CN204732489U - 一种可脉冲大电流放电的锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电池技术领域，尤其涉及一种可脉冲大电流放电的锂离子电池，该电池的正极极片包括正极集流体及涂覆于正极集流体表面的正极活性物质层，正极活性物质层由功率型正极活性物质层和能量型正极活性物质层组成，功率型正极活性物质层和能量型正极活性物质层独立分区地涂覆于正极集流体两表面；负极极片包括负极集流体及涂覆于负极集流体表面的负极活性物质层，负极活性物质层由功率型负极活性物质层和能量型负极活性物质层组成，功率型负极活性物质层和能量型负极活性物质层独立分区地涂覆于负极集流体两表面。本实用新型解决使锂离子电池在不需要过多损失能量密度的情况下，能够承受瞬间大电流工作，同时工作电压窗口保持正常。

Description

一种可脉冲大电流放电的锂离子电池

技术领域

本实用新型属于电池技术领域，尤其涉及一种可脉冲大电流放电的锂离子电池。

背景技术

锂离子二次电池广泛地应用与消费电子产品，如手机，笔记本电脑，平板电脑，蓝牙耳机，MP3，数码相机等领域已经得到了广泛的应用。对于电池的续航能力要求越来越高。但在电子产品的应用过程中，开机状态、信号发送或者接收等工作情况时，要求电池在短时间(如小于1s)的大电流(如大于2C)放电，其余状态的放电电流恢复为正常的。传统的能量型锂离子电池在保证能量密度的情况下，使用大电流放电时，会由于电池自身设计的原因，产生较大极化，将会缩小电池的有效工作电压窗口，从而不能完全发挥电池的能量；传统的功率型锂离子电池在保证大倍率放电工作性能时，能量密度相对较低，取决于自身的结构设计或者材料选择。

为了解决这一难题，现有的解决办法为，将能量密度型电池与功率型电池进行并联，以达到平衡效果。然而需要制作两套电池，将会增加电池组的制作成本。同时，电池组之间需要使用电源管理系统，将会增加管控难度。

然而大倍率放电，在多数电子产品中，只要求短时间的大倍率工作。功率型电池的功能只占很少的倍率，无法完全体现倍率电池的价值。同时，倍率电池将占去一定的空间，影响能量型电池对有效空间的利用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种可脉冲大电流放电的锂离子电池，不使用传统的能量型电池与功率型电池并联的方式，按照电子产品的峰值电流时间和峰值电流大小进行电池结构设计，从而解决使锂离子电池在不需要过多损失能量密度的情况下，能够承受瞬间大电流工作，同时工作电压窗口保持正常。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可脉冲大电流放电的锂离子电池，包括壳体、置于壳体内的电芯和容纳于壳体内的电解液；电芯包括正极极片、负极极片和间隔设置于正极极片和负极极片之间的隔离膜；正极极片包括正极集流体及涂覆于正极集流体表面的正极活性物质层，正极活性物质层由功率型正极活性物质层和能量型正极活性物质层组成，功率型正极活性物质层和能量型正极活性物质层独立分区地涂覆于正极集流体两表面；负极极片包括负极集流体及涂覆于负极集流体表面的负极活性物质层，负极活性物质层由功率型负极活性物质层和能量型负极活性物质层组成，功率型负极活性物质层和能量型负极活性物质层独立分区地涂覆于负极集流体两表面；在制作电芯时，功率型正极活性物质层与能量型负极活性物质层的位置相对应；能量型正极活性物质层与功率型负极活性物质层的位置相对应。

相对于现有技术，本实用新型有益效果在于：极片制作过程中，采用两段式设计，其中一段采用能量型设计，另外一段采用功率型设计，相当于将功率型电池设计和能量型设计并联在一起，不需要制作成为两组独立的电池，亦不用增加电源管理系统，通过电池内部进行协调，达到实现电池在瞬间大电流工作的情况下，电池电压窗口不被减小，同时通过空间的有效利用保障电池能量密度不被过多削减，整个制作过程更加简便，成本降低，同时，可以根据电子产品的使用特性进行极片的设计调整，保障电池特性，又不浪费各项性能。

