CN202905855U - 一种锂离子二次电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种锂离子二次电池，属于锂离子二次电池技术领域。本实用新型的锂离子二次电池，包括电池壳（1）、铝塑膜封装袋（2）、极芯（3）、正极极耳（4）、负极极耳（5），所述的极芯（3）由内向外依次为负极层（6）、第一隔膜层（7）、正极层（8）和第二隔膜层（9），所述的负极层（6）包括集流体（10）以及涂覆在集流体（10）一面或者两面的负极材料层（11），所述的负极材料层（11）上涂覆有无机材料层（12）。本实用新型在负极材料层上涂覆的无机材料层可有效抑制锂枝晶的生长，大大减少了电池内部短路的几率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电池，更具体地说，本实用新型涉及一种锂离子二次电池，属于锂离子二次电池技术领域。
背景技术
和其它化学电源相比，锂电池以其长寿命和高功率特性等优势成功并广泛应用于终端移动电子设备领域。随着信息技术的迅速发展，以移动电话、笔记本电脑为代表的便携式设备不断向小型化、薄型化方向发展，因此对电池的能量密度提出更高的要求。为了提高电池的能量密度，各国研究机构和企业做出了诸多研究和尝试，如提高电极活性材料比容量；减少电池隔膜材料厚度进而增加电池中活性材料的含量等，这些方法都将降低电池的安全性、尤其是在滥用情况下的安全性。
目前已商品化的锂电池的内部结构通常包括：正极和负极以及含有锂盐的液态电解质和隔离正负极的离子交换膜组成，其中负极的结构为集流体以及涂敷在集流体上的负极材料层所构成。众所周知，目前已商业化的锂电池负极材料都采用石墨类的碳材料。由于石墨的插锂电位较低（0.2V、0.12 V、0.08 V, 相对于Li+/Li）,在充放电过程中，极易形成锂枝晶，刺穿隔膜，造成正负极短路，存在很大的安全隐患。
国家知识产权局于2009.4.22公开了一件申请号200810170246.8，名称为“负极和电池”的发明专利，该发明公开了一种负极和电池，该电池可获得优异的循环特性及安全性。该电池包括正极、负极和电解液。电解液浸渍设置在正极和负极之间的隔膜。该负极在设置在负极集电体上的负极活性物质层上具有绝缘涂层。该涂层包括诸如金属氢氧化物和金属氧化物的绝缘材料。涂层为板状，且被分割为多个部分。该涂层的绝缘性能避免了内部短路的发生。该涂层的多个部分避免了负极活性物质层的脱落和电解液的分解。而且，即使当短路发生时，也可由涂层的热吸收特性而避免发热。
对于申请号200810170246.8，名称为“负极和电池”的发明专利有如下问题：
1.涂层的结构为板状（块状），该结构的涂层在其边缘处容易堆积锂离子而形成锂枝晶，反而不安全；
2.涂层的制备方法是电解镀法，在镀膜的过程中受到边缘效应的影响，电极边缘厚，中间薄，会造成电池的一致性差以及自放电高的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种锂离子二次电池，使得锂电池在充放电过程中形成的锂枝晶不会刺穿隔膜，避免造成正负极短路。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种锂离子二次电池，包括电池壳、铝塑膜封装袋、极芯、正极极耳、负极极耳，所述的极芯由内向外依次为负极层、隔膜层、正极层和隔膜层，其特征在于：所述的负极层包括集流体以及涂覆在集流体一面或者两面的负极材料层，所述的负极材料层上涂覆有无机材料层。
本实用新型所述的无机材料层为化学性质稳定的无机氧化物层，比如三氧化二铝层、二氧化硅层、氧化镁层、氮化硅层、碳化硅层、氧化锆层中的一种或多种。
本实用新型所述的无机材料层的厚度为5～45微米。
本实用新型所述的无机材料层的粒径常规为20～500nm，优选的为50～150nm。
本实用新型所述的负极材料选用本领域常规的材料，可以为人造石墨、天然石墨、无定型碳、硬炭中的一种或多种。
本实用新型带来的有益技术效果是：
1、本实用新型在负极材料层上涂覆的无机材料层可有效抑制锂枝晶的生长，大大减少了电池内部短路的几率；
2、本实用新型在负极材料层上涂覆的无机材料层可以避免电池内部温度过高的情况下由于隔膜收缩而导致正负极直接接触，进一步减少电池热失控的风险；
3、本实用新型在负极材料层上涂覆的无机涂层具有较高的比表面积和孔隙率，可以增加电池的保液性能，进而提高电池的循环性能和使用寿命；
4、本实用新型中，选用的无机材料层的厚度使得既能有效抑制锂枝晶的生长，同时也不会影响电解液的渗透；选用的无机材料层的粒径既可以得到比较大的比表面积，同时也不会影响材料的其它性能。
