CN207398281U - 一种圆柱锂离子电池电芯及圆柱锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种圆柱锂离子电池电芯，所述电芯由正极片、隔膜和负极片三明治式层叠螺旋卷绕而成；所述正极片采用铝箔且涂覆有正极材料，并在卷绕起始端留有无正极材料涂覆的空白铝箔集流体；所述负极片采用铜箔且涂覆有负极材料，并在卷绕起始端和结尾端留有无负极材料涂覆的空白铜箔集流体；所述电芯中部为由空白铝箔集流体或空白铜箔集流体卷绕而成的筒状结构。同时本实用新型还公开了一种圆柱锂离子电池。本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池电芯及圆柱锂离子电池，通过电芯中心的筒状结构起支撑作用使电芯的整体结构稳定不易变形，同时该结构还有利于内部热量的散失，可以提高电池的安全性和快速充放电性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及能源技术领域，特别是一种圆柱锂离子电池电芯及圆柱锂离子电池。
背景技术
锂离子电池作为一种绿色环保的二次电池，分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的电化学储能装置，具有高能量密度、高功率密度、工作温度范围宽和使用寿命长等优点，己经在便携式电子设备、电动汽车和储能电网等领域得到了广泛应用。然而，随着现代社会的发展和人们对美好生活的向往，众多便携式设备都向智能化、多功能化迈进，新能源电动汽车向500公里长续航里程发展，对锂离子电池能量密度与功率密度提出越来越高的要求。一直以来国家非常重视新能源汽车的发展，早在2012年工信部《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》提出“以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，到2015年，动力电池模块比能量达到150瓦时/公斤以上，成本降至2元/瓦时以下，循环使用寿命稳定达到2000次或10年以上，到2020年，动力电池模块比能量达到300瓦时/公斤以上，成本降至1.5元/瓦时以下。为了达到“支撑新能源汽车的发展，持续提升电池单体能量密度和降低单体成本”的目标，在2016年中国电动汽车百人会执行副理事长、清华大学教授欧阳明高受国家制造强国建设战略咨询委员会、国家工业和信息化部领导委托，发布了业内备受关注的《节能与新能源汽车技术路线图》，路线图提出，到2020年，纯电动汽车(BEV)动力电池单体比能量达到350Wh/kg，系统比能量达到250Wh/kg，单体能量密度达到650Wh/L，系统能量密度达到320Wh/L，满足300km以上BEV应用需求，电池系统成本降至1元/Wh；到2020年，插电式混合动力汽车(PHEV)动力电池单体比能量达到200Wh/kg，系统比能量达到120Wh/kg，单体能量密度达到400Wh/L，系统能量密度达到240Wh/L，电池系统成本降至1.5元/Wh。目前能量密度只能达到120～180Wh/kg,续航里程达到400公里，与行业标杆能量密度达到249Wh/kg，续航里程达到500公里的美国特斯拉新能源电动车相比还有很大的差距。
锂离子电池逐步往高容量的方向发展，现有的锂离子电池一般以LiCO2、LiFePO4、三元材料镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA)、富锂锰基材料(xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M＝Ni、Co、Mn))为正极材料活性物质。为了提高锂离子电池的能量密度，各生产厂家都在尝试使用高比容量的正极材料，而且提高正极极片的体积密度，增加电芯极片的缠绕圈数。增加电芯的圈数同时增加了电芯缠绕松紧度，这会在生产过程中出现电解液难以对正极极片浸润等问题，这将影响到正极材料的比容量、循环性能和安全性能。锂离子电池在充放电过程中特别是在过充电过放滥用时会产生大量的热量，如果这些热量能够得到快速释放，就将有利于抑制电池热失控引发的安全问题，也有利于锂离子电池的实际生产与应用。
因鉴于此，特提出此实用新型。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种散热性能好的圆柱锂离子电池电芯及圆柱锂离子电池。
为了实现上述目的，本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池电芯，所述电芯由正极片、隔膜和负极片三明治式层叠螺旋卷绕而成；
所述正极片采用铝箔且涂覆有正极材料，并在卷绕起始端留有无正极材料涂覆的空白铝箔集流体；
所述负极片采用铜箔且涂覆有负极材料，并在卷绕起始端和结尾端留有无负极材料涂覆的空白铜箔集流体；
所述电芯中部为由空白铝箔集流体或空白铜箔集流体卷绕而成的筒状结构。
优选地，所述起始端的空白铝箔集流体长度为1～30mm。
优选地，所述起始端的空白铜箔集流体长度为1～35mm。
优选地，所述起始端的空白铜箔集流体长度为5～80mm。
优选地，所述隔膜为聚丙烯隔膜。
另一方面，本实用新型还提供了一种圆柱锂离子电池，所述锂离子电池的电芯为上述的圆柱锂离子电池电芯。
优选地，所述锂离子电池电芯的上端和下端均设有有绝缘垫片。
本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池电芯及圆柱锂离子电池，具有如下有益效果：
电芯中心的筒状结构起支撑作用使电芯的整体结构稳定不易变形，同时还有利于内部热量的散失，可以提高电池的安全性和快速充放电性能。
附图说明
图1为本实用新型实施例一提供的圆柱形锂离子电池电芯结构示意图。
图2为本实用新型提供的圆柱形锂离子电池电芯正极片结构示意图。
图3为本实用新型提供的圆柱形锂离子电池电芯负极片结构示意图。
图中：
1.正极片11.正极材料2.负极片21.负极材料3.筒状结构
具体实施方式
下面结合附图1-3和具体实施方式对本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池电芯及圆柱锂离子电池做出详细说明。
实施例一
在本实施例中，正极片1采用15μm厚的铝箔。正极材料11通过涂布机采用转移式间歇涂布的方式涂布在正极片1的表面，并在真空条件下90℃干燥12h后辊压3次。
