CN201383526Y - 新型结构动力型锂离子电池及其电芯 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种新型结构动力型锂离子电池及其电芯。所述新型结构动力型锂离子电池包括多个卷绕体，每个卷绕体包括正极片和负极片，所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述正极片、负极片以及隔膜卷绕成块状，至少两个所述卷绕体的正极片内部并联，并且所述至少两个卷绕体的负极片内部并联。本实用新型电池容量大而且容易制作、质量可靠。

Description

新型结构动力型锂离子电池及其电芯
技术领域
本实用新型涉及一种电池，特别是涉及一种新型结构动力型锂离子电池。
背景技术
化学电池是将化学能直接转变为电能的装置。化学电池主要包括作为密封材料的壳体、壳体内的电解质溶液、以及浸在所述溶液中的正、负电极或极片和连接电极的导线。在可充电化学电池中，还进一步包括进行充电操作的电路板，而上述的电解质溶液和正、负电极等被总称为电芯。
其中，现有锂离子电池是化学电池的一种，目前得到普遍应用。而自1990年代SONY公司成功实现锂离子可充电电池(又称二次电池)商业化生产以来，市场上主要生产的是小容量的锂离子可充电电池，其容量小于2.3安时(Ah)。
对于应用在手机、笔记本电脑等电子产品上的小容量锂离子可充电电池，其电芯内的极片一般采用卷绕式结构。随着社会的发展，人们对移动能源的要求越来越高，例如：电池容量希望能达到10Ah、100Ah、1000Ah甚至更高。为得到高的电池容量，现有技术电池内的极片采用叠片式的结构。如图1、图2、图3所示，所述叠片式电池包括正极片11和与之层叠的负极片12。所述正极片11和负极片12之间采用隔膜13隔开。但是，叠片式结构会导致电池放电效率低以及电池极片毛刺多，而卷绕体结构在用于大容量(大于10安时Ah)锂离子可充电电池时，其电池的极片过长，生产难以操作和控制。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种容量大而且容易制作、质量可靠的新型结构动力型锂离子电池及其电芯。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种新型结构动力型锂离子电池，其包括多个卷绕体，每个卷绕体包括正极片和负极片，所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述正极片、负极片以及隔膜卷绕成块状，至少两个所述卷绕体的正极片内部并联，并且所述至少两个卷绕体的负极片内部并联。
其中，所述正极片和负极片都包括活性物质、集流体以及粘结剂，所述正极片的活性物质为磷酸亚铁锂，正极集流体为铝箔，所述负极片的活性物质为中间相碳微球，负极集流体为铜箔，隔膜为三层复合的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜，粘结剂为阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯。
其中，所述正极片和负极片都包括活性物质，所述正极片的活性物质为磷酸锰锂、三元材料氧化镍钴锰锂、锰酸锂、钴酸锂或硅酸锰酸锂，所述负极片的活性物质为人造石墨、天然石墨或钛酸锂，或者为人造石墨和天然石墨的混合物。
其中，所述电池的壳体为自阻燃型硬质聚氯乙烯密封材料。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是：提供一种新型结构动力型锂离子电池的电芯，其包括多个卷绕体，每个卷绕体包括正极片和负极片，所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述正极片、负极片以及隔膜卷绕成块状，所述多个卷绕体的正极片内部并联，并且所述多个卷绕体的负极片内部并联。
本实用新型的有益效果是：区别于现有技术采用卷绕体结构的电池难以取得大容量的性能、也区别于现有技术采用叠片式结构的电池产生毛刺多的问题，本实用新型针对性提出一种新型的极片设置结构，即正极片、负极片和隔膜采用多个卷绕体内部并联连接的结构，该结构可以改善现有技术叠片式结构放电效率低、电池极片毛刺多的缺点，同时在制作大容量电池时可解决单一卷绕体结构的极片过长、生产难以操作和控制的缺点。采用本实用新型新型结构的锂离子电池，单个电芯容量可以达到40安时Ah以上，特别适合作为电动车的电动能源，也适合于钴酸锂电池体系、锰酸锂电池体系、三元材料(氧化镍钴锰锂)电池体系、磷酸亚铁锂电池体系、磷酸锰锂电池体系、硅酸锰锂电池体系等，应用广泛。
附图说明
图1是现有技术叠片式结构电池的立体示意图；
图2是图1中极片的示意图；
图3是图1中A-A’方向的剖视图；
图4是本实用新型新型结构动力型锂离子电池电芯的立体示意图；
图5是图4中电芯的侧面示意图；
图6是图5电芯中一个卷绕体的立体示意图；
图7是图6中B-B’方向的剖视图。
具体实施方式
本实用新型新型结构动力型锂离子电池包括多个卷绕体。每个卷绕体包括正极片和负极片。所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述正极片、负极片以及隔膜卷绕成块状。至少两个所述卷绕体的正极片内部并联，并且所述至少两个卷绕体的负极片内部并联。