附图说明
图1是本实用新型锂离子二次电池的结构示意图。
图2是传统的锂离子二次电池负极极片结构图
图3是本实用新型锂离子二次电池负极极片结构图。
附图标记：1为电池壳、2为负铝塑膜封装袋、3为极芯、4为正极极耳、5为负极极耳、6为负极层、7为第一隔膜、8为正极层、9为第二隔膜层、10为集流体、11为负极材料层、12为无机材料层。
具体实施方式
实施例1
一种锂离子二次电池，包括电池壳1、铝塑膜封装袋2、极芯3、正极极耳4、负极极耳5，所述的极芯3由内向外依次为负极层6、第一隔膜层7、正极层8和第二隔膜层9，其特征在于：所述的负极层6包括集流体10以及涂覆在集流体10一面或者两面的负极材料层11，所述的负极材料层11上涂覆有无机材料层12。
在上述基本技术方案的基础上：
所述的无机材料层12为无机氧化物层。
实施例2
一种锂离子二次电池，包括电池壳1、铝塑膜封装袋2、极芯3、正极极耳4、负极极耳5，所述的极芯3由内向外依次为负极层6、第一隔膜层7、正极层8和第二隔膜层9，其特征在于：所述的负极层6包括集流体10以及涂覆在集流体10一面或者两面的负极材料层11，所述的负极材料层11上涂覆有无机材料层12。
在上述基本技术方案的基础上：
所述的无机材料层12为无机氧化物层。
在上述两种方案的基础上，优选的：
所述的无机材料层12的厚度为5微米。
所述的无机材料层12的粒径为50nm。
实施例3
一种锂离子二次电池，包括电池壳1、铝塑膜封装袋2、极芯3、正极极耳4、负极极耳5，所述的极芯3由内向外依次为负极层6、第一隔膜层7、正极层8和第二隔膜层9，其特征在于：所述的负极层6包括集流体10以及涂覆在集流体10一面或者两面的负极材料层11，所述的负极材料层11上涂覆有无机材料层12。
在上述基本技术方案的基础上：
所述的无机材料层12为无机氧化物层。
在上述两种方案的基础上，优选的：
所述的无机材料层12的厚度为45微米。
所述的无机材料层12的粒径为150nm。
实施例4
一种锂离子二次电池，包括电池壳1、铝塑膜封装袋2、极芯3、正极极耳4、负极极耳5，所述的极芯3由内向外依次为负极层6、第一隔膜层7、正极层8和第二隔膜层9，其特征在于：所述的负极层6包括集流体10以及涂覆在集流体10一面或者两面的负极材料层11，所述的负极材料层11上涂覆有无机材料层12。
在上述基本技术方案的基础上：
所述的无机材料层12为无机氧化物层。
在上述两种方案的基础上，优选的：
所述的无机材料层12的厚度为31微米。
所述的无机材料层12的粒径为126nm。
实施例5
1、负极极片制备方法（常规技术手段）：
先将负极材料均匀的涂敷到集流体10上面，需注意涂膜后要确保在充放循环中不掉粉粒、不溶胀脱粉、成膜结构不会被破坏、烘干时加热要均匀、要准确地控制烘片的温度、时间和烘干程度，烘干后，将已烘干的极片放入恒温干燥箱中，使极片自然冷却。
进一步在已经涂敷有负极材料层11的集流体10表面均匀的涂敷一层无机材料层12，须严格控制无机材料层12的厚度，该厚度范围为5～45微米，烘干、冷却后备用。
再进一步，该无机材料层12可以为三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁、氮化硅、碳化硅、氧化锆中的一种或多种。
再进一步，所述的负极材料层11可以为人造石墨、天然石墨、无定型碳、硬炭中的一种或多种。
现举出一种具体实施列如下：
将天然石墨均匀涂敷到负极集流体铜箔上面，铜箔厚度为12微米，涂膜温度为25℃±2℃、45％的相对温度、防尘，烘干后放入恒温干燥箱中，使片中的PVDF达到熔融状态后自然冷却，完全冷却后在负极表面均匀的涂敷一层无机材料层，该厚度范围为5-45微米，烘干、冷却后备用。
2、锂离子二次电池制备方法（常规技术手段）：
A、制备正极浆料
将正极材料、导电剂、粘接剂和溶剂均匀混合得到正极浆料；
B、制备正极层
将步骤A所制备的正极浆料均匀涂覆在正极集流体的一面或者两面，形成正极材料层，涂覆厚度为100～250微米，正极材料层与正极集流体形成正极层；
C、制备负极浆料
将碳材料、导电剂、粘接剂和溶剂均匀混合得到负极浆料；
D、涂覆负极浆料
将步骤C所制备的负极浆料均匀涂覆在负极集流体的一面或者两面，形成碳材料层，涂覆厚度为50～100微米；烘干，待完全冷却后在负极材料表面均匀的涂敷一层无机涂层，该厚度范围为5-45微米，烘干、冷却后备用。
E、制备极芯
将正极层、负极层和隔膜按照由内而外依次为负极层、隔膜层、正极层和隔膜层的顺序，采用常规工艺卷绕，制成极芯；
F、热封
