CN203434247U - 镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池 - Google Patents

镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池，包括镀镍钢壳，和设在镀镍钢壳内部的锂离子电芯，锂离子电芯的上部和下部分别设有上绝缘片和下绝缘片，镀镍钢壳上部的机械封口上设有盖帽；所述锂离子电芯包括依次叠置并卷绕的正极片、第一隔膜，负极片和第二隔膜；具有装配简单，成品率高，循环性能好，且可提高电池耐过充、短路、针刺、挤压、冲击等安全性能的优点。

Description

镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池
技术领域
本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高安全性的镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池。 
背景技术
锂离子电池具有输出电压高，比能量高，放电电压平稳，循环寿命长的特点。所以锂离子电池已经广泛应用于笔记本电脑，数码相机，手机领域。并越来越多的在动力领域、储能领域得到了应用。动力领域，锂离子电池应用到电动工具、电动玩具、电动车辆上时，需要电池有更好的大电流充放电性能。 
目前已经规模化生产的锂离子电池有圆柱钢壳电池、方形钢铝壳电池、方形软包电池。方形电池虽然尺寸灵活、装配方便、极耳引出端大小尺寸调整灵活更适合做大倍率放电电池，但是方形电池叠片组装复杂，耐压性能差。而圆柱型电池生产工艺相对简单，耐压性能好，并且可以直接取代镍铬、镍氢等传统电池，具有广阔的应用领域和发展前景。但是为了提高圆柱型锂离子电池的倍率性能，现有技术只是简单在传统电池设计的极片上随意增加极耳引出端，而极片结构没有相应的光箔和胶纸改进，电解液也没有相应的改变，造成生产工艺复杂的同时，也增加了电池使用过程中的安全隐患。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种装配简单，成品率高，且可提高电池耐过充、短路、针刺、挤压、冲击等安全性能的镍钴 锰酸锂圆柱型高倍率电池。 
本实用新型的目的是这样实现的：该圆柱型高倍率电池包括镀镍钢壳，和设在镀镍钢壳内部的锂离子电芯，锂离子电芯的上部和下部分别设有上绝缘片和下绝缘片，镀镍钢壳上部的机械封口上设有盖帽；所述锂离子电芯包括依次叠置并卷绕的正极片、第一隔膜，负极片和第二隔膜，所述正极片包括铝箔，所述的铝箔的内圈表面和外圈表面上分别设有正极活性物质层，所述内圈和外圈正极活性物质层尾端分别与铝箔内圈和外圈尾端的距离为45mm～75mm，铝箔内圈正极活性物质层的中间位置上设有正极引出端，正极引出端上部设有正极耳，所述负极片包括铜箔，所述的铜箔的内圈和外圈的表面上分别设有负极活性物质层，内圈的负极活性物质层与铜箔内圈首端的距离为15mm～40mm，其与铜箔内圈尾端的距离为50mm～80mm，外圈的负极活性物质层与铜箔外圈首端的距离为15mm～40mm，其与铜箔外圈尾端的距离为100mm～130mm，铜箔内圈首端设有负极第一引出端，负极第一引出端上部设有第一负极耳，铜箔内圈尾端靠近负极活性物质层的位置上设有负极第二引出端，负极第二引出端上部设有第二负极耳，所述正极耳穿过上绝缘片与盖帽相连，所述第一负极耳和第二负极耳分别穿过下绝缘片与镀镍钢壳的底部相连。 
所述正极耳的材质为铝，第一负极耳和第二负极耳的材质为铜。 
所述正极片的首端，正极片的正极引出端和正极片尾端靠近正极活性物质层的位置，其内圈和外圈表面上分别设有高温胶带。 
所述铜箔负极第二引出端的内外圈位置上分别设有高温胶带。 
所述高温胶带的宽度为10mm～30mm。 