作为本实用新型的一种改进，涂覆于所述正极集流体单面的功率型/能量型正极活性物质层和涂覆于所述负极集流体单面的功率型/能量型负极活性物质层的厚度均为20μm～105μm，优选地，涂覆于所述正极集流体单面的功率型/能量型正极活性物质层的厚度为20μm～100μm；涂覆于所述负极集流体单面的功率型/能量型负极活性物质层的厚度为25μm～105μm；其中，涂覆于所述正极集流体单面的功率型正极活性物质层的厚度为40μm；涂覆于所述负极集流体单面的功率型负极活性物质层的厚度为40μm时为最佳；涂覆于所述正极集流体单面的能量型正极活性物质层的厚度为50μm；涂覆于所述负极集流体单面的能量型负极活性物质层的厚度为50μm时为最佳。功率型正极活性物质层和功率型负极活性物质层的涂覆厚度相对比能量型正极活性物质层和能量型负极活性物质层的厚度均要薄些，这样锂离子和电子在电阻相对较大的电极活性物质上迁移的距离小，总内阻减小，可以支持大电流，以达到高功率的要求；能量型的正好相反，以达到功率型极片和能量型极片的最佳效果，当涂覆于正极集流体和负极集流体单面的功率型正极活性物质层和功率型负极活性物质层的厚度为45μm、涂覆于正极集流体和负极集流体单面的能量型正极活性物质层和能量型负极活性物质层的厚度为48μm时效果最佳，以达到有效地解决电池对有效空间的利用的问题。

作为本实用新型的一种改进，涂覆有功率型正极活性物质层的正极集流体一侧比涂覆有能量型正极活性物质层的正极集流体一侧的厚度大；涂覆有功率型负极活性物质层的负极集流体一侧比涂覆有能量型负极活性物质层的负极集流体一侧的厚度大。在同一正极极片上设计有功率型正极活性物质层和能量型正极活性物质层，功率型正极活性物质层的涂覆厚度相对比能量型正极活性物质层要薄些，是为了使锂离子功率型负极活性物质层的电子在电阻相对较大的电极活性物质上迁移的距离小，总内阻减小，可以支持大电流，以达到高功率的要求，能量型正极活性物质层达到高能量的要求；在同一负极极片上设计有功率型负极活性物质层和能量型负极活性物质层时同理。这样相当于将功率型电池设计和能量型设计并联在一起，不需要制作成为两组独立的电池，同时通过空间的有效利用保障电池能量密度不被过多削减，整个制作过程更加简便，成本降低，保障电池特性，又不浪费各项性能。

作为本实用新型的一种改进，功率型正极活性物质层的涂布重量等于/小于能量型正极活性物质层的涂布重量，功率型负极活性物质层的涂布重量等于/小于能量型负极活性物质层的涂布重量。功率型正极活性物质层和能量型正极活性物质层采用相同配方时，或功率型负极活性物质层和能量型负极活性物质层采用相同配方时，功率型正极活性物质层比能量型正极活性物质层的涂布重量小，是为了使锂离子功率型负极活性物质层的电子在电阻相对较大的电极活性物质上迁移的距离小，总内阻减小，可以支持大电流，以达到高功率的要求，能量型正极活性物质层达到高能量的要求；这样以突出功率型正极活性物质层和能量型正极活性物质层的特性，以达到两段式设计的最佳效果；在同一负极极片上设计有功率型负极活性物质层和能量型负极活性物质层时同理。或者功率型正、负极活性物质层的压实密度等于能量型正、负极活性物质层的压实密度时，则使用导电能力更强的配方制作功率型正、负极活性物质层，如增加导电剂比例、使用功率型主材等等；这样相当于将功率型电池设计和能量型设计并联在一起，不需要制作成为两组独立的电池，同时通过空间的有效利用保障电池能量密度不被过多削减，整个制作过程更加简便，成本降低，保障电池特性，又不浪费各项性能。

