的重要问题。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种可以充分利用电池的内部空间、具有高的能量密度、低的内阻、大电流放电性能好的叠片式锂离子二次电池。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种叠片式锂离子二次电池，包括正极、隔膜、负极以及非水电解液，收纳于电池外壳中，开口部由盖板密封，其中：
正极片是由含有能嵌入及脱出锂离子的锂与过渡金属的复合氧化物为活性物质涂敷在铝箔基体表面而形成，由铝箔基体延伸出来的细颈部分为正极片的集流体；
负极片是由含有能嵌入及脱出锂离子的碳材料为活性物质涂敷在铜箔基体表面而形成，由铜箔基体延伸出来的细颈部分为负极片的集流体；
正、负极以片状形式依次层叠排布于带状隔膜的两面而形成极芯。
上述的技术方案进一步改进为：
所述的隔膜为一带状膜，其以Z字型折叠，正、负极片依次放置于隔膜叠缝处而相隔绝缘。
将所述的正、负极片中集流体分别重叠，并通过点焊使其连接到盖板的正、负极端；或将所述的正、负极片中集流体的一端分别与一金属片连接，通过该金属片与盖板的正、负极端相连接。
所述的层叠状极芯的最外层的两片极片为内侧单面附料的极片。
本发明叠片式锂离子二次电池的优点在于：
(1)可以充分利用电池外壳的内部空间，提高电池的能量密度；
(2)降低电池内阻，从而改善锂离子二次电池的大电流放电性能，适用于小型锂离子二次电池。
【附图说明】
图1是本发明叠片式锂离子二次电池的结构剖面图；
图2是本发明叠片式锂离子二次电池正极的结构示意图；
图3是本发明叠片式锂离子二次电池正负极片形成极芯的状态图；
图4是实施例与比较例不同倍率电流放电容量曲线图。
附图符号说明
1—正极片                        2—负极片
3—隔膜                          4—电池外壳
5—正、负极片集流体
【具体实施方式】
下面对本发明作出进一步的说明。
在本发明中，正、负极片均以片状形式存在，依次排布于带状隔膜的两面，隔膜以呈Z字型折叠而形成电芯，将上述得到的电芯放入电池外壳内，开口部由盖板密封而得到叠片式锂离子二次电池，其中，正、负极片的尺寸优选为正极片的尺寸大小相同，负极片的尺寸大小相同的情况，在极片厚度和电池外壳均相同的情况下，采用本发明的电芯结构，正极片的总体尺寸大小可以较传统卷绕方式的正极片大，因此，本发明叠片式锂离子二次电池的空间利用率比传统的卷绕方式的锂离子二次电池大，具有更高的能量密度。
正、负极的集流体为正、负极基体延伸出来的细颈部分，正、负极片中集流体的位置分别重叠，并通过点焊使其连接到盖板的正、负极端，或在集流体的位置重叠处一端分别与金属片连接，通过该金属片而实现与盖板的正、负极端的连接，可以降低电池内阻，从而改善锂离子二次电池的大电流放电性能。
【实施例】
本发明叠片式锂离子二次电池正极极片的备制：取100份重量的LiCoO2粉末与7份重量的充当导电剂的鳞片状石墨与7份重量的充当粘合剂的PVDF混合，并分散在充当溶剂的N-甲基吡咯烷酮中，形成膏状，将该膏状混合物均匀涂覆在20μm充当正极基体的铝箔的两面，将铝箔延伸部分表面的正极浆料刮去得到正极片1的集流体5，经干燥、压片，得到尺寸为44X31X0.12mm的正极极片1，如图2所示。
本发明叠片式锂离子二次电池负极极片的备制：取100份重量的人工石墨粉与10份重量的充当粘接剂的PTFE混合，将混合物分散在去离子水溶剂中，形成膏状，将该膏状混合物均匀涂覆在10μm充当负极基体的铜箔的两面上，将铜箔延伸部分表面的负极浆料刮去得到负极片2的集流体5，经干燥、压片，得到尺寸为44X31X0.14mm的负极极片2，其外形结构与正极片相同。
本发明叠片式锂离子二次电池的装配过程：将上述得到的正、负极片依次层叠排布于带状隔膜3的两面而形成极芯，如图3所示正、负极片与隔膜形成电芯的状态图，其中，隔膜尺寸为47×720X0.016mm，隔膜呈Z字型而将正负极片相隔绝缘，将上述得到的电芯放入电池外壳4内，采用LiPF6的有机电解液，开口部由盖板密封而得到叠片式锂离子二次电池。如图1所示为该叠片式锂离子二次电池的结构剖面图。
【比较例】
