CN205828579U - 一种卷绕式锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及锂离子电池技术领域，具体讲，涉及一种卷绕式锂离子电池，该电池包括隔离膜以及两个不同电极性的极片，两个极片和隔离膜形成卷绕电芯，其中，两个极片均包括集流体和活性物质，每个集流体均包括集流体本体和与集流体本体连接的极耳，至少一个集流体本体上设置有由若干通孔组成的通孔阵列，活性物质涂布在集流体本体的表面以及通孔内。本申请的锂离子电池采用卷绕式结构并在集流体上设置通孔，通过提高集流体的孔隙率，可以降低集流体自身的电子导电性。同时可以在集流体表面和通孔内涂布活性物质，提高了集流体利用率，进一步提升此种类型的动力电池的体积能量密度和重量能量密度。
Description
技术领域
本申请涉及锂离子电池技术领域，具体讲，涉及一种卷绕式锂离子电池。
背景技术
近年来，随着混合动力汽车等技术的发展，锂离子电池逐渐从便携式向功率型发展。功率型电池对重量能量密度的要求很高，特别是航模和无人机，自身的重量也需要消耗一部分能量，所以重量能量密度越高越好，但是电池加工工艺要求集流体的强度和厚度不能低于一定的数值，所以需要在保证加工强度的基础上降低集流体的重量。
虽然人们采用各种方法来改进锂离子电池内部集流体的结构，但是目前锂离子电池的重量比容量和体积比容量仍然偏低。当需要提高电池的比能量时，只能不停的增加电池的重量或者体积，这样大大增大了二次电池的成本，使得二次电池的使用范围缩小。
鉴于此，特提出本申请。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种卷绕式锂离子电池。
本申请涉及一种卷绕式锂离子电池，所述电池包括隔离膜以及两个不同电极性的极片，两个所述极片和所述隔离膜形成卷绕电芯，其中，两个所述极片均包括集流体和活性物质，每个所述集流体均包括集流体本体和与所述集流体本体连接的极耳，至少一个所述集流体本体上设置有由若干通孔组成的通孔阵列，所述活性物质涂布在所述集流体本体的表面以及所述通孔内。
优选地，在同一集流体本体上设置有多个极耳。
优选地，所述集流体本体与所述极耳采用一体化设计。
优选地，两个所述极片和所述隔离膜形成卷绕电芯后，同一集流体本体上的多个极耳沿电芯厚度方向依次堆叠，将所述多个极耳固定并形成电性连接。
优选地，所述通孔为圆形通孔，优选所述圆形通孔的直径为1～4mm。
优选地，所述通孔阵列的边缘距离集流体本体边缘1～5mm。
优选地，所述集流体本体上的通孔孔隙率为5％～40％，优选30％～40％。
优选地，所述集流体的厚度为6～25μm。
优选地，两个所述集流体分别为正极集流体和负极集流体，所述正极集流体采用厚度为13μm的铝箔，所述负极集流体采用厚度为8μm的铜箔。
本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
本申请的锂离子电池采用卷绕式结构并在集流体上设置通孔，保证了集流体在大倍率充放电过程中的电子导电性。
在本申请优选的实施方式中，集流体本体和极耳采用一体化设计，保证在集流体上设置通孔后的机械加工强度，减少极片裁断面的毛刺带来的安全隐患。本申请在集流体上设置多个极耳和通孔，通过提高集流体的孔隙率，可以降低集流体自身的电子导电性。同时可以在集流体表面和通孔内涂布活性物质，提高了集流体利用率，进一步提升此种类型的动力电池的体积能量密度和重量能量密度。
附图说明
图1为本申请实施例提供的卷绕式锂离子电池的集流体箔片的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的卷绕式锂离子电池的涂布有活性材料的集流体箔片的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的卷绕式锂离子电池中各层排布方式的结构示意图。
其中，1为极耳，2为通孔，3为集流体本体，4为涂布的活性材料，5为正极片，6为隔离膜，7为负极片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
实施例