按照上述方案制成的镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池，克服传统观念通过对 正极引出端和负极引出端位置的设定，和高温胶带的粘贴位置和方式的设定，可有效提高电池生产效率和减少制程缺陷，并通过与第一隔膜和第二隔膜的配合使用，选用含特殊添加剂的电解液互相配合，使电池破坏性安全性能测试100％合格；具有装配简单，成品率高，循环性能好，且可提高电池耐过充、短路、针刺、挤压、冲击等安全性能的优点。 
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。 
图2为本实用新型正极片的结构示意图 
图3为本实用新型负极片内圈的结构示意图。 
图4为本实用新型负极片外圈的结构示意图。 
图5是本实用新型的锂离子电芯结构示意图。 
图5从上至下依次为正极片，负极片内圈和负极片内圈。 
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实用新型为镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池，该圆柱型高倍率电池包括镀镍钢壳1，和设在镀镍钢壳1内部的锂离子电芯2，锂离子电芯2的上部和下部分别设有上绝缘片3和下绝缘片4，镀镍钢壳1上部的机械封口上设有盖帽5；所述锂离子电芯2包括依次叠置并卷绕的正极片6、第一隔膜7，负极片8和第二隔膜9，所述正极片6包括铝箔，所述的铝箔的内圈表面和外圈表面上分别设有正极活性物质层13，所述内圈和外圈正极活性物质层13尾端分别与铝箔内圈和外圈尾端的距离为45mm～75mm，铝箔内圈正极活性物质层13的中间位置上设有正极引出端，正极引出端上部设有正极耳10，所述负极片8包括铜箔，所述的铜箔的内圈和外圈的表面上分别设有负极活性物质层14，内圈的负极活性物质层14与铜箔内圈首端的距离为15 mm～40mm，其与铜箔内圈尾端的距离为50mm～80mm，外圈的负极活性物质层14与铜箔外圈首端的距离为15mm～40mm，其与铜箔外圈尾端的距离为100mm～130mm，铜箔内圈首端设有负极第一引出端，负极第一引出端上部设有第一负极耳12，铜箔内圈尾端靠近负极活性物质层14的位置上设有负极第二引出端，负极第二引出端上部设有第二负极耳11，所述正极耳10穿过上绝缘片3与盖帽5相连，所述第一负极耳12和第二负极耳11分别穿过下绝缘片4与镀镍钢壳1的底部相连。所述正极耳10的材质为铝，第一负极耳12和第二负极耳11的材质为铜。所述正极片6的首端，正极片6的正极引出端和正极片6尾端靠近正极活性物质层13的位置，其内圈和外圈上分别设有高温胶带15。所述铜箔负极第二引出端的内外圈位置上分别设有高温胶带15。所述高温胶带15的宽度为10mm～30mm。本实用新型中所述的该圆柱型高倍率电池适用于小型容量不超过3000mAh的锂离子电池。本实用新型中正极活性物质层13的面密度100-150g/m2，负极活性物质层14的面密度50-80g/m2。 
一种镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池的制备方法，包括如下步骤： 
步骤一：制备正极活性物质：包括下列按照重量份数的原料混合制成：1份～3份粘结剂、92份～95份镍钴锰酸锂、1份～3份导电炭黑，1份～3份导电石墨和33份～82份N-甲基吡咯烷酮； 
步骤二：制备负极活性物质：包括下列按照重量份数的原料混合制成：92份～95份石墨、1份～3份导电炭黑，3份～5份粘结剂和100份～150份去离子水的混合物； 
步骤三：正极片6的制备：将步骤一中制备的正极活性物质分别涂覆到铝箔的内圈和外圈的表面上，然后将其放置在隧道烘箱内，在70℃～130℃的温度 下烘干2min～8min，内圈表面和外圈表面的正极活性物质尾端分别与铝箔内圈表面和外圈表面尾端的距离为45mm～75mm的正极片6； 