除上述内部并联的至少两个所述卷绕体的正负极片外，其他极片可以采用叠片式结构。
当然，可以全部正极片都内部并联，全部负极片都内部并联。比如参阅图4和图5，分别是本实用新型一种新型结构动力型锂离子电池内电芯30的立体示意图和侧面示意图。所述电芯30包括多个卷绕体31，所述多个卷绕体31采用内部并联的方式组合成电芯30。
参阅图6和图7，单个卷绕体31包括正极片312和与之层叠的负极片313。所述正极片312和负极片313之间采用隔膜311隔开，所述正极片312、负极片313以及隔膜311卷绕成块状。
以上可以了解，区别于现有技术采用卷绕体结构的电池难以取得大容量的性能、也区别于现有技术采用叠片式结构的电池产生毛刺多的问题，本实用新型针对性提出一种新型的极片设置结构，即正极片、负极片和隔膜采用多个卷绕体内部并联连接的结构，该结构可以改善现有技术叠片式结构放电效率低、电池极片毛刺多的缺点，同时在制作大容量电池时可解决单一卷绕体结构的极片过长、生产难以操作和控制的缺点。
采用本实用新型新型结构的锂离子电池，单个电芯容量可以达到40安时以上，特别适合作为电动车的电动能源，也适合于钴酸锂电池体系、锰酸锂电池体系、三元材料(氧化镍钴锰锂)电池体系，磷酸亚铁锂电池体系、磷酸锰锂电池体系、硅酸锰锂电池体系等，应用广泛。
所述正极片和负极片都包括活性物质、集流体以及粘结剂。所述正极片的活性物质为磷酸亚铁锂，正极集流体为铝箔。所述负极片的活性物质为中间相碳微球，负极集流体为铜箔。隔膜为三层复合的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜。粘结剂为阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯，可以取得较好的粘结效果。
或者，所述正极片的活性物质为磷酸锰锂、三元材料氧化镍钴锰锂、锰酸锂或钴酸锂、硅酸锰锂；所述负极片的活性物质为人造石墨、天然石墨或钛酸锂，或者为人造石墨和天然石墨的混合物。在采用钛酸锂作为极片材料时，可以阻燃，电池安全性高。
所述电池包括作为密封材料的壳体(图未示)，所述壳体可以为自阻燃型硬质聚氯乙烯塑料。下面举两个具体实施方式，以方便进一步了解本实用新型。
实施方式一：
本实施例以正极片，负极片和隔膜采用多个卷绕体内部并联连接的结构制造40安时的磷酸亚铁锂电池，采用10个卷绕体内部并联连接，电池的正极活性物质为磷酸亚铁锂，正极集流体为铝箔，电池的负极活性物质为中间相碳微球，负极集流体为铜箔，隔膜为三层复合的(聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯)微孔隔膜，粘结剂为阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯，以水作为粘结剂的溶剂，电解液为：溶剂由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲丙酯(MPC)、乙酸乙酯等加上锂盐六氟磷酸锂和添加剂丙磺酸内酯、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(乙烯基碳酸亚乙酯，VEC)、亚硫酸乙烯酯、硅胺烷类等物质组成。电池的密封材质(外壳，电池壳盖)为自阻燃型硬质聚氯乙烯塑料，所制得的电池外形如图四所示。
10个卷绕体内部并联连接的结构的各部件尺寸：
单个卷绕体的正极极片尺寸：宽134mm×长800mm。
单个卷绕体的负极极片尺寸：宽135mm×长980mm。
单个卷绕体的隔膜纸尺寸：厚0.4mm×宽150mm×总长(约)1.7M。
单个卷绕体的正极面密度约40mg/cm2。
单个卷绕体的负极面密度约21mg/cm2。
单个卷绕体的总尺寸：厚3mm×宽97mm×长150mm。
10个卷绕体并联后的总尺寸：厚31.5mm×宽97mm×长150mm。
单个卷绕体的容量：4安时。
10个卷绕体并联后的容量：40安时。
电池的总尺寸：厚47mm×宽115mm×高185mm。
实施方式二：
将实施例一中采用10个卷绕体内部并联连接的结构，改为采用5个卷绕体内部并联连接的结构，其余不变。
5个卷绕体内部并联连接的结构的各部件尺寸：
单个卷绕体的正极极片尺寸：宽134mm×长1600mm。
单个卷绕体的负极极片尺寸：宽135mm×长1780mm。
单个卷绕体的隔膜纸尺寸：厚0.4mm×宽150mm×总长(约)3.4M。
单个卷绕体的正极面密度约40mg/cm2。
单个卷绕体的负极面密度约21mg/cm2。
单个卷绕体的总尺寸：厚6mm×宽97mm×长150mm。
5个卷绕体并联后的总尺寸：厚31mm×宽97mm×长150mm。
单个卷绕体的容量：8安时。
5个卷绕体并联后的容量：40安时。
电池的总尺寸：厚47mm×宽115mm×高185mm。
以下举两个现有技术卷绕式和叠片式电芯结构例子，以对比上述本实用新型实施方式。
比较实施例一：用叠片工艺制造40安时的磷酸亚铁锂电池，电池的各部件尺寸：
单个正极极片尺寸：宽94mm×长134mm。总的正极片数量：82片。
单个极极片尺寸：宽95mm×长135mm。总的负极片数量：83片。
隔膜纸尺寸：厚0.4mm×宽150mm×总长(约)17M。
正极面密度约40mg/cm2。
负极面密度约21mg/cm2。
叠片体的总尺寸：厚30mm×宽97mm×长150mm。