本实施例的锂离子电池(以下简称电池)为卷绕式锂离子电池，该电池包括隔离膜6以及两个不同电极性的极片，两个极片和隔离膜6形成卷绕电芯。将至少一个卷绕电芯置于包装袋内构成本实施例的电池。具体地，如图3所示，所述卷绕电芯包括正极片5、负极片7和位于正极片5和负极片7之间的隔离膜6。并且所述正极片5与隔离膜6之间，负极片7和隔离膜6之间均使用高分子塑化剂通过热熔技术粘合。两个极片均包括集流体和活性物质，具体地，正极片5包括正极集流体和涂布在正极集流体上的正极活性物质，负极片7包括负极集流体和涂布在负极集流体上的负极活性物质。每个集流体均包括集流体本体3和与集流体本体3连接的极耳1。至少一个集流体本体3上设置有由若干通孔2组成的通孔阵列，具体地，在每一个卷绕电芯中，可以在正极集流体本体上设置通孔阵列，也可以在负极集流体本体上设置通孔阵列，还可以在正极集流体本体和负极集流体本体上均设置通孔阵列。本申请经研究发现，在集流体本体3上设置通孔阵列后，不仅可以在集流体本体3的平面上涂覆活性材料4，而且可以在集流体本体3上的通孔2内涂覆活性材料4，可以减少集流体的重量，增加部分体积空间。进一步提高电池的重量比容量和体积比容量，并降低制造成本。
卷绕式锂离子电池可采用单极耳或多极耳结构。作为本申请集流体的一种改进，在同一集流体本体3上设置有多个极耳1。如图1和图2所示，所述极片包括集流体本体3、与集流体本体3成一体化设计的多个极耳1，以及涂布在集流体本体3表面和通孔2内的活性材料4。
将两个极片，即正、负极片和隔离膜6形成卷绕电芯后，同一集流体本体3上的多个极耳1沿电芯厚度方向依次堆叠，可采用固定件或焊接方式将多个极耳1固定，以实现多个极耳1的电性连接。采用焊接固定的方式如下：将所述卷绕电芯置于超声焊接机工作台上的焊接制具内，控制超声焊接机的焊头下压，完成多个极耳1的焊接。采用固定件固定的方式如下：将卷绕之后正极集流体上依次堆叠的多个极耳1采用第一固定件，如第一铆钉固定，并在第一固定件上设置正极引线，以实现正极集流体上多个极耳1的电性连接。同样的，将卷绕之后负极集流体上依次堆叠的多个极耳1采用第二固定件，如第二铆钉固定，并在第二固定件上设置负极引线，以实现负极集流体上多个极耳1的电性连接。在同一集流体上设置多个极耳1在卷绕过程中可形成多极耳1的并联结构，进而形成良好的电子导电网络，保证电池在大倍率充放电过程中的电子导电性。
作为本申请电池的一种改进，集流体本体3与极耳1采用一体化方式设计，可以保证在集流体本体3上设置通孔2以后，仍然具有足够的机械加工强度，减少极片裁断面的毛刺带来的安全隐患。如极耳1和集流体本体3未采用一体式设计，在两者的连接面存在多个裁断面，阻碍了集流体串联，以及在加工过程中由于机械强度等原因，裁断面出现破损造成毛刺，会影响电池的安全性能。
作为本申请集流体的一种改进，在集流体本体3上设置的通孔2为圆形通孔。与采用其它形状的通孔相比，在集流体本体3上设置圆形通孔2的制作工艺简单，而且设置圆形的通孔2不易产生毛刺，不影响电池的导电性能。优选所述圆形通孔2的直径为1～4mm。该直径范围的圆形通孔2可以有效防止圆形通孔2内的活性材料4脱落。在这一直径范围内适当增大通孔直径，可以增加涂布在圆形通孔2内的活性材料4数量，还能够在保证集流体长宽不变的前提下减少集流体的重量。当然，也可采用其它形状的通孔，比如三角形、矩形、菱形或者不规则形状。在通孔阵列中，通孔2的数量和排布方式可以根据集流体的强度要求来变化。考虑加工性能和边缘毛刺，通孔阵列的边缘距离集流体本体3边缘1～5mm。如通孔阵列的边缘距离集流体本体3边缘过近，在制造通孔和电池卷绕过程中，集流体本体3由于受力不均衡导致边缘易碎裂，不能保证其具有足够的机械加工强度。如通孔阵列的边缘距离集流体本体3边缘过远，集流体本体3中的通孔2数目较少，不能有效增加通孔2内涂布的活性材料4质量，同时孔隙率过低，不能降低集流体自身的导电性和集流体本体3的重量。
作为本申请电池的一种改进，集流体本体3上的通孔2的孔隙率为5％～40％，优选30％～40％。这一孔隙率范围不仅能增加单位质量的集流体本体3上涂覆的活性材料4的质量，而且经过涂布工艺后，在集流体本体3上能形成稳定的涂层，且不会引起通孔2内部的活性材料4的塌陷。