步骤四：负极片8的制备：将步骤二中制备的负极活性物质分别涂覆铜箔的内圈表面和外圈表面上，然后将其放置在隧道烘箱内，在70℃～130℃的温度下烘干2min～8min，内圈表面的负极活性物质层14与铜箔内圈首端的距离为15mm～40mm，其与铜箔内圈尾端的距离为50mm～80mm，外圈的负极活性物质层14与铜箔外圈首端的距离为15mm～40mm，其与铜箔外圈尾端的距离为100mm～130mm的负极片8； 
步骤五：正极耳10的安装：使步骤三中涂覆正极活性物质的正极片6内圈正极活性物质层13的中间位置上焊接正极耳10，正极耳10下部的正极活性物质层13的位置上为正极引出端，在正极引出端，正极片6的首端和正极片6尾端靠近正极活性物质层13的位置上，其内圈和外圈分别贴有宽度为10mm～30mm高温胶带15； 
步骤六：负极耳的安装：使步骤四中涂覆负极活性物质的负极片8内圈的首端焊接第一负极耳12，第一负极耳12下部的负极片8相应的位置为负极第一引出端，在负极片8内圈尾端靠近负极活性物质层14的位置上焊接第二负极耳11，第二负极耳11下部的负极片8相应的位置为负极第二引出端，负极第二引出端在负极片8内圈和外圈相应的位置上分别贴有宽度为10mm～30mm高温胶带15； 
步骤七：制备锂离子电芯2：将步骤五中安装好正极耳的正极片6和步骤六中安装好负极耳的负极片8分别通过真空烘箱，在80℃～120℃环境下，烘干8h～12h，然后按照正极片6、第一隔膜7，负极片8和第二隔膜9的顺序依次 叠加后卷绕，通过卷针为2.5mm～4mm的自动卷绕机卷绕，正极片6和负极片8卷绕结束即可，卷绕后锂离子电芯2的外径与镀镍钢壳1的内经比为内径比为95％～100％； 
步骤八：安装上绝缘片3和下绝缘片4：正极耳10安装在步骤七中的锂离子电芯2的顶部，第一负极耳12和第二负极耳11安装在步骤七中的锂离子电芯2的底部，使正极耳10穿过上绝缘片3，且上绝缘片3与锂离子电芯2的顶部相连，使第一负极耳12和第二负极耳11穿过下绝缘片4，且下绝缘片4与锂离子电芯2的底部相连，第一负极耳12和第二负极耳11通过锂离子电芯2的中心； 
步骤九：焊底工序：将步骤八中安装上绝缘片3和下绝缘片4的锂离子电芯2放入镀镍钢壳1中，将第一负极耳12和第二负极耳11焊接与镀镍钢壳1的底部，其焊接后的断开拉力大于10N； 
步骤十：滚槽工序：将步骤九中进行焊底工序后的镀镍钢壳1的口部进行滚槽处理； 
步骤十一：烘干工序：将步骤十中进行滚槽处理后镀镍钢壳1的内部锂离子电芯2进行烘干，使用真空烘烤箱在75℃～85℃的温度环境中，烘干24h～60h； 
步骤十二：注入电解液工序：将电解液注入到完成步骤十一烘干工序后的镀镍钢壳内部，该圆柱型高倍率电池为小型容量不超过3000mAh的镍钴锰酸锂电池，其电解液的注入量为3g/Ah～5g/Ah； 
步骤十三：封口工序：将步骤十二中注入电解液工序后的镀镍钢壳1进行封口处理，即将镀镍钢壳1的顶部安装盖帽5，且使盖帽5与正极耳10焊接； 
步骤十四：化成分容工序：将步骤十三中进行封口工序后的圆柱型高倍率电池首先以0.02C～0.05C电流充电4h，然后以0.1C～0.2C电流充电6h，最后以0.5C电流充放2次，记录最后一次放电容量，大于设计标称容量为合格，即成成品。 
所述步骤一和步骤二中的粘结剂选自1％～2％的羧甲基纤维素钠和2％～3％的丁本橡胶的混合物，聚偏二氟乙烯，水性胶中的一种。所述步骤七中的第一隔膜7和第二隔膜9选自聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜，单层聚丙烯隔膜或单层聚乙烯隔膜中的一种，其中，第一隔膜7和第二隔膜9的厚度为8μm～25μm，其孔隙率30％～45％。所述电解液为EC、EMC、DMC，溶质为LiPF6为基础有机电解液中添加1％～4％联苯或者1％～4％环己基苯的一种或两种的混合物。所述正极耳10为长为26mm～72mm，宽为4mm～6mm，厚为0.10mm～0.15mm的铝极耳，所述第一负极耳12和第二负极耳11为长为26mm～70mm，宽为3mm～4mm，厚为0.06mm～0.10mm的铜极耳。第一隔膜7和第二隔膜9的材质在选用时必须保持一致。制备正极活性物质时，混合物的固体的重量为混合物重量的55％～75％；制备负极活性物质时，混合物的固体的重量为该混合物重量的40％～50％。 
