CN203377334U

CN203377334U - 锂离子电池

Info

Publication number: CN203377334U
Application number: CN201320470435.3U
Authority: CN
Inventors: 刘祥哲; 华斌
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd; Dongguan Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd; Dongguan Amperex Technology Ltd
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2023-08-02

Abstract

本实用新型提供了一种锂离子电池，其包括：正极极片，包括正极集流体和正极集流体正反表面上的正极活性材料层；正极极耳，电连接于正极集流体；负极极片，包括负极集流体和负极集流体正反表面上的负极活性材料层；负极极耳，电连接于负极集流体；隔离膜，位于正极极片和负极极片之间；正极极片具有相反的第一端和第二端且第一端位于正极极耳侧，负极极片具有相反的第一端和第二端且第一端位于负极极耳侧；正极极耳和负极极耳反向；正极活性材料层的厚度沿正极极片的第一端向第二端均匀降低；负极活性材料层的厚度沿负极极片的第一端向第二端均匀降低。由此电池能均匀吸收电解液、抑制变形、产热更加均匀，整体结构稳定，提高了安全性能。

Description

锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及一种电池，尤其涉及一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池越来越多的出现在人们的生活中，人们对于锂离子电池的大倍率放电等性能要求也越来越高。在大倍率放电的情况下，极片上的极耳引流容易造成极片表面电流密度的不同，导致极片表面极化程度不同，从而导致极片表面不同部位活性材料的利用率存在差异，进而使得电池容量、使用寿命等各项电化学性能恶化，电池使用成本随之增加，不利于产业化。

于2012年10月3日授权公告的中国专利CN202474092U公开了一种高功率锂离子电池极片及电池，其采用敷料层厚度沿极耳端向极片底端均匀降低的极片，以制备阴阳极耳位于层叠方向同侧的层叠式电池。采用这种结构的电池，电池极耳端活性材料量多，厚度大，电池底端活性材料量小，厚度相对较小，而电池在装配过程中被注入的电解液是均匀分布的，这样就会造成电池底端电解液吸收量过饱和而电池极耳端电解液吸收量不足的情况，电解液吸收量的不均匀会直接导致电池性能的恶化。电池在长期使用过程中，锂离子在阴阳两极活性材料之间进行往复地脱嵌，造成材料晶格结构的变化；阳极活性材料的结构变化比较显著，宏观表现为阳极的膨胀更明显，相同膨胀率的条件下，相对于厚度较小的电池底端，厚度大的极耳端膨胀会更大，进而导致整个电池提早变形和结构异常，容量随之衰减，循环性能变差，进而使用寿命缩短。另外，该种结构的电池在存储过程中也会有不同程度的膨胀和变形，导致存储性能变差。再者，相对于电池底端，电池的极耳端存在较大的电流密度，因此在使用过程中会产生更多的热量，必然导致极耳端的电池产热集中，热量不易散失，这会使电池在短路、针刺等滥用状况甚至正常使用状况下热量急剧膨胀，进而导致电池起火甚至爆炸，引发安全事故。

实用新型内容

鉴于背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种锂离子电池，其能保证锂离子电池在使用过程中不同部位均匀吸收电解液、抑制变形、产热更加均匀，从而使锂离子电池整体结构稳定，提高锂离子电池的安全性能。

本实用新型的另一目的在于提供一种锂离子电池，其能保证锂离子电池整体厚度均匀一致，外观平整优良。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种锂离子电池，其包括：正极极片，包括正极集流体和设置在正极集流体正反表面上的含有正极活性材料的正极活性材料层；正极极耳，设置并电连接于正极极片的正极集流体；负极极片，包括负极集流体和设置在负极集流体正反表面上的含有负极活性材料的负极活性材料层；负极极耳，设置并电连接于负极极片的负极集流体；以及隔离膜，位于正极极片和负极极片之间；其中，正极极片具有相反的第一端和第二端且第一端位于正极极耳与正极集流体电连接侧，负极极片具有相反的第一端和第二端且第一端位于负极极耳与负极集流体电连接侧；正极极耳和负极极耳反向设置；设置在正极集流体正反表面上的正极活性材料层的厚度沿正极极片的第一端向第二端的方向均匀降低；设置在负极集流体正反表面上的负极活性材料层的厚度沿负极极片的第一端向第二端的方向均匀降低。

本实用新型的有益效果如下：

（1）正极极耳与负极极耳反向引出、设置在正极集流体正反表面上的正极活性材料层的厚度沿正极极片的第一端向第二端的方向均匀降低、以及设置在负极集流体正反表面上的负极活性材料层的厚度沿负极极片的第一端向第二端的方向均匀降低，可有效保证锂离子电池在使用过程中不同部位均匀吸收电解液、抑制变形、锂离子电池整体结构稳定，从而提高锂离子电池的容量保持率和锂离子电池的循环性能、延长锂离子电池的使用寿命、提高锂离子电池的存储性能；使锂离子电池在使用过程中不同部位的产热更加均匀，热量也更加容易散失，不会因热量集中引起安全事故，提升了锂离子电池的安全性能。

