CN206148514U - 一种高电压快充锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高电压快充锂离子电池，包括隔膜、极片、电解液、正极集流体、负极集流体和铝塑膜；极片以隔膜为基体并在其两侧面分别间歇式涂覆正极材料形成正极和涂覆负极材料形成负极后模切裁切而制成；两个隔膜极片并排排列且中间绝缘连接；两个并排的正极集流体与负极集流体之间绝缘连接后的未腐蚀面粘附固定于铝塑膜内层一侧；铝塑膜内层另一侧粘附固定有将两个绝缘连接的片状隔膜另一侧的正极和负极串联连接的串联集流体；加工时将涂覆正负极材料后的隔膜进行热切，无需特殊箔材，对现有集流体箔材表面进行腐蚀处理后涂覆导电材料，而后进行组装即可，简易快捷，同时成品率较高。

Description

一种高电压快充锂离子电池

【技术领域】

本实用新型涉及锂离子电池制造技术，尤其涉及一种高电压快充锂离子电池。

【背景技术】

目前，锂离子电池具有能量密度高、自放电小、工作温度范围宽、电压平台高、循环寿命长、无记忆效应、对环境友好等特点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动工具等领域。随着生活节奏的加快，电子产品的发展，人们更希望锂离子电池具有很好的快速充电能力，以缩短电池充电时间；相应地对锂离子电池充电速度和电压提出了更高的要求，但由于化学材料的限制，单体电芯目前最高工作电压平台为3.7V左右，而为了达到快充要求，使用钛酸锂材料作为负极，单体电芯工作电压平台仅为2.3～2.4V。

【实用新型内容】

本实用新型克服现有技术的不足，提供一种采用串联结构，工作电压为4.6～4.8V，内阻更小、倍率性能更好，同时利用钛酸锂电池的快充性能、满足快充性能要求，且制作工艺简单、制程控制简易，生产成本较低的高电压快充锂离子电池。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案是：

该实用新型的第一实用新型目的为，提供一种高电压快充锂离子电池，包括隔膜、极片、电解液、正极集流体、负极集流体和铝塑膜；所述极片以隔膜为基体并在其两侧面相对应位置处分别间歇式涂覆正极材料形成正极和涂覆负极材料形成负极后模切裁切而制成，所述隔膜上负极对应的负极材料敷料区域涵盖正极对应的正极材料敷料区域，模切后的隔膜涵盖正极和负极分别对应的敷料区域；

两个热模切后的具有正极和负极的片状隔膜并排排列且隔膜同侧的极性材料异性设置，两片相向并排设置的具有正极和负极的片状隔膜中间通过绝缘胶进行绝缘连接；

所述正极集流体采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳，所述正极集流体的单面采用腐蚀处理后涂覆一层便于导电的导电剂层；

所述负极集流体采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳，所述负极集流体的单面采用腐蚀处理后涂覆一层便于导电的导电剂层；

所述正极集流体和负极集流体并排排列且涂覆有导电剂层的腐蚀处理面位于同一侧，两个并排排列的正极集流体与负极集流体之间通过绝缘胶进行绝缘连接，绝缘连接的正极集流体和负极集流体未腐蚀面通过粘接胶粘附固定于铝塑膜内层一侧；

两个绝缘连接的片状隔膜同一侧的正极和负极分别对应于铝塑膜内的正极集流体和负极集流体涂覆有导电剂层的腐蚀处理面；

所述铝塑膜内层另一侧通过粘接胶粘附固定有将两个绝缘连接的片状隔膜另一侧的正极和负极串联连接的串联集流体，所述串联集流体采用金属箔材制成并在单面采用腐蚀处理后涂覆一层便于与同侧的正极和负极导电的导电剂层，两个绝缘连接的片状隔膜分别涵盖正极集流体、负极集流体和串联集流体对应的集流体区域；

所述正极耳和负极耳对应的铝塑膜敞口处采用极耳胶热封密封端部及固定对应的极耳。

优选地，所述隔膜为PP、PE、PVDF、PET陶瓷、无纺布陶瓷、PP与PE的复合材质、PP与PVDF的复合材质、PP与陶瓷的复合材质、或PE与陶瓷的复合材质。

优选地，所述正极对应的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的一种或者几种。

优选地，所述负极对应的负极材料为钛酸锂。

优选地，所述正极集流体、负极集流体和串联集流体采用的金属箔材为铝箔。

优选地，所述正极集流体、负极集流体和串联集流体上导电剂层对应的导电材料为纳米碳管或石墨烯。

优选地，所述粘接胶为硅胶、亚克力或聚丙烯腈多元共聚物。

优选地，所述绝缘胶为茶色胶。

本实用新型的有益效果是：

1、相对于现有单体电芯工作电压为3.7V左右，本实用新型电芯工作电压可达到4.6～4.8V，且内阻相对于传统串并联方式的电芯，得到的内阻更小，有助于倍率放电性能；而且本实用新型只需将涂覆正负极材料后的隔膜进行热切，而后进行组装即可；