所述集流体为正极集流体和/或负极集流体，厚度为6～25μm。由于铜的延展性和导电性均优于铝，铜箔的厚度可小于铝箔。作为本申请集流体的一种改进，所述正极集流体采用厚度为13μm的铝箔，所述负极集流体采用厚度为8μm的铜箔。有厂家尝试使用12μm铝箔和6μm的铜箔作为集流体，在生产过程中出现断带，无法连续生产，这也说明很难实现通过降低集流体厚度来提升电池的能量密度。
本实施例中，所述卷绕式锂离子电池按照以下方式制备得到：首先制备正负极片，在作为集流体的金属箔的某一边缘预留有空白区域，该空白区域沿着集流体长度方向延伸。在金属箔的两面涂布活性材料4待其干燥后，经辊压，分条，再用切割刀具在预留出的空白区域上进行切割，形成多个极耳1。将制备得到的正、负极片和隔离膜6通过卷绕的方式形成电池，将卷绕之后正极集流体上依次堆叠的多个极耳1采用第一固定件，如第一铆钉固定，并在第一固定件上设置正极引线，以实现正极集流体上多个极耳1的电性连接。同样的，将卷绕之后负极集流体上依次堆叠的多个极耳1采用第二固定件，如第二铆钉固定，并在第二固定件上设置负极引线，以实现负极集流体上多个极耳1的电性连接。将上述正极片5、负极片7和隔离膜6置于包装袋内形成电芯，并将至少一个电芯置于包装袋内，得到所述卷绕式锂离子电池。
在本实施例优选的方案中，锂离子电池为多极耳卷绕结构，正、负集流体均采用一体化设计，沿电芯的厚度方向设有叠合在一起的多个极耳1。这些极耳1与集流体本体3也为一体化设置，形成一个多串并结构的良好电子导电网络。如果电池采用非多极耳卷绕结构，当集流体中孔隙率达到25％时，由于集流体自身导电性下降，会带来大倍率充放电性能下降。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求。任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种卷绕式锂离子电池，其特征在于，包括隔离膜以及两个不同电极性的极片，两个所述极片和所述隔离膜形成卷绕电芯，
其中，两个所述极片均包括集流体和活性物质，每个所述集流体均包括集流体本体和与所述集流体本体连接的极耳，至少一个所述集流体本体上设置有由若干通孔组成的通孔阵列，
所述活性物质涂布在所述集流体本体的表面以及所述通孔内。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，在同一集流体本体上设置有多个极耳。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，两个所述极片和所述隔离膜形成卷绕电芯后，同一集流体本体上的多个极耳沿电芯厚度方向依次堆叠，将所述多个极耳固定并形成电性连接。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述集流体本体与所述极耳采用一体化设计。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述通孔为圆形通孔，所述圆形通孔的直径为1～4mm。
6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述通孔阵列的边缘距离集流体本体边缘1～5mm。
7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述集流体本体上的通孔孔隙率为5％～40％。
8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述集流体本体上的通孔孔隙率为30％～40％。
9.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述集流体的厚度为6～25μm。
10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，两个所述集流体分别为正极集流体和负极集流体，所述正极集流体采用厚度为13μm的铝箔，所述负极集流体采用厚度为8μm的铜箔。
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