（2）正极极耳与负极极耳反向引出、设置在正极集流体正反表面上的正极活性材料层的厚度沿正极极片的第一端向第二端的方向均匀降低、以及设置在负极集流体正反表面上的负极活性材料层的厚度沿负极极片的第一端向第二端的方向均匀降低，即正极极片与负极极片的厚薄区域错位相对，避免锂离子电池因正极极片和负极极片上的活性材料层厚厚相对、装配结构不合理引起的锂离子电池整体厚度不均、坍塌、变形，有效保证锂离子电池整体厚度均匀一致，外观平整优良。

（3）制造过程简单易控，易于产业化和市场化。

附图说明

图1为根据本实用新型的锂离子电池的外观示意图；

图2为图1的沿C-C线作出的剖面图，其中为了清楚起见，仅示出锂离子电池的一层正极极片、一层负极极片及一层隔离膜。

其中，附图标记说明如下：

1A正极极片 12B负极活性材料层

11A正极集流体 13B第一端

12A正极活性材料层 14B第二端

13A第一端 2B负极极耳

14A第二端 3隔离膜

2A正极极耳 4包装壳

1B负极极片 D_1A、D_2A、D_1B、D_2B厚度

11B负极集流体

具体实施方式

下面参照附图来详细说明根据本实用新型的锂离子电池。

参照图1和图2，根据本实用新型的锂离子电池包括：正极极片1A，包括正极集流体11A和设置在正极集流体11A正反表面（在图2中为上下表面）上的含有正极活性材料的正极活性材料层12A；正极极耳2A，设置并电连接于正极极片1A的正极集流体11A；负极极片1B，包括负极集流体11B和设置在负极集流体11B正反表面（在图2中为上下表面）上的含有负极活性材料的负极活性材料层12B；负极极耳2B，设置并电连接于负极极片1B的负极集流体11B；以及隔离膜3，位于正极极片1A和负极极片1B之间。其中，正极极片1A具有相反的第一端13A和第二端14A且第一端13A位于正极极耳2A与正极集流体11A电连接侧，负极极片1B具有相反的第一端13B和第二端14B且第一端13B位于负极极耳2B与负极集流体11B电连接侧；正极极耳2A和负极极耳2B反向设置；设置在正极集流体11A正反表面上的正极活性材料层12A的厚度沿正极极片1A的第一端13A向第二端14A的方向均匀降低，设置在负极集流体11B正反表面上的负极活性材料层12B的厚度沿负极极片1B的第一端13B向第二端14B的方向均匀降低。在这里进一步补充说明的是，正极极片1A的第一端13A处于正极极耳2A自正极集流体11A上向外延伸出（即向图2的右侧延伸）的那侧，正极极片1A的第二端14A处于正极极耳2A的反向延伸线（即向图2的左侧）所到达的正极极片1A的相应边缘处的那侧；负极极片1B的第一端13B处于负极极耳2B自负极集流体11B向外延伸出（即向图2中的左侧）的那侧，负极极片1B的第二端14B处于负极极耳2B的反向延伸线（即向图2中的右侧）所到达的负极极片1B的相应边缘处的那侧。正极极耳2A与负极极耳2B反向引出、设置在正极集流体11A正反表面上的正极活性材料层12A的厚度沿正极极片1A的第一端13A向第二端14A的方向均匀降低、以及设置在负极集流体11B正反表面上的负极活性材料层12B的厚度沿负极极片1B的第一端13B向第二端14B的方向均匀降低，可有效保证锂离子电池在使用过程中不同部位抑制变形、锂离子电池整体结构稳定，从而提高锂离子电池的容量保持率和锂离子电池的循环性能、延长锂离子电池的使用寿命、提高锂离子电池的存储性能；同时可使锂离子电池在使用过程中不同部位的产热更加均匀，热量也更加容易散失，不会因热量集中引起安全事故，提升了锂离子电池的安全性能。正极极耳2A与负极极耳2B反向引出、设置在正极集流体11A正反表面上的正极活性材料层12A的厚度沿正极极片1A的第一端13A向第二端14A的方向均匀降低、以及设置在负极集流体11B正反表面上的负极活性材料层12B的厚度沿负极极片1B的第一端13B向第二端14B的方向均匀降低，可有效降低锂离子电池在充放电过程中的极化，使正极极片1A和负极极片1B表面不同部位的电流密度分布均匀，提高正极极片1A和负极极片1B表面不同部位活性材料的利用率，降低产业化成本，同时也可有效促进活性材料发挥其电化学性能，由此表现为电池容量的提升，使用寿命延长等。正极极片1A与负极极片1B的厚薄区域错位相对，避免锂离子电池因正极极片1A的活性材料层12A和负极极片1B上的活性材料层12B厚厚相对、装配结构不合理引起的锂离子电池整体厚度不均、坍塌、变形，有效保证锂离子电池整体厚度均匀一致，外观平整优良。