作为本实用新型的一种改进，功率型正极活性物质层的压实密度等于/大于能量型正极活性物质层的压实密度，功率型负极活性物质层的压实密度等于/大于能量型负极活性物质层的压实密度。在配方相同的情况下，功率型正极活性物质层比能量型正极活性物质层的压实密度大，是为了使锂离子功率型负极活性物质层的电子在电阻相对较大的电极活性物质上迁移的距离小，总内阻减小，可以支持大电流，以达到高功率的要求，能量型正极活性物质层达到高能量的要求；这样以突出功率型正极活性物质层和能量型正极活性物质层的特性，以达到两段式设计的最佳效果；在同一负极极片上设计有功率型负极活性物质层和能量型负极活性物质层时同理。或者功率型正、负极活性物质层的压实密度等于能量型正、负极活性物质层的压实密度时，则使用导电能力更强的配方制作功率型正、负极活性物质层，如增加导电剂比例、使用功率型主材等等；这样相当于将功率型电池设计和能量型设计并联在一起，不需要制作成为两组独立的电池，同时通过空间的有效利用保障电池能量密度不被过多削减，整个制作过程更加简便，成本降低，保障电池特性，又不浪费各项性能。

作为本实用新型的一种改进，涂覆有功率型正极活性物质层的正极极片一端与正极极耳连接；涂覆有功率型负极活性物质层的负极极片一端与负极极耳连接。涂覆有功率型正极活性物质层的正极极片一端需要靠近导电端子，原因是电流由导电端子引入，越靠近导电端子越能提现其功率型设计；涂覆有功率型负极活性物质层的负极极片一端与负极极耳连接同理。

本实用新型还提供另一种结构的可脉冲大电流放电的锂离子电池，一种可脉冲大电流放电的锂离子电池，包括壳体、置于壳体内的电芯和容纳于壳体内的电解液；在制作叠片电芯时，电芯由若干个电芯单元构成，电芯单元设置为功率型电芯单元或能量型电芯单元，两个相邻的电芯单元之间通过隔离膜隔开；功率型电芯单元由表面涂覆有功率型正极活性物质层的功率型正极极片、表面涂覆有功率型负极活性物质层的功率型负极极片和间隔设置于两者之间的隔离膜组成；能量型电芯单元由表面涂覆有能量型正极活性物质层的能量型正极极片、表面涂覆有能量型负极活性物质层的能量型负极极片和间隔设置于两者之间的隔离膜组成。

相对于现有技术，本实用新型有益效果在于：本实用新型将功率型电芯单元和能量型电芯单元设置在一个电芯中，相当于将功率型电池设计和能量型电池设计并联在一起，不需要制作成为两组独立的电池，亦不用增加电源管理系统，通过电池内部进行协调，达到实现电池在瞬间大电流工作的情况下，电池电压窗口不被减小，同时通过空间的有效利用保障电池能量密度不被过多削减，整个制作过程更加简便，成本降低，同时，可以根据电子产品的使用特性进行极片的设计调整，保障电池特性，又不浪费各项性能。

作为本实用新型的一种改进，隔离膜的数量根据功率型电芯单元和能量型电芯单元的数量增加而递增，将功率型电芯单元和能量型电芯单元完全隔离。隔离膜的增加是为了使用隔离膜将功率型电芯单元和能量型电芯单元完全分割，然后进行叠加，以保证电池的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图。

图2为本实用新型的另一种结构示意图。

其中：11-功率型正极活性物质层，12-能量型正极活性物质层；13-功率型负极活性物质层，14-能量型负极活性物质层，211-功率型正极极片，213-功率型负极极片，222-能量型正极极片，224-能量型负极极片，21-功率型电芯单元，22-能量型电芯单元，5-隔离膜。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图，对本实用新型作进一步详细的描述，如图1和图2，所示但本实用新型的实施例并不限于此。

