CN203787505U - 锂离子二次电池及其极片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种锂离子二次电池极片，其包括集流体、涂布于集流体两面的膜片，以及与集流体电连接的极耳，集流体上设有未涂布膜片的空白区域，空白区域上固定有至少一个与集流体电连接的导电片，导电片与固定处的集流体平面平行。此外，本实用新型还公开了一种使用上述结构极片为正极片或负极片的锂离子二次电池。本实用新型锂离子二次电池极片在极片集流体的空白区域上电连接导电片，使电池在受到挤压或滥用时，导电片刺破隔离膜而将正负极集流体的空白区域导通，通过这种安全的正负极内部短路快速释放电池电量，从而避免了着火爆炸等安全事故的发生，有效地改善了电池的抗挤压安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种锂离子二次电池，尤其是一种安全性较高的锂离子二次电池及其极片。
背景技术
相比于其他类型的电池，锂离子二次电池有着能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，因此已经成功商品化，并广泛应用在各种便携式电器和动力电源上。面对市场的变化和发展，锂离子二次电池对能量密度的要求已经越来越高，同时，其发展方向如高电压、薄隔离膜、大容量等等，也使电池固有存在的安全问题变得更为严峻。例如，UL1642认证要求锂离子电芯必须通过侧面挤压测试，具体操作为使满充电芯的侧面承受13KN的力挤压，要求电芯最后不起火不爆炸。
通常，锂离子电芯存在失效风险的原因在于，挤压过程会导致电芯内部极片的错乱、破碎，使得阴极铝箔碰到阳极石墨而导致起火。由于目前关于电池受挤压时的安全改善，并没有非常有效的办法，因此锂离子电池日益增长的能量密度和越发广泛的应用，让这一安全问题变得更为醒目和重要。
有鉴于此，确有必要提供一种安全性较高的锂离子二次电池极片及使用该极片的锂离子二次电池。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提供一种安全性较高的锂离子二次电池极片及使用该极片的锂离子二次电池，以解决锂离子二次电池安全性不足的问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种锂离子二次电池极片，其包括 集流体、涂布于集流体两面的膜片和与集流体电连接的极耳，所述集流体上设有未涂布膜片的空白区域，空白区域上固定有至少一个与集流体电连接的导电片，导电片与固定处的集流体平面平行。
作为本实用新型锂离子二次电池极片的一种改进，所述导电片具有至少一个棱角或尖刺，棱角或尖刺的延伸方向与导电片固定处的集流体平面平行。
作为本实用新型锂离子二次电池极片的一种改进，所述空白区域位于极片的头部或尾部或头尾两部；导电片为一个或多个，分别安装在极片头部或尾部或头尾两部的空白区域上。
作为本实用新型锂离子二次电池极片的一种改进，所述极片为正极片或负极片。
作为本实用新型锂离子二次电池极片的一种改进，所述导电片为三角形、四边形、多边形或不规则形状，导电片为钢片、铜片、镍片或铝片。
作为本实用新型锂离子二次电池极片的一种改进，所述导电片的厚度为0.006～0.5mm，周长为10～50mm。
作为本实用新型锂离子二次电池极片的一种改进，所述导电片的厚度X与隔离膜的厚度Y的对应关系为：当0.006<X≤0.05mm时，Y=0.114X+0.0043；当0.05<X<0.5mm时，Y=0.067X+0.007。
为了实现上述目的，本实用新型还提供了一种锂离子二次电池，其包括电池壳体、封装在电池壳体内的正极片、负极片、隔离膜及电解液，正极片包括正极集流体和涂布在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和涂布在负极集流体上的负极膜片，正负极集流体上分别设有未涂布膜片的空白区域，隔离膜间隔在相邻的正极片和负极片之间；所述正极片或负极片为上述任一段落所述的锂离子二次电池极片，其导电片面对另一极片的空白区域，并通过隔离膜与另一极片的空白区域隔离。
作为本实用新型锂离子二次电池的一种改进，所述正极片、负极片和隔离 膜彼此叠加后卷绕而形成裸电芯，；导电片设置在正极集流体头部空白区域的卷绕内侧，其两面分别对应正极集流体和隔离膜。
作为本实用新型锂离子二次电池的一种改进，所述正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。
与现有技术相比，本实用新型锂离子二次电池极片在极片集流体的空白区域上电连接导电片，使电池在受到挤压或滥用时，导电片刺破隔离膜而将正负极集流体的空白区域导通，通过这种安全的正负极内部短路快速释放电池电量，从而避免了着火爆炸等安全事故的发生，有效地改善了电池的抗挤压安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型锂离子二次电池、极片及其有益效果进行详细说明，附图中：
图1为本实用新型锂离子二次电池的结构示意图。
图2为本实用新型锂离子二次电池正极片的侧视结构示意图。
图3为本实用新型锂离子二次电池正极片的卷绕起始端的俯视结构示意图。
图4为本实用新型锂离子二次电池裸电芯的结构示意图。
图5为本实用新型锂离子二次电池裸电芯的受挤压后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并非为了限定本实用新型。
请参阅图1至图4，本实用新型锂离子二次电池包括电池壳体10、封装在电池壳体10内的正极片20、负极片30、隔离膜40及电解液。
正极片20包括正极集流体22、涂布在正极集流体22上的正极膜片24和焊 接在正极集流体22上的正极极耳25。正极集流体22的头部、尾部或头尾两部设有未涂布正极膜片24的空白区域26。正极集流体22为铝箔或其他可用材质。
负极片30包括负极集流体、涂布在负极集流体上的负极膜片和焊接在负极集流体上的负极极耳35。负极集流体的头部、尾部或头尾两部设有未涂布负极膜片的空白区域。负极集流体为铜箔或其他可用材质。
隔离膜40为PP、PE类多孔聚合物材质。
