CN202259455U - 一种设有电池垫片的卷绕式大容量锂离子电池 - Google Patents

Abstract

一种设有电池垫片的卷绕式大容量锂离子电池，包括一个电芯（1），所述的电芯（1）是将正极、隔膜和负极依次按顺序卷绕成所需形状，其特征在于：所述的电芯（1）中间部位设有聚合物内置薄板（2）。本实用新型结构，在大容量电芯卷绕完成后，在其电芯中间部位增加一个聚合物内置薄板，使得整个电芯不致于因为拔出卷针而导致电芯边缘变形，同时使得电芯之间的极片贴合的更加紧密，提高了电池的大电流充放电能力。

Description

一种设有电池垫片的卷绕式大容量锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及到二次锂离子电池领域，具体地说，涉及一种提高电池的安全特性以及提高电池大倍率性能的方法，更具体地说，是一种通过在电芯内部增加一个具有一定厚度的薄板，用来降低电池的安全风险以及提高电池的倍率性能。

背景技术

目前随着移动设备的普及，人们对电池的能量密度要求越来越高，传统的镍氢、镍镉电池已经不能适应人们的需求。近年来，随着电动汽车的普及，对电池的能量密度要求变得更高，因此为了有效的提高能量密度，单体电池的容量相对民生用的电池容量要高出许多。

作为电动汽车电池，目前主要有以下两种类型：圆柱形电池、方形电池。但是圆柱形电池存在空间利用率低，单体之间的连接过于复杂的问题，而方形电池由于其较高的空间利用率，相对简单的连接方式，相对较好的散热以及相对简单的配组方式，日益成为锂离子动力电池的首选。

目前大容量的方形电池的制作方式主要有两种：一种是通过预先将正负极冲裁成预定的尺寸，并预留一部分集流体作为电流的引出电极，然后依次将正极、隔膜、负极通过层层叠加制作成目标容量的电芯（图1），最后封装成电池；另一种是将正极、隔膜和负极的顺序卷绕成电芯，最后封装成电池。由于车用锂离子电池对振动的要求较高，叠片式电池耐振动特性较差，因此卷绕式大型方形电池目前成为各大锂离子电池厂商的首选。而在大型卷绕式锂离子电池的制作过程中，卷绕时会使用卷针，卷针的厚度随着电池的大小各有不同，但在卷绕完成时，卷针会从电芯上拔出，这就会使得电芯中间出现较大的空隙。在电芯组装或者充放电过程中，由于膨胀和压缩，会导致电芯拐角处的正负极出现掉粉的情况，影响到电池的安全特性，同时由于大容量电池卷绕层数较多，随着卷针的拔出，会导致电芯外观呈现哑铃形，在电芯拐角处以及电芯表面会出现充放电不均匀的现象，影响到电池的安全、寿命以及大电流充放电能力。

发明内容

针对以上不足，本实用新型要解决的技术问题是在大容量电芯卷绕完成后，在其电芯中间部位增加一个聚合物薄板，使得整个电芯不致于因为拔出卷针而导致电芯边缘变形，从而提高了电池的大电流充放电能力。

本实用新型的技术方案是通过以下方式实现的：一种设有电池垫片的卷绕式大容量锂离子电池，包括一个电芯，所述的电芯是将正极、隔膜和负极依次按顺序卷绕成所需形状，其特征在于：所述的电芯中间部位设有聚合物内置薄板。

所述的聚合物内置薄板的材质为耐电解液的聚合物材料，为PP、PPS或PE。

所述的聚合物内置薄板的长度不超出电芯整体的长度，不短于负极敷料区域的宽度。

所述的单个电芯的容量为2-50Ah。

本实用新型结构，在大容量电芯卷绕完成后，在其电芯中间部位增加一个聚合物内置薄板，使得整个电芯不致于因为拔出卷针而导致电芯边缘变形，同时使得电芯之间的极片贴合的更加紧密，提高了电池的大电流充放电能力。

附图说明

图1为现有技术的叠加式电芯的示意图。

图2为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

由图1知，是现有技术的叠加式电芯的示意图。是一部分集流体作为电流的引出电极，然后依次将正极、隔膜、负极通过层层叠加制作成目标容量的电芯，最后封装成电池。

由图2知，是本实施例的一种设有电池垫片的卷绕式大容量锂离子电池，包括一个电芯1，所述的电芯1是将正极、隔膜和负极依次按顺序卷绕成所需形状，在电芯1的中间部位设有聚合物内置薄板2。聚合物内置薄板2的材质为耐电解液的聚合物材料，为PP、PPS或PE。聚合物内置薄板2的长度不超出电芯整体的长度，不短于负极敷料区域的宽度。单个电芯1的容量为2-50Ah，优选为10Ah，如果容量过低，不必使用内置薄板，如果容量过高，整个电芯的制作过程较为复杂。