在本实施例中，正极材料11采用三元材料镍钴锰、导电剂SuperP和聚偏氟乙烯(PVDF)按照89:3:8混合均匀，并使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂进行双行星匀浆制成。
应当注意的是，本实用新型对正极材料11不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况和需求选择合适的正极材料涂布在正极片上。
正极片1在卷绕起始端留有1mm的空白铝箔集流体。
在本实施例中，负极片2采用10μm厚的铜箔。负极材料21通过涂布机采用转移式间歇涂布的方式涂布在负极片2的表面，并在真空条件下110℃干燥12h后辊压3次。
在本实施例中，负极材料21采用平均粒度20μm的人工石墨、分子量为150000的丁苯橡胶SBR和颗粒粒度为0.09μm的羧甲基纤维素钠CMC按照98:1:1混合，并进行双行星匀浆制成。
应当注意的是，本实用新型对负极材料21不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况和需求选择合适的负极材料涂布在负极片上。
负极片2在卷绕起始端留有35mm的空白铜箔集流体，在尾端外侧留有80mm长的空白铜箔，内侧留有5mm长的空白铜箔。
将正极片1、20μm厚的聚丙烯隔膜(图1中未示出)和负极片2叠合成三明治结构并螺旋卷绕。其中，先将负极片2卷绕初始端的空白铜箔集流体置于两层隔膜之间绕卷针缠绕两周得到筒状结构3，然后将正极片1置于带有隔膜的负极片内侧继续一同卷绕得到电芯。
将电芯下端设置绝缘垫片后安装进壳体内，并在上端设置绝缘垫片后对电池壳滚槽，并按照1.8～2.4μL/mAh用量加注电解液。本实施例中，电解液为1mol/L LiPO6EC-DMC电解液(其中LiPO6EC-DMC的体积比为2:8)。激光焊接正极极耳与盖帽，得到圆柱形锂离子电池。
实施例二
在本实施例中，正极片1采用15μm厚的铝箔。正极材料11通过涂布机采用转移式间歇涂布的方式涂布在正极片1的表面，并在真空条件下90℃干燥12h后辊压3次。
在本实施例中，正极材料11采用三元材料镍钴锰、导电剂SuperP和聚偏氟乙烯(PVDF)按照89:3:8混合均匀，并使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂进行双行星匀浆制成。
应当注意的是，本实用新型对正极材料11不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况和需求选择合适的正极材料涂布在正极片上。
正极片1在卷绕起始端留有30mm的空白铝箔集流体。
在本实施例中，负极片2采用10μm厚的铜箔。负极材料21通过涂布机采用转移式间歇涂布的方式涂布在负极片2的表面，并在真空条件下110℃干燥12h后辊压3次。
在本实施例中，负极材料21采用平均粒度20μm的人工石墨、分子量为150000的丁苯橡胶SBR和颗粒粒度为0.09μm的羧甲基纤维素钠CMC按照98:1:1混合，并进行双行星匀浆制成。
应当注意的是，本实用新型对负极材料21不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况和需求选择合适的负极材料涂布在负极片上。
负极片2在卷绕起始端留有1mm的空白铜箔集流体，在尾端外侧留有80mm长的空白铜箔，内侧留有5mm长的空白铜箔。
将正极片1、20μm厚的聚丙烯隔膜和负极片2叠合成三明治结构并螺旋卷绕。其中，先将正极片1卷绕初始端的空白铜箔集流体置于两层隔膜之间绕卷针缠绕三周得到筒状结构，然后将负极片置于带有隔膜的正极片内侧继续一同卷绕得到电芯。
将电芯下端设置绝缘垫片后安装进壳体内，并在上端设置绝缘垫片后对电池壳滚槽，并按照1.8～2.4μL/mAh用量加注电解液。本实施例中，电解液为1mol/L LiPO6EC-DMC电解液(其中LiPO6EC-DMC的体积比为2:8)。激光焊接正极极耳与盖帽，得到圆柱形锂离子电池。
综上所述，本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池电芯及圆柱锂离子电池，通过在正极片或负极片的卷绕初始端留出空白集流体并绕卷针卷绕成筒状结构，提升了电芯整体的散热性能，并作为支撑结构使电芯不易松散，提高了电池的良品率。同时也提高了电池使用的安全性能和充放电性能。
本文中应用了具体个例对实用新型构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该实用新型构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种圆柱锂离子电池电芯，其特征在于，所述电芯由正极片、隔膜和负极片三明治式层叠螺旋卷绕而成；
所述正极片采用铝箔且涂覆有正极材料，并在卷绕起始端留有无正极材料涂覆的空白铝箔集流体；
所述负极片采用铜箔且涂覆有负极材料，并在卷绕起始端和结尾端留有无负极材料涂覆的空白铜箔集流体；
所述电芯中部为由空白铝箔集流体或空白铜箔集流体卷绕而成的筒状结构。
2.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池电芯，其特征在于，所述起始端的空白铝箔集流体长度为1～30mm。
3.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池电芯，其特征在于，所述起始端的空白铜箔集流体长度为1～35mm。
4.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池电芯，其特征在于，所述起始端的空白铜箔集流体长度为5～80mm。
5.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池电芯，其特征在于，所述隔膜为聚丙烯隔膜。
6.一种圆柱锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的电芯为权利要求1-5任一所述的圆柱锂离子电池电芯。
7.根据权利要求6所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池电芯的上端和下端均设有绝缘垫片。
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