请参阅图4，正极片20、负极片30和隔离膜40彼此叠加后卷绕而形成裸电芯，其中，隔离膜40间隔在相邻的正极片20和负极片30之间。
为了提高电池的安全性，本实用新型锂离子二次电池还在正极片20头部的空白区域26上焊接有导电片60，导电片60以与正极集流体22表面平行的方式焊接在正极片20头部空白区域26的卷绕内侧。在卷绕好的电芯中，导电片60面对负极片30的空白区域，并通过隔离膜40与负极片30的空白区域隔离。导电片60的厚度优选为0.006～0.5mm，大小则以周长在10～50mm之间为宜。
请参阅图5，当本实用新型锂离子二次电池受到侧面挤压、碰撞或折叠时，电池中的正极片20和负极片30会发生部分变形，此时导电片60会因为应力作用而发生弯曲变形甚至断裂；因为隔离膜40的强度不大，所以导电片60的棱角或断裂处会撕碎和穿透隔离膜40而直接与相邻负极片30的集流体空白区域接触，形成安全的铜箔对铝箔短路模式；铜箔对铝箔的短路具有内阻大、发热少的特点，其产生的局部温升远低于电解液和极片的着火点，因此不仅能够在第一时间将电池电量按照这种最为安全的方式消耗完，而且能够有效避免着火、爆炸等事故的发生。可见，本实用新型锂离子电池设置在集流体空白区域处的导电片60能够明显改善电池的安全性能，使得电池在滥用破坏下，依旧能够安全放电完毕，而不至于发生高电量下铝箔对石墨这种危险短路或其他危险的情形，也就避免了电池因热失控而造成安全风险。
虽然图示实施方式中的导电片60为设于正极片20头部空白区域26的三角 形导电片，但在其他不同实施方式中：导电片60也可以设置在正极片20尾部的空白区域26，或设置在负极片30的头部或尾部的空白区域，或同时设置在不同极片20、30的不同空白区域26上；导电片60的形状可以为任何规则或不规则形状，包括但不限于三角形、四边形、多边形、圆形等，但优选为带棱角或尖刺的形状，安装后的导电片60上的棱角或尖刺延伸方向与导电片60固定处的集流体22表面平行；导电片60可以是钢片、铜片、镍片、铝片或其他类型的金属片。
另外，每一电池可以在正极片20和/或负极片30上设置多个导电片60，这样既能够增大电池受挤压时形成安全内短路的概率，也有一定可能造成多点内短路，从而使被挤压滥用中的电池能够更快速地将电量放出，大幅度地提高电池的安全性。
为了保证在电池受到挤压或滥用时，导电片60刚好能够刺穿隔离膜40而造成正负极集流体内短路，导电片60的厚度X与隔离膜40的厚度Y存在以下对应关系：当0.006<X≤0.05mm时，Y=0.114X+0.0043；当0.05<X<0.5mm时，Y=0.067X+0.007。
为检验本实用新型锂离子二次电池的安全性能，选取软包电池505070（指厚5mm、长70mm、宽50mm的电池）作为评估对象，评估方法为组装本实用新型所描述的带导电片60的锂离子二次电芯作为实施例，并利用相同材料体系和工序手段组装不带导电片60的传统电芯作为对比例，之后随机选取合格电芯进行挤压和撞击测试，统计失效燃烧比例，测试结果如表1所示。
表1、实施例和对比例电芯安全性测试结果
从表1的测试结果可以看出，相比于传统技术，本实用新型确实能够大幅提高锂离子二次电池滥用下的安全性能，尤其是对于侧面挤压测试，本实用新型更是具有明显的安全优势。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明并不对本实用新型构成任何限制。
Claims (10)
1.一种锂离子二次电池极片，包括集流体、涂布于集流体两面的膜片和与集流体电连接的极耳，其特征在于：所述集流体上设有未涂布膜片的空白区域，空白区域上固定有至少一个与集流体电连接的导电片，导电片与固定处的集流体平面平行。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池极片，其特征在于：所述导电片具有至少一个棱角或尖刺，棱角或尖刺的延伸方向与导电片固定处的集流体平面平行。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池极片，其特征在于：所述空白区域位于极片的头部或尾部或头尾两部；导电片为一个或多个，分别安装在极片头部或尾部或头尾两部的空白区域上。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池极片，其特征在于：所述极片为正极片或负极片。
5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池极片，其特征在于：所述导电片为三角形、四边形或多边形，导电片为钢片、铜片、镍片或铝片。
6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池极片，其特征在于：所述导电片的厚度为0.006～0.5mm，周长为10～50mm。
7.根据权利要求6所述的锂离子二次电池极片，其特征在于：所述导电片的厚度X与隔离膜的厚度Y的对应关系为：当0.006<X≤0.05mm时，Y＝0.114X+0.0043；当0.05<X<0.5mm时，Y＝0.067X+0.007。
8.一种锂离子二次电池，其包括电池壳体、封装在电池壳体内的正极片、负极片、隔离膜及电解液，正极片包括正极集流体和涂布在正极集流体上的正极膜片，负极片包括负极集流体和涂布在负极集流体上的负极膜片，正负极集流体上分别设有未涂布膜片的空白区域，隔离膜间隔在相邻的正极片和负极片 之间，其特征在于：所述正极片或负极片为权利要求1至7中任一项所述的锂离子二次电池极片，其导电片面对另一极片的空白区域，并通过隔离膜与另一极片的空白区域隔离。
9.根据权利要求8所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述正极片、负极片和隔离膜彼此叠加后卷绕而形成裸电芯，；导电片设置在正极集流体头部空白区域的卷绕内侧，其两面分别对应正极集流体和隔离膜。
10.根据权利要求8所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。
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