在正极集流体11A的一实施例中，正极集流体11A的材质可为铝。优选地，正极集流体11A各部位的厚度均匀。

在负极集流体11B的一实施例中，负极集流体11B的材质可为铜。优选地，正负极集流体11B各部位的厚度均匀。

在根据本实用新型的锂离子电池的一实施例中，参照图2，设置在正极集流体11A正反表面上的正极活性材料层12A在正极集流体11A上不同部位的体积密度相同且相对正极集流体11A对称分布。

在根据本实用新型的锂离子电池的一实施例中，参照图2，设置在负极集流体11B正反表面上的负极活性材料层12B在负极集流体11B上不同部位的体积密度相同且相对负极集流体11B对称分布。

在根据本实用新型的锂离子电池的一实施例中，参照图2，沿正极极片1A的第一端13A至第二端14A的方向或负极极片1B的第一端13B至第二端14B的方向之一，负极活性材料层12B的厚度、负极集流体11B的厚度、正极活性材料层12A的厚度、以及正极集流体11A的厚度之和在各处一致。

在根据本实用新型的锂离子电池的一实施例中，正极极片1A在第一端13A处的厚度D_1A与正极极片1A在第二端14A处的厚度D_2A之比值为1.02～3。

在根据本实用新型的锂离子电池的一实施例中，负极极片1B在第一端13B处的厚度D_1B与负极极片1B在第二端14B处的厚度D_2B之比值为1.02～3。

在根据本实用新型的锂离子电池的一实施例中，为保证容量平衡系数，负极极片1B在第二端14B处的厚度D_2B与正极极片1A在第一端13A处的厚度D_1A的比值为1.05～1.4，优选为1.08。由此，保证锂离子电池在充电过程中从正极活性材料层12A游离出的锂离子可以完全嵌入到负极活性材料层12B中，降低极化，避免出现负极极片1B的表面出现锂枝晶，进而避免锂离子电池内部短路，提高锂离子电池的安全性能。

在正极极耳2A的一实施例中，正极极耳2A的材质可为镍。在一实施例中，正极极耳2A由正极集流体11A直接切出。在另一实施例中，正极极耳2A为单独件且可通过焊接、铆接或粘结与正极集流体11A电连接，焊接方式可为超声波焊或电阻焊。

在负极极耳2B的一实施例中，负极极耳2B的材质可为铜。在一实施例中，负极极耳2B由负极集流体11B直接切出。在另一实施例中，负极极耳2B为单独件且可通过焊接、铆接或粘结与负极集流体11B电连接，焊接方式可为超声波焊，电阻焊。

在隔离膜3的一实施例中，隔离膜3的材质可为聚丙烯。

在根据本实用新型的锂离子电池中，参照图1和图2，所述锂离子电池还可包括：包装壳4，将正极极片1A、负极极片1B以及隔离膜3形成的电芯封装于其内。

在包装壳4的一实施例中，包装壳4的材料可为铝塑膜。由此，可以保证正极极耳2A和负极极耳2B均密封良好。

在根据本实用新型的锂离子电池中，正极极片1A、负极极片1B以及隔离膜3形成的电芯可为卷绕式或层叠式，可根据锂离子电池的各种应用需求进行选择。

在根据本实用新型的锂离子电池中，所述锂离子电池的外形可为方形（参照图1）、圆柱形、扁圆柱形或异形。

下面简单介绍根据本实用新型的锂离子电池的制备。

正极集流体11A为厚度均匀的12μm铝箔，正极极耳2A为铝带，正极极耳2A与正极集流体11A超声焊接，正极集流体11A正反表面上涂覆并压实有正极活性材料层12A，正极极片1A在第一端13A处的厚度D_1A为135μm，正极极片1A在第二端14A处的厚度D_2A为120μm，正极极片1A的长度为540mm（即垂直于图2的纸面的方向上的长度）。

负极集流体11B为厚度均匀的8μm铜箔，负极极耳2B为镍带，负极极耳2B与负极集流体11B电阻焊接，负极集流体11B正反表面上涂覆并压实有负极活性材料层12B，负极极片1B在第一端13B处的厚度D_1B为165μm，负极极片1B在第二端14B处的厚度D_2B为145μm，负极极片1B的长度为550mm（即垂直于图2的纸面的方向上的长度）。上述涂覆和压实工序中通过调节涂覆辊和压实辊两端不同辊隙来实现正极活性材料层12A的厚度沿正极极片1A的第一端13A向第二端14A的方向均匀降低以及负极活性材料层12B的厚度沿负极极片1B的第一端13B向第二端14B的方向梯度均匀降低。