使用本实用新型的正极片6和负极片8结构配合1％～4％联苯或者1％～4％环己基苯的一种或两种的混合物为添加剂的电解液的电池，用3种隔膜电池安全性能均100％通过。而没有使用本实用新型上述结构或形式的电池或都或多或少存在安全性能测试不合格项。 

Claims (6)

1.一种镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池，其特征在于：该圆柱型高倍率电池包括镀镍钢壳(1)，和设在镀镍钢壳(1)内部的锂离子电芯(2)，锂离子电芯(2)的上部和下部分别设有上绝缘片(3)和下绝缘片(4)，镀镍钢壳(1)上部的机械封口上设有盖帽(5)；所述锂离子电芯(2)包括依次叠置并卷绕的正极片(6)、第一隔膜(7)，负极片(8)和第二隔膜(9)，所述正极片(6)包括铝箔，所述的铝箔的内圈表面和外圈表面上分别设有正极活性物质层(13)，所述内圈和外圈正极活性物质层(13)尾端分别与铝箔内圈和外圈尾端的距离为45mm～75mm，铝箔内圈正极活性物质层(13)的中间位置上设有正极引出端，正极引出端上部设有正极耳(10)，所述负极片(8)包括铜箔，所述的铜箔的内圈和外圈的表面上分别设有负极活性物质层(14)，内圈的负极活性物质层(14)与铜箔内圈首端的距离为15mm～40mm，其与铜箔内圈尾端的距离为50mm～80mm，外圈的负极活性物质层(14)与铜箔外圈首端的距离为15mm～40mm，其与铜箔外圈尾端的距离为100mm～130mm，铜箔内圈首端设有负极第一引出端，负极第一引出端上部设有第一负极耳(12)，铜箔内圈尾端靠近负极活性物质层(14)的位置上设有负极第二引出端，负极第二引出端上部设有第二负极耳(11)，所述正极耳(10)穿过上绝缘片(3)与盖帽(5)相连，所述第一负极耳(12)和第二负极耳(11)分别穿过下绝缘片(4)与镀镍钢壳(1)的底部相连。 
2.根据权利要求1所述的镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池，其特征在于：所述正极耳(10)的材质为铝，第一负极耳(12)和第二负极耳(11)的材质为铜。 
3.根据权利要求1所述的镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池，其特征在于：所 述正极片(6)的首端，正极片(6)的正极引出端和正极片(6)尾端靠近正极活性物质层(13)的位置，其内圈和外圈表面上分别设有高温胶带(15)。 
4.根据权利要求1所述的镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池，其特征在于：所述铜箔负极第二引出端的内外圈位置上分别设有高温胶带(15)。 
5.根据权利要求3或4所述的镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池，其特征在于：所述高温胶带(15)的宽度为10mm～30mm。 
6.根据权利要求1所述的镍钴锰酸锂圆柱型高倍率电池，其特征在于：所述正极耳(10)为长为26mm～72mm，宽为4mm～6mm，厚为0.10mm～0.15mm的铝极耳，所述第一负极耳(12)和第二负极耳(11)为长为26mm～70mm，宽为3mm～4mm，厚为0.06mm～0.10mm的铜极耳。 
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