实施例1

正极片的制备：

将钴酸锂(LiCoO2)、导电碳(Super-P)和聚偏氟乙烯(PVDF)按照96.5∶2.5∶1的质量比例混合在溶剂中，搅拌均匀，得到功率型正极浆料；将钴酸锂(LiCoO2)、导电碳(Super-P)和聚偏氟乙烯(PVDF)按照98∶1∶1的质量比例混合在溶剂中，搅拌均匀，得到能量型正极浆料；将功率型正极浆料涂布在12μm的铝箔一侧上，形成功率型正极活性物质层11，单面涂布层厚度为40μm；将能量型正极浆料涂布在12μm的铝箔另一侧上，形成能量型正极活性物质层12，单面涂布层厚度为50μm；干燥，冷压，得到压实密度为4.1g/cm3的极片，再经过裁片、涂覆有功率型正极活性物质层11的正极极片一侧焊接正极极耳，得到正极片。

负极片的制备：

将天然石墨、导电碳(Super-P)和羧甲基纤维素钠(CMC)按照95∶2∶3的质量比例混合在溶剂中，搅拌均匀，得到功率型负极浆料，将浆料涂布在12μm的铜箔的一侧上，形成功率型负极活性物质层13，单面涂布层厚度为45μm；将天然石墨、导电碳(Super-P)和羧甲基纤维素钠(CMC)按照97∶1∶2的质量比例混合在溶剂中，搅拌均匀，得到能量型负极浆料，将浆料涂布在12μm的铜箔的另一侧上，形成能量型负极活性物质层14，单面涂布层厚度为50μm，干燥，冷压，得到压实密度为1.6g/cm3的极片，再经过裁片、涂覆有功率型负极活性物质层13的负极极片一侧焊接负极极耳，得到负极片。

锂离子电池的制备：

将得到的正极片、负极片和隔离膜5按次序卷绕成电芯，功率型正极活性物质层11与能量型负极活性物质层14的位置相对应；能量型正极活性物质层12与功率型负极活性物质层13的位置相对应，用铝塑薄膜将电芯顶封和侧封，留下注液口，然后从注液口灌注电解液封装。然后通过热压的方式使电极与隔离膜5之间形成粘结作用，再经过化成、容量等工序制得锂离子电池。

实施例2

正极片的制备：

将钴酸锂(LiCoO2)、导电碳(Super-P)和聚偏氟乙烯(PVDF)按照96.5∶1∶2.5的质量比例混合在溶剂中，搅拌均匀，得到正极浆料，将正极浆料涂布在10μm的铝箔一侧上，形成功率型正极活性物质层11，单面涂布层厚度为45μm；将正极浆料涂布在10μm的铝箔另一侧上，形成能量型正极活性物质层12，单面涂布层厚度为48μm；干燥，冷压，得到的极片中，涂覆有功率型正极活性物质层11的一侧的压实密度为4.0g/cm3，涂覆有能量型正极活性物质层12的一侧的压实密度为4.2g/cm3，再经过裁片、涂覆有功率型正极活性物质层11的正极极片一侧焊接正极极耳，得到正极片。

负极片的制备：

将天然石墨、导电碳(Super-P)和羧甲基纤维素钠(CMC)按照95∶2∶3的质量比例混合在溶剂中，将浆料涂布在9μm的铜箔的一侧上，形成功率型负极活性物质层13，单面涂布层厚度为45μm，将浆料涂布在9μm的铜箔的另一侧上，形成能量型负极活性物质层14，单面涂布层厚度为48μm，干燥，冷压，得到的极片中，涂覆有功率型负极活性物质层13的一侧的压实密度为1.5g/cm3，涂覆有能量型负极活性物质层14的一侧的压实密度为1.6g/cm3，再经过裁片、涂覆有功率型负极活性物质层13的负极极片一侧焊接负极极耳，得到负极片。

锂离子电池的制备：

将得到的正极片、负极片和隔离膜5按次序卷绕成电芯，功率型正极活性物质层11与能量型负极活性物质层14的位置相对应；能量型正极活性物质层12与功率型负极活性物质层13的位置相对应，用铝塑薄膜将电芯顶封和侧封，留下注液口，然后从注液口灌注电解液封装。然后通过热压的方式使电极与隔离膜5之间形成粘结作用，再经过化成、容量等工序制得锂离子电池。