2、本实用新型的负极采用具有快充性能的钛酸锂材料，有效满足快充要求；

3、现有单体电芯大多采用金属网状集流体，材料较为昂贵，且结构强度较差；另外，现有串并联方式的电芯，对电芯一致性要求较高，且产品质量不易控制；本实用新型对现有集流体箔材表面进行腐蚀处理，而后涂覆导电材料，无需特殊箔材，成本低，产品可靠性高，制作工作简易快捷，同时成品率较高。

【附图说明】

图1是本实用新型隔膜一侧面涂覆正极对应的正极材料后的结构示意图；

图2是本实用新型隔膜另一侧面涂覆负极对应的负极材料后的结构示意图；

图3是本实用新型隔膜涂覆后成品极片的结构示意图；

图4是本实用新型两个具有极片相向绝缘连接的结构示意图；

图5是表面腐蚀处理的正集流体的主视结构示意图；

图6是本实用新型表面腐蚀处理的负集流体的主视结构示意图；

图7是本实用新型表面腐蚀处理后的正集流体和负集流体的侧视结构示意图；

图8是本实用新型正集流体和负集流体绝缘连接后单面涂覆导电剂层后的主视结构示意图；

图9是图8的侧视结构示意图；

图10是本实用新型表面腐蚀处理的串联集流体的主视结构示意图；

图11是本实用新型表面腐蚀处理的串联集流体的侧视结构示意图；

图12是本实用新型串联集流体单面涂覆导电剂层后的主视结构示意图；

图13是本实用新型串联集流体单面涂覆导电剂层后的侧视结构示意图；

图14本实用新型封装后的主视剖面结构示意图；

图15是本实用新型封装后的俯视剖面结构示意图。

【具体实施方式】

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

实施例一

一种高电压快充锂离子电池，如图1至图15所示，包括隔膜1、极片、电解液、正极集流体2、负极集流体3和铝塑膜4，所述极片以隔膜1为基体并在其两侧面相对应位置处分别间歇式涂覆正极材料形成正极5和涂覆负极材料形成负极6后模切裁切而制成，隔膜1上负极6对应的负极材料敷料区域涵盖正极5对应的正极材料敷料区域，模切后的隔膜涵盖正极5和负极6分别对应的敷料区域。

如图4所示，两个热模切后的具有正极和负极的片状隔膜(1a、1b)并排排列且隔膜同侧的极性材料异性设置，两片相向并排设置的具有正极和负极的片状隔膜(1a、1b)中间通过绝缘胶10进行绝缘连接。

如图5至图9所示，正极集流体2采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳20，所述正极集流体2的单面采用腐蚀处理后涂覆一层便于导电的导电剂层7；负极集流体3也采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳30，负极集流体3的单面也采用腐蚀处理后涂覆一层便于导电的导电剂层7；其中，如图8、图9和图15所示，正极集流体2和负极集流体3并排排列且涂覆有导电剂层7的腐蚀处理面位于同一侧，两个并排排列的正极集流体2与负极集流体3之间通过绝缘胶10进行绝缘连接，绝缘连接的正极集流体2和负极集流体3未腐蚀面通过粘接胶8粘附固定于铝塑膜4内层一侧；且两个绝缘连接的片状隔膜(1a、1b)同一侧的正极5和负极6分别对应于铝塑膜4内的正极集流体2和负极集流体3涂覆有导电剂层7的腐蚀处理面。

如图10至图15所示，在铝塑膜4内层另一侧通过粘接胶8粘附固定有将两个绝缘连接的片状隔膜(1a、1b)另一侧的正极5和负极6串联连接的串联集流体11，该串联集流体11采用金属箔材制成并在单面采用腐蚀处理后涂覆一层便于与同侧的正极和负极导电的导电剂层7，两个绝缘连接的片状隔膜(1a、1b)分别涵盖正极集流体2、负极集流体3和串联集流体11对应的集流体区域；在正极耳20和负极耳30对应的铝塑膜4敞口处采用极耳胶9热封密封端部及固定对应的极耳。

该实施例对应的高电压快充锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选用PE材质的隔膜1作为涂覆的基体；