正极极片的备制：取100份重量的LiCoO2粉末与7份重量的充当导电剂的鳞片状石墨与7份重量的充当粘合剂的PVDF混合，并分散在充当溶剂的N-甲基吡咯烷酮中，形成膏状，将该膏状混合物均匀涂覆在20μm充当正极集电体的铝箔的两面，按现有工艺干燥、压片，采用传统的点焊集流体结构将0.1mm厚的铝带用超声波焊接在正极基体上作为正极极片中的集流体，得到尺寸为43.5X315mm的正极极片。
负极极片的备制：取100份重量的人工石墨粉与10份重量的充当粘接剂的PTFE混合，将混合物分散在去离子水溶剂中，形成膏状，将该膏状混合物均匀涂覆在10μm充当负极集电体的铜箔的两面上，按现有工艺干燥、压片，采用传统的点焊集流体结构将0.15mm厚的复合镍带电阻焊焊接在负极基体上作为负极极片中的集流体，得到尺寸为44.5X280mm的负极极片。
装配过程：采用传统的装配方法将正极片、隔膜、负极片依次层叠放置并卷绕经扁平成型形成电芯，容纳于电池外壳中，采用LiPF6的有机电解液，开口部由盖板密封而得到传统的方形锂离子二次电池。
性能测试
对实施例及比较例的电池进行性能测试，按如下步骤：
(1)在20℃环境下，以1C恒流压充电，要求上限电压为4.2V，搁置5分钟；
(2)以0.5C恒流放电至3.0V，搁置5分钟，得到实施例及比较例0.5C放电曲线；
(3)重复步骤(1)，然后以1C恒流放电至3.0V，置5分钟，得到实施例及比较例1C放电曲线；
(4)重复步骤(1)，然后以2C恒流放电至3.0V，置5分钟，得到实施例及比较例2C放电曲线；
(5)重复步骤(1)，然后以3C恒流放电至3.0V，置5分钟，得到实施例及比较例3C放电曲线。
在图4中，实施例与比较例0.5C和1C放电曲线都比较接近，但是2C和3C放电曲线有明显区别，2C和3C放电曲线中电压相同的情况下实施例的放电容量明显高于比较例。
大电流性能中，C3C/C0..5C：以3C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量与以0.5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量的比值。
大电流性能中，C2C/C0..5C：以2C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量与以0.5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量的比值。
大电流性能中，C1C/C0..5C：以1C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量与以0.5C的电流从4.2V放电至3.0V的放电容量的比值。
不同倍率电流放电性能测试结果如下表所示：
    C1C/C0.5C(％)     C2C/C0.5C(％)     C3C/C0..5C(％)
实施例     99.7     97.6     90.2
比较例     99.5     94.4     74.0
从上表中可以看出，采用本发明的电池的大电流性能优于传统结构的电池。

Claims (5)

1.一种叠片式锂离子二次电池，包括正极、隔膜、负极以及非水电解液，收纳于电池外壳中，开口部由盖板密封，其特征在于：
正极片是由含有能嵌入及脱出锂离子的锂与过渡金属的复合氧化物为活性物质涂敷在铝箔基体表面而形成，由铝箔基体延伸出来的细颈部分为正极片的集流体；
负极片是由含有能嵌入及脱出锂离子的碳材料为活性物质涂敷在铜箔基体表面而形成，由铜箔基体延伸出来的细颈部分为负极片的集流体；
正、负极以片状形式依次层叠排布于带状隔膜的两面而形成极芯。
2.根据权利要求1所述的叠片式锂离子二次电池，其特征在于：所述的隔膜为一带状膜，其以Z字型折叠，正负极片依次放置于隔膜叠缝处而相隔绝缘。
3.根据权利要求1或2所述的叠片式锂离子二次电池，其特征在于：将所述的正、负极片中集流体分别重叠，并通过点焊使其连接到盖板的正、负极端。
4.根据权利要求1或2所述的叠片式锂离子二次电池，其特征在于：将所述的正、负极片中集流体的一端分别与一金属片连接，通过该金属片与盖板的正、负极端相连接。
5.根据权利要求1所述的叠片式锂离子二次电池，其特征在于：所述的层叠状极芯的最外层的两片极片为内侧单面附料的极片。
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