隔离膜3为单层PP，厚度为13μm，总长度为1100mm（即垂直于图2的纸面的方向上的长度）。

以制备卷绕式锂离子电池为例，除卷绕首端和最后一层，卷绕过程是单张正极极片1A、单张负极极片1B和两张隔离膜3一起卷绕，即每层包括一张正极极片1A、一张负极极片1B和两片隔离膜3。将正极极耳2A和负极极耳2B反向设置，由此正极极片1A的第一端13A与负极极片1B的第二端14B对应（即在图2中均处于右侧），正极极片1A的第二端14A与负极极片1B的第一端13B对应（即在图2中均处于左侧）；将单张正极极片1A、单张负极极片1B和正极极片1A与负极极片1B之间的隔离膜3沿长度方向逐层卷绕，可以根据需要将正极极片1A、负极极片1B和隔离膜3卷绕成方形、圆柱形、扁柱形（如图1中所示为方形），也可根据需要灵活选择正极极片1A、负极极片1B和隔离膜3的插入方式、以及最后一层的终止方式等，卷绕时的张紧力度一致。在整个卷绕过程中，负极极片1B在第二端14B处的厚度D_2B与正极极片1A在第一端13A处的厚度D_1A的比值为1.07（即145μm/135μm=1.07）。卷绕后的电芯的外层为隔离膜3，卷绕而成的电芯经压制定型。采用的包装壳4为铝塑膜，最后将压制成型的电芯封装于包装壳4。

Claims

1.一种锂离子电池，包括：

正极极片（1A），包括正极集流体（11A）和设置在正极集流体（11A）正反表面上的含有正极活性材料的正极活性材料层（12A）；

正极极耳（2A），设置并电连接于正极极片（1A）的正极集流体（11A）；

负极极片（1B），包括负极集流体（11B）和设置在负极集流体（11B）正反表面上的含有负极活性材料的负极活性材料层（12B）；

负极极耳（2B），设置并电连接于负极极片（1B）的负极集流体（11B）；以及

隔离膜（3），位于正极极片（1A）和负极极片（1B）之间；

其中，正极极片（1A）具有相反的第一端（13A）和第二端（14A）且第一端（13A）位于正极极耳（2A）与正极集流体（11A）电连接侧，负极极片（1B）具有相反的第一端（13B）和第二端（14B）且第一端（13B）位于负极极耳（2B）与负极集流体（11B）电连接侧；

其特征在于，

正极极耳（2A）和负极极耳（2B）反向设置；

设置在正极集流体（11A）正反表面上的正极活性材料层（12A）的厚度沿正极极片（1A）的第一端（13A）向第二端（14A）的方向均匀降低；

设置在负极集流体（11B）正反表面上的负极活性材料层（12B）的厚度沿负极极片（1B）的第一端（13B）向第二端（14B）的方向均匀降低。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，设置在正极集流体（11A）正反表面上的正极活性材料层（12A）在正极集流体（11A）上不同部位的体积密度相同、且相对正极集流体（11A）对称分布。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，设置在负极集流体（11B）正反表面上的负极活性材料层（12B）在负极集流体（11B）上不同部位的体积密度相同、且相对负极集流体（11B）对称分布。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，沿正极极片（1A）的第一端（13A）至第二端（14A）的方向或负极极片（1B）的第一端（13B）至第二端（14B）的方向之一，负极活性材料层（12B）的厚度、负极集流体（11B）的厚度、正极活性材料层（12A）的厚度、以及正极集流体（11A）的厚度之和在各处一致。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，正极极片（1A）在第一端（13A）处的厚度（D_1A）与正极极片（1A）在第二端（14A）处的厚度（D_2A）之比值为1.02～3。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，负极极片（1B）在第一端（13B）处的厚度（D_1B）与负极极片（1B）在第二端（14B）处的厚度（D_2B）之比值为1.02～3。

7.根据权利要求5或6所述的锂离子电池，其特征在于，负极极片（1B）在第二端（14B）处的厚度（D_2B）与正极极片（1A）在第一端（13A）处的厚度（D_1A）的比值为1.05～1.4。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，负极极片（1B）在第二端（14B）处的厚度（D_2B）与正极极片（1A）在第一端（13A）处的厚度（D_1A）的比值优选为1.08。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，正极极耳（2A）由正极集流体（11A）直接切出或者正极极耳（2A）通过焊接、铆接或粘结与正极集流体（11A）电连接；

负极极耳（2B）由负极集流体（11B）直接切出或者负极极耳（2B）通过焊接、铆接或粘结与负极集流体（11B）电连接。

10.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池还包括：

包装壳（4），将正极极片（1A）、负极极片（1B）以及隔离膜（3）形成的电芯封装于其内。