步骤2，如图1～3所示，采用间歇式涂覆方式，对应隔膜1基体两侧面的正对应位置处，在隔膜1基体一侧单面涂覆正极5对应的钴酸锂材料，在隔膜基体另一侧单面涂覆负极6对应的钛酸锂材料，其中，负极6对应的钛酸锂材料敷料区域涵盖正极5对应的钴酸锂材料敷料区域，隔膜1涵盖负极6和正极5分别对应的敷料区域；

步骤3，将涂覆烘烤后的隔膜进行热模切；

步骤4，如图4所示，将两个热模切后的具有正极5和负极6的片状隔膜(1a、1b)并排排列且隔膜同侧的极性材料异性设置，两片相向并排设置的具有正极5和负极6的片状隔膜中间通过绝缘的茶色胶10进行绝缘连接；

步骤5，如图5至图9所示，将铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层碳纳米管材料组成的导电剂层7，而后模切制成正极集流体2，模切时在正极集流体2外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳20；将铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层碳纳米管材料组成的导电剂层7，而后模切制成负极集流体3，模切时在负极集流体3外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳30；然后将模切后的正极集流体2和负极集流体3并排排列且涂覆有导电剂层7的腐蚀处理面位于同一侧，两个并排排列的正极集流体2与负极集流体3之间通过绝缘的茶色胶10进行绝缘连接；

步骤6，如图10至图13所示，将铝箔的单面采用腐蚀处理后涂覆一层碳纳米管材料组成的便于与同侧的正极和负极导电的导电剂层7，而后模切制成用于将两个绝缘连接的片状隔膜(1a、1b)另一侧的正极5和负极6串联连接的串联集流体11；

步骤7，如图14和图15所示，绝缘连接的正极集流体2和负极集流体3未腐蚀面通过采用亚克力胶8粘附固定于铝塑膜4内层的一侧；

步骤8，如图14和图15所示，串联集流体11的未腐蚀面通过采用亚克力胶8粘附固定于铝塑膜4内层的另一侧；

步骤9，如图14和图15所示，将两个热模切后绝缘连接且具有正极5和负极6的片状隔膜(1a、1b)，与正极集流体2、负极集流体3和串联集流体11分别相对应的放入铝塑膜4中，且两个绝缘连接的片状隔膜(1a、1b)分别涵盖正极集流体2、负极集流体3和串联集流体11对应的集流体区域；

步骤10，如图14和图15所示，将极耳胶9弯折后或裁切后，覆盖铝塑膜4敞口处的极耳，而后进行热封；

步骤11，将电解液注入铝塑膜4中，然后将注液后铝塑膜进行侧封，而后依次进行化成、热压整形和分容，得到4.6V的高压快充锂离子电池成品。

实施例二

该实施例的结构与实施例一相同，在此不做过多赘述；不同之处在于，该实施例选取的材料与实施例一相比，有所不同，具体如下：

步骤1，选用PP材质的隔膜作为涂覆的基体；

步骤2，采用间歇式涂覆方式，对应隔膜基体两侧面的正对应位置处，在隔膜基体一侧单面涂覆正极对应的锰酸锂材料，在隔膜基体另一侧单面涂覆负极对应的钛酸锂材料，其中，负极对应的钛酸锂材料敷料区域涵盖正极对应的锰酸锂材料敷料区域，隔膜涵盖负极和正极分别对应的敷料区域；

步骤3，将涂覆烘烤后的隔膜进行热模切；

步骤4，将两个热模切后的具有正极和负极的片状隔膜并排排列且隔膜同侧的极性材料异性设置，两片相向并排设置的具有正极和负极的片状隔膜中间通过绝缘的茶色胶进行绝缘连接；

步骤5，将铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层石墨烯材料组成的导电剂层，而后模切制成正极集流体，模切时在正极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳；将铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层石墨烯材料组成的导电剂层，而后模切制成负极集流体，模切时在负极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳；然后将模切后的正极集流体和负极集流体并排排列且涂覆有导电剂层的腐蚀处理面位于同一侧，两个并排排列的正极集流体与负极集流体之间通过绝缘的茶色胶进行绝缘连接；

步骤6，将铝箔的单面采用腐蚀处理后涂覆一层石墨烯材料组成的便于与同侧的正极和负极导电的导电剂层，而后模切制成用于将两个绝缘连接的片状隔膜另一侧的正极和负极串联连接的串联集流体；