实施例3

正极片的制备：

功率型正极浆料与实施例1相同；能量型正极浆料与实施例1相同；将功率型正极浆料涂布在11μm的铝箔上，形成功率型正极活性物质层11，单面涂布层厚度为55μm，干燥，冷压，得到压实密度为4.2g/cm3的极片，再经过裁片，形成功率型正极极片211，在功率型正极极片211焊接正极极耳；将能量型正极浆料涂布在9μm的另一块铝箔上，形成能量型正极活性物质层12，单面涂布层厚度为55μm；干燥，冷压，得到压实密度为4.2g/cm3的极片，再经过裁片，形成能量型正极极片222。

负极片的制备：

将天然石墨、导电碳(Super-P)和羧甲基纤维素钠(CMC)按照95∶2∶3的质量比例混合在溶剂中，搅拌均匀，得到功率型负极浆料，将浆料涂布在9μm的铜箔上，形成功率型负极活性物质层13，单面涂布层厚度为55μm，干燥，冷压，得到压实密度为1.5g/cm3的极片，再经过裁片，形成功率型负极极片213；将天然石墨、导电碳(Super-P)和羧甲基纤维素钠(CMC)按照94.5∶0.5∶3的质量比例混合在溶剂中，搅拌均匀，得到能量型负极浆料，将浆料涂布在9μm的另一块铜箔上，形成能量型负极活性物质层14，单面涂布层厚度为55μm，干燥，冷压，得到压实密度为1.5g/cm3的极片，再经过裁片，形成能量型负极极片224；再经过裁片、涂覆有功率型负极极片222焊接负极极耳。

电芯单元的制备：

将上述功率型正极极片211和功率型负极极片213叠加，且两者之间用隔离膜5隔开，形成功率型电芯单元21；将上述能量型正极极片222和能量型负极极片224叠加，且两者之间用隔离膜5隔开，形成能量型电芯单元22。根据电子产品的实际用电情况，选用配比，可以设置有多对功率型电池组电芯单元21，也可以是多对能量型电池组电芯单元22。

锂离子电池的制备：

将上述得到的功率型电芯单元21、能量型电芯单元22和设置于两者之间的隔离膜5相互叠加形成电芯，用铝塑薄膜将电芯顶封和侧封，留下注液口，然后从注液口灌注电解液封装。然后通过热压的方式使电极与隔离膜5之间形成粘结作用，再经过化成、容量等工序制得锂离子电池。

实施例4

正极片的制备：

将钴酸锂(LiCoO2)、导电碳(Super-P)和聚偏氟乙烯(PVDF)按照97∶1∶2的质量比例混合在溶剂中，搅拌均匀，得到正极浆料，将正极浆料涂布在15μm的铝箔上，形成功率型正极活性物质层11，单面涂布层厚度为55μm，干燥，冷压，得到压实密度为4.1g/cm3的极片，再经过裁片，形成功率型正极极片211；将正极浆料涂布在15μm的另一块铝箔上，形成能量型正极活性物质层12，单面涂布层厚度为58μm，干燥，冷压，得到压实密度为4.2g/cm3的极片，再经过裁片，形成能量型正极极片222；功率型正极极片211焊接正极极耳。

负极片的制备：

将天然石墨、导电碳(Super-P)和羧甲基纤维素钠(CMC)按照95∶2∶3的质量比例混合在溶剂中，将浆料涂布在9μm的铜箔上，形成功率型负极活性物质层13，单面涂布层厚度为55μm，干燥，冷压，得到压实密度为1.45g/cm3的极片，干燥，冷压，得到压实密度为1.5g/cm3的极片，再经过裁片，形成功率型负极极片213；将浆料涂布在9μm的另一块铜箔上，形成能量型负极活性物质层14，单面涂布层厚度为58μm，干燥，冷压，得到压实密度为1.6g/cm3的极片，再经过裁片，形成能量型负极极片224；功率型负极极片213焊接负极极耳。

电芯单元的制备：

将上述功率型正极极片211和功率型负极极片213叠加，且两者之间用隔离膜5隔开，形成功率型电芯单元21；将上述能量型正极极片222和能量型负极极片224叠加，且两者之间用隔离膜5隔开，形成能量型电芯单元22。根据电子产品的实际用电情况，选用配比，可以设置有多对功率型电池组电芯单元21，也可以是多对能量型电池组电芯单元22。