聚合物内置薄板2具有一定的厚度，厚度为卷针厚度的60%-90%，如果厚度太薄，其不到支撑电芯的作用，厚度太厚，会导致整体电芯较厚。聚合物内置薄板2具有一定的宽度，宽度为卷针宽度的90%-98%，如果宽度太小，其不到支撑电芯的作用，宽度太大，插入薄片时会损伤电芯。聚合物内置薄板2具有一定的长度，长度最长不超出电芯1整体，最短需大于负极敷料区域的宽度。如果太长，会影响到电芯的整体尺寸，如果太短，薄板起不到整体支撑的作用。

本实用新型的制作过程为：

正极片：选用水分含量小于200ppm，纯度在99.99%的NMP（N-甲基吡咯烷酮）溶液78份，加入5份PVDF1100，在双轴搅拌机内高速搅拌3小时后，称取Super-P导电剂3份、特密高公司生产的ks-6鳞片石墨导电剂2份，加入到配置好的PVDF胶液中，高速搅拌1小时后，称取选好的球形LiFePO₄材料90份加入到双轴搅拌机内，高速搅拌3小时，配置成混合均匀的浆料后，过200目筛网。将配置的浆料在实验小涂布机上均匀涂敷在15um厚的铝箔上，铝箔事先涂布了总计2um厚的纳米碳预涂层（双面），制成极片，极片双面敷料，双面敷料的面密度是0.02g/cm²，将极片碾压到2.1g/cm³的体密度。然后使用分切机分切成宽度为252毫米的正极片。

负极片：选用去离子水75份，加入1.5份CMC(羟甲基纤维素钠)在高速搅拌机内搅拌2小时后，加入石墨化度为85%的人造石墨97份，在高速搅拌下，搅拌2小时后，加入SBR胶液3份（50%固含）后，高速搅拌30分钟后，加入15份去离子水后，高速搅拌30分钟后，过120目的筛网，配置成混合均匀的负极浆料。将配置的浆料在实验小涂布机上均匀涂敷在8um厚的电解铜箔上，极片双面敷料，双面敷料的面密度是0.012g/cm²，将极片碾压到1.4g/cm³的体密度。然后使用分切机分切成宽度为255毫米的负极片。

依次将负极、隔膜、正极按照顺序卷绕成电芯1，在电芯1内置一个3mm(厚)*42mm（宽）*256mm（长）PP材料的聚合物内置薄板2。然后按照正常的铝塑膜电池的制作流程制作成电池，使用1M LiPF6 EC：DMC:EMC:VC(1:1:1:0.02 v/v)。电池制作完成后，测试电池的20C放电倍率放电至2.0V。同时拆解部分电芯，判断电芯拐角处的掉粉情况。

比较例：

选用实施例1中制得的正极、负极片，依次将负极、隔膜、正极按照顺序卷绕成电芯，电芯内部不内置薄板。然后按照正常的铝塑膜电池的制作流程制作成电池，使用1M LiPF6 EC：DMC:EMC:VC(1:1:1:0.02 v/v)。电池制作完成后，测试电池的20C放电倍率放电至2.0V同时拆解部分电芯，判断电芯拐角处的掉粉情况。

表一 ：拐角掉粉情况比较

	拐角掉粉情况
		实施例	无
比较例	较严重

表二： 不同倍率放电（以0.5C放电容量为基准）

  由上述表一和表二可知，电芯卷绕结束后，在电芯内置一个PP材料的聚合物内置薄板。制作成电池后，电池拐角避免掉粉现象，同时倍率性能也相应得到提高。

Claims (4)

1.一种设有电池垫片的卷绕式大容量锂离子电池，包括一个电芯（1），所述的电芯（1）是将正极、隔膜和负极依次按顺序卷绕成所需形状，其特征在于：所述的电芯（1）中间部位设有聚合物内置薄板（2）。

2.根据权利要求1所述的一种设有电池垫片的卷绕式大容量锂离子电池，其特征在于：所述的聚合物内置薄板（2）的材质为耐电解液的聚合物材料，为PP、PPS或PE。

3.根据权利要求1所述的一种电池垫片在锂离子电池中的应用，其特征在于：所述的聚合物内置薄板（2）的长度不超出电芯整体的长度，不短于负极敷料区域的宽度。

4.根据权利要求1所述的一种电池垫片在锂离子电池中的应用，其特征在于：所述的单个电芯（1）的容量为2-50Ah。

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