采用本领域技术人员所公知的方法，将步骤E制成的极芯放入铝塑膜封装袋中并热封，制成电芯；
G、注液
采用本领域技术人员所公知的方法，将电解液注入步骤F所得电芯中并静置；
H、一次化成
采用本领域技术人员所公知的方法，对注液后的电芯进行一次化成处理；
I、分容
采用本领域技术人员共知的方法测试出电池的容量，即得到最终的锂离子二次电池产品。
步骤B中所述的涂覆厚度为150～200微米。
步骤D中所述的涂覆厚度为75～120微米。
步骤G中所述的将电解液注入步骤F所得电芯中并静置是指首先抽真空至真空度≥-85kPa，然后在0.1～0.3MPa下注液，最后静置3～15min完成注液。
步骤H中所述的一次化成处理是指采用0.05C的电流将电芯充电到70%SOC状态。
步骤I中所述的测试出电池的容量的具体步骤为：
a、恒流放电 电流：0.5C，截止电压：2.5V；搁置时间：10min；
b、恒流恒压充电 电流：0.5C，上限电压：3.8V，截止电流：0.05C；搁置时间：10min；
c、恒流放电： 电流：0.5C，截止电压：2.5V；搁置时间： 10min；
d、恒流充电： 电流：0.5C，上限电压：3.3V。
所述惰性气氛为本领域共知的任何惰性气体，优选为氩气或者氮气。
所述电解液含有锂盐和非水溶剂，所述锂盐可以为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、全氟丁基磺酸锂、铝酸锂、氯铝酸锂、氟代磺酰亚胺锂、氯化锂和碘化锂中的一种或多种；所述非水溶剂可以为γ-丁内酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯、酸酐、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、乙腈、环丁砜、二甲亚砜、亚硫酸二甲酯以及其它含氟、含硫或不饱和键的环状有机酯中的一种或几种；所述锂盐在电解液中的浓度可以为0.3～4摩尔/升，优选为0.5～2摩尔/升。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本实用新型后，可以根据设计的需要，制作各种大容量型锂电池电芯，并且生产效率高，适宜于规模化生产。
Claims (4)
1.一种锂离子二次电池，包括电池壳（1）、铝塑膜封装袋（2）、极芯（3）、正极极耳（4）、负极极耳（5），所述的极芯（3）由内向外依次为负极层（6）、第一隔膜层（7）、正极层（8）和第二隔膜层（9），其特征在于：所述的负极层（6）包括集流体（10）以及涂覆在集流体（10）一面或者两面的负极材料层（11），所述的负极材料层（11）上涂覆有无机材料层（12）。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子二次电池，其特征在于：所述的无机材料层（12）为无机氧化物层。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子二次电池，其特征在于：所述的无机材料层（12）的厚度为5～45微米。
4.根据权利要求1或2所述的一种锂离子二次电池，其特征在于：所述的无机材料层（12）的粒径为50～150nm。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106423738A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-02-22 | 天津力神电池股份有限公司 | 一种连续稳定的涂敷在线点胶设备 |
| CN109616612A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-04-12 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种电极及锂离子电池 |
| CN110416492A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-05 | 珠海格力电器股份有限公司 | 负极极片和电化学电池 |
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2012
- 2012-10-17 CN CN2012205309431U patent/CN202905855U/zh not_active Expired - Lifetime
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