锂离子电池的制备：

将上述得到的功率型电芯单元21、能量型电芯单元22和设置于两者之间的隔离膜5相互叠加形成电芯，用铝塑薄膜将电芯顶封和侧封，留下注液口，然后从注液口灌注电解液封装。然后通过热压的方式使电极与隔离膜5之间形成粘结作用，再经过化成、容量等工序制得锂离子电池。

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能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。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 (8)

1.一种可脉冲大电流放电的锂离子电池，包括壳体、置于所述壳体内的电芯和容纳于所述壳体内的电解液；所述电芯包括正极极片、负极极片和间隔设置于所述正极极片和所述负极极片之间的隔离膜；其特征在于：所述正极极片包括正极集流体及涂覆于所述正极集流体表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层由功率型正极活性物质层和能量型正极活性物质层组成，所述功率型正极活性物质层和所述能量型正极活性物质层独立分区地涂覆于所述正极集流体两表面；所述负极极片包括负极集流体及涂覆于所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层由功率型负极活性物质层和能量型负极活性物质层组成，所述功率型负极活性物质层和所述能量型负极活性物质层独立分区地涂覆于所述负极集流体两表面；在制作电芯时，所述功率型正极活性物质层与所述能量型负极活性物质层的位置相对应；所述能量型正极活性物质层与所述功率型负极活性物质层的位置相对应。

2.根据权利要求1所述的可脉冲大电流放电的锂离子电池，其特征在于：涂覆于所述正极集流体单面的功率型/能量型正极活性物质层和涂覆于所述负极集流体单面的功率型/能量型负极活性物质层的厚度均为20μm～105μm。

3.根据权利要求1所述的可脉冲大电流放电的锂离子电池，其特征在于：涂覆有功率型正极活性物质层的正极集流体一侧比涂覆有能量型正极活性物质层的正极集流体一侧的厚度大；涂覆有功率型负极活性物质层的负极集流体一侧比涂覆有能量型负极活性物质层的负极集流体一侧的厚度大。

4.根据权利要求2或3所述的可脉冲大电流放电的锂离子电池，其特征在于：所述功率型正极活性物质层的涂布重量等于/小于所述能量型正极活性物质层的涂布重量，所述功率型负极活性物质层的涂布重量等于/小于所述能量型负极活性物质层的涂布重量。

5.根据权利要求2或3所述的可脉冲大电流放电的锂离子电池，其特征在于：所述功率型正极活性物质层的压实密度等于/大于所述能量型正极活性物质层的压实密度，所述功率型负极活性物质层的压实密度等于/大于所述能量型负极活性物质层的压实密度。

6.根据权利要求1所述的可脉冲大电流放电的锂离子电池，其特征在于：涂覆有功率型正极活性物质层的正极极片一端与所述正极极耳连接；涂覆有功率型负极活性物质层的负极极片一端与所述负极极耳连接。

7.一种可脉冲大电流放电的锂离子电池，包括壳体、置于所述壳体内的电芯和容纳于所述壳体内的电解液；其特征在于：在制作叠片电芯时，所述电芯由若干个电芯单元构成，所述电芯单元设置为功率型电芯单元或能量型电芯单元，两个相邻的电芯单元之间通过隔离膜隔开；所述功率型电芯单元由表面涂覆有功率型正极活性物质层的功率型正极极片、表面涂覆有功率型负极活性物质层的功率型负极极片和间隔设置于两者之间的隔离膜组成；所述能量型电芯单元由表面涂覆有能量型正极活性物质层的能量型正极极片、表面涂覆有能量型负极活性物质层的能量型负极极片和间隔设置于两者之间的隔离膜组成。

8.根据权利要求7所述的可脉冲大电流放电的锂离子电池，其特征在于：所述隔离膜的数量根据所述功率型电芯单元和所述能量型电芯单元的数量增加而递增，将所述功率型电芯单元和所述能量型电芯单元完全隔离。