电池的总尺寸：厚47mm×宽115mm×高185mm。
比较实施例二：用卷绕工艺工艺制造40安时的磷酸亚铁锂电池，电池的各部件尺寸：
正极极片尺寸：宽134mm×长7700mm。
负极极片尺寸：宽135mm×长7880mm。
隔膜纸尺寸：厚0.4mm×宽150mm×总长(约)17M。
正极面密度约40mg/cm2。
负极面密度约21mg/cm2。
卷绕体的总尺寸：厚30mm×宽97mm×长150mm。
电池的总尺寸：厚47mm×宽115mm×高185mm。
从上面的比较可以知道，采用现有技术叠片工艺制造40安时的磷酸亚铁锂电池时，总的正极片数量82片，总的负极片数量83片，极片片数多，产生毛刺的几率高，生产成本也高。而采用现有技术单个卷绕体工艺制造40安时的磷酸亚铁锂电池时，电池正极极片长达7.7米，负极极片长达7.8米。极片强度低，7.8米太长易断，生产中难以控制。采用本实用新型其中一个实施方式的多个卷绕体内部并联连接的结构制造40安时的磷酸亚铁锂电池时，电池正极极片长0.8米，负极极片长0.82米，总的正极片数量10片，总的负极片数量10片。说明多个卷绕体内部并联连接的结构可以解决现有技术叠片工艺极片片数多和单个卷绕体工艺的极片太长易断的缺点。
在更多实施方式中，可以将负极活性物质中间相碳微球改为石黑类物质，如人造石墨(比如石油焦、高纯石墨、针状焦、G4料、碳纤维等)、天然石墨(如包覆的天然石墨等)或钛酸锂、或者是人造石墨和天然石墨的混合物。
或者将电池的密封材质(外壳，电池壳盖)的自阻燃型硬质聚氯乙烯塑料替换为不锈钢，或改为铝塑复合膜或铝壳材质，其余不变。
而正负极片的粘结剂阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯可以替换为聚偏氟乙烯，溶剂用N-甲基吡咯烷酮。
本实用新型化学电池容量可以做成10Ah(安时)、100Ah(安时)、1000Ah(安时)甚至更高，电池的尺寸则相应调整。
本实用新型中，所述隔膜可以采用40μm厚的PP/PE/PP三层复合隔膜，按正极、隔膜、负极、隔膜、正极循环交替形式进行叠片。隔膜可以为连续的S形状。
本实用新型应用于磷酸锰锂锂离子电池时，可以做成方型外壳，其上盖与下壳体可以采用PVC专用胶水粘按在一起，或用加热的金属片将上盖与下壳体热熔按在一起。最后壳体内装入上述结构形式的正负极片和隔膜叠片体，再进行真空烘干，注入非水电解液，将注液口用双重(两级)密封圈密封好。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种新型结构动力型锂离子电池，其特征在于，包括多个卷绕体，每个卷绕体包括正极片和负极片，所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述正极片、负极片以及隔膜卷绕成块状，至少两个所述卷绕体的正极片内部并联，并且所述至少两个卷绕体的负极片内部并联。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极片和负极片都包括活性物质、集流体以及粘结剂，所述正极片的活性物质为磷酸亚铁锂，正极集流体为铝箔，所述负极片的活性物质为中间相碳微球，负极集流体为铜箔，隔膜为三层复合的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜，粘结剂为阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极片和负极片都包括活性物质，所述正极片的活性物质为磷酸锰锂、三元材料氧化镍钴锰锂、锰酸锂、钴酸锂或硅酸锰酸锂，所述负极片的活性物质为人造石墨、天然石墨或钛酸锂，或者为人造石墨和天然石墨的混合物。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电池，其特征在于：所述电池的壳体为自阻燃型硬质聚氯乙烯密封材料。
5.一种新型结构动力型锂离子电池的电芯，其特征在于：包括多个卷绕体，每个卷绕体包括正极片和负极片，所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述正极片、负极片以及隔膜卷绕成块状，所述多个卷绕体的正极片内部并联，并且所述多个卷绕体的负极片内部并联。
6.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于：所述正极片和负极片都包括活性物质、集流体以及粘结剂，所述正极片的活性物质为磷酸亚铁锂，正极集流体为铝箔，所述负极片的活性物质为中间相碳微球，负极集流体为铜箔，隔膜为三层复合的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜，粘结剂为阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯。
7.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于：所述正极片和负极片都包括活性物质，所述正极片的活性物质为磷酸锰锂、三元材料、锰酸锂、钴酸锂或硅酸锰酸锂，所述负极片的活性物质为人造石墨、天然石墨或钛酸锂，或者为人造石墨和天然石墨的混合物。
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