步骤7，绝缘连接的正极集流体和负极集流体未腐蚀面通过采用聚丙烯腈多元共聚物的粘接胶粘附固定于铝塑膜内层的一侧；

步骤8，串联集流体的未腐蚀面通过采用聚丙烯腈多元共聚物的粘接胶粘附固定于铝塑膜内层的另一侧；

步骤9，将两个热模切后绝缘连接且具有正极和负极的片状隔膜，与正极集流体、负极集流体和串联集流体分别相对应的放入铝塑膜中，且两个绝缘连接的片状隔膜分别涵盖正极集流体、负极集流体和串联集流体对应的集流体区域；

步骤10，将极耳胶弯折后或裁切后，覆盖铝塑膜敞口处的极耳，而后进行热封；

步骤11，将电解液注入铝塑膜中，然后将注液后铝塑膜进行侧封，而后依次进行化成、热压整形和分容，得到4.8V的高压快充锂离子电池成品。

实施例三

该实施例的结构与实施例一相同，在此不做过多赘述；不同之处在于，该实施例选取的材料与实施例一相比，有所不同，具体如下：

步骤1，选用PE与双面陶瓷组合材质的隔膜作为涂覆的基体；

步骤2，采用间歇式涂覆方式，对应隔膜基体两侧面的正对应位置处，在隔膜基体一侧单面涂覆正极对应的镍钴锰酸锂材料，在隔膜基体另一侧单面涂覆负极对应的钛酸锂材料，其中，负极对应的钛酸锂材料敷料区域涵盖正极对应的镍钴锰酸锂料敷料区域，隔膜涵盖负极和正极分别对应的敷料区域；

步骤3，将涂覆烘烤后的隔膜进行热模切；

步骤4，将两个热模切后的具有正极和负极的片状隔膜并排排列且隔膜同侧的极性材料异性设置，两片相向并排设置的具有正极和负极的片状隔膜中间通过绝缘的茶色胶进行绝缘连接；

步骤5，将铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层石墨烯材料组成的导电剂层，而后模切制成正极集流体，模切时在正极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳；将铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层石墨烯材料组成的导电剂层，而后模切制成负极集流体，模切时在负极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳；然后将模切后的正极集流体和负极集流体并排排列且涂覆有导电剂层的腐蚀处理面位于同一侧，两个并排排列的正极集流体与负极集流体之间通过绝缘的茶色胶进行绝缘连接；

步骤6，将铝箔的单面采用腐蚀处理后涂覆一层石墨烯材料组成的便于与同侧的正极和负极导电的导电剂层，而后模切制成用于将两个绝缘连接的片状隔膜另一侧的正极和负极串联连接的串联集流体；

步骤7，绝缘连接的正极集流体和负极集流体未腐蚀面通过采用硅胶粘附固定于铝塑膜内层的一侧；

步骤8，串联集流体的未腐蚀面通过采用硅胶粘附固定于铝塑膜内层的另一侧；

步骤9，将两个热模切后绝缘连接且具有正极和负极的片状隔膜，与正极集流体、负极集流体和串联集流体分别相对应的放入铝塑膜中，且两个绝缘连接的片状隔膜分别涵盖正极集流体、负极集流体和串联集流体对应的集流体区域；

步骤10，将极耳胶弯折后或裁切后，覆盖铝塑膜敞口处的极耳，而后进行热封；

步骤11，将电解液注入铝塑膜中，然后将注液后铝塑膜进行侧封，而后依次进行化成、热压整形和分容，得到4.6V的高压快充锂离子电池成品。

实施例四

该实施例的结构与实施例一相同，在此不做过多赘述；不同之处在于，该实施例选取的材料与实施例一相比，有所不同，具体如下：

步骤1，选用PP/PE/PP组合材质的隔膜作为涂覆的基体；

步骤2，采用间歇式涂覆方式，对应隔膜基体两侧面的正对应位置处，在隔膜基体一侧单面涂覆正极对应的镍钴铝酸锂材料，在隔膜基体另一侧单面涂覆负极对应的钛酸锂材料，其中，负极对应的钛酸锂材料敷料区域涵盖正极对应的镍钴铝酸锂料敷料区域，隔膜涵盖负极和正极分别对应的敷料区域；

步骤3，将涂覆烘烤后的隔膜进行热模切；

步骤4，将两个热模切后的具有正极和负极的片状隔膜并排排列且隔膜同侧的极性材料异性设置，两片相向并排设置的具有正极和负极的片状隔膜中间通过绝缘的茶色胶进行绝缘连接；

步骤5，将铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层碳纳米管材料组成的导电剂层，而后模切制成正极集流体，模切时在正极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳；将铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层碳纳米管材料组成的导电剂层，而后模切制成负极集流体，模切时在负极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳；然后将模切后的正极集流体和负极集流体并排排列且涂覆有导电剂层的腐蚀处理面位于同一侧，两个并排排列的正极集流体与负极集流体之间通过绝缘的茶色胶进行绝缘连接；

步骤6，将铝箔的单面采用腐蚀处理后涂覆一层碳纳米管材料组成的便于与同侧的正极和负极导电的导电剂层，而后模切制成用于将两个绝缘连接的片状隔膜另一侧的正极和负极串联连接的串联集流体；

步骤7，绝缘连接的正极集流体和负极集流体未腐蚀面通过采用聚丙烯腈多元共聚物的粘接胶粘附固定于铝塑膜内层的一侧；

步骤8，串联集流体的未腐蚀面通过采用聚丙烯腈多元共聚物的粘接胶粘附固定于铝塑膜内层的另一侧；

步骤9，将两个热模切后绝缘连接且具有正极和负极的片状隔膜，与正极集流体、负极集流体和串联集流体分别相对应的放入铝塑膜中，且两个绝缘连接的片状隔膜分别涵盖正极集流体、负极集流体和串联集流体对应的集流体区域；

步骤10，将极耳胶弯折后或裁切后，覆盖铝塑膜敞口处的极耳，而后进行热封；

步骤11，将电解液注入铝塑膜中，然后将注液后铝塑膜进行侧封，而后依次进行化成、热压整形和分容，得到4.8V的高压快充锂离子电池成品。

以上所述实施例只是为本实用新型的较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，除了具体实施例中列举的情况外；任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，比如正负极材料的种类、涂覆厚度；隔膜厚度、材质；热压工艺参数等均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高电压快充锂离子电池，包括隔膜、极片、电解液、正极集流体、负极集流体和铝塑膜，其特征在于：

所述极片以隔膜为基体并在其两侧面相对应位置处分别间歇式涂覆正极材料形成正极和涂覆负极材料形成负极后模切裁切而制成，所述隔膜上负极对应的负极材料敷料区域涵盖正极对应的正极材料敷料区域，模切后的隔膜涵盖正极和负极分别对应的敷料区域；

两个热模切后的具有正极和负极的片状隔膜并排排列且隔膜同侧的极性材料异性设置，两片相向并排设置的具有正极和负极的片状隔膜中间通过绝缘胶进行绝缘连接；

所述正极集流体采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳，所述正极集流体的单面采用腐蚀处理后涂覆一层便于导电的导电剂层；

所述负极集流体采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳，所述负极集流体的单面采用腐蚀处理后涂覆一层便于导电的导电剂层；

所述正极集流体和负极集流体并排排列且涂覆有导电剂层的腐蚀处理面位于同一侧，两个并排排列的正极集流体与负极集流体之间通过绝缘胶进行绝缘连接，绝缘连接的正极集流体和负极集流体未腐蚀面通过粘接胶粘附固定于铝塑膜内层一侧；

两个绝缘连接的片状隔膜同一侧的正极和负极分别对应于铝塑膜内的正极集流体和负极集流体涂覆有导电剂层的腐蚀处理面；

所述铝塑膜内层另一侧通过粘接胶粘附固定有将两个绝缘连接的片状隔膜另一侧的正极和负极串联连接的串联集流体，所述串联集流体采用金属箔材制成并在单面采用腐蚀处理后涂覆一层便于与同侧的正极和负极导电的导电剂层，两个绝缘连接的片状隔膜分别涵盖正极集流体、负极集流体和串联集流体对应的集流体区域；

所述正极耳和负极耳对应的铝塑膜敞口处采用极耳胶热封密封端部及固定对应的极耳。

2.根据权利要求1所述的一种高电压快充锂离子电池，其特征在于，所述隔膜为PP、PE、PVDF、PET陶瓷、无纺布陶瓷、PP与PE的复合材质、PP与PVDF的复合材质、PP与陶瓷的复合材质、或PE与陶瓷的复合材质。

3.根据权利要求1所述的一种高电压快充锂离子电池，其特征在于，所述正极对应的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的一种高电压快充锂离子电池，其特征在于，所述负极对应的负极材料为钛酸锂。

5.根据权利要求1所述的一种高电压快充锂离子电池，其特征在于，所述正极集流体、负极集流体和串联集流体采用的金属箔材为铝箔。

6.根据权利要求1所述的一种高电压快充锂离子电池，其特征在于，所述正极集流体、负极集流体和串联集流体上导电剂层对应的导电材料为纳米碳管或石墨烯。

7.根据权利要求1所述的一种高电压快充锂离子电池，其特征在于，所述粘接胶为硅胶、亚克力或聚丙烯腈多元共聚物。

8.根据权利要求1所述的一种高电压快充锂离子电池，其特征在于，所述绝缘胶为茶色胶。