CN207993992U - 一种锂离子电池结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池结构，包括正极片、负极片和导电外壳，所述正极片、负极片和导电外壳依次卷绕在电芯的外部，所述正极片与电芯和负极片之间均设有隔膜，所述负极片包括负极铜箔，所述负极铜箔与导电外壳连接的一侧末端设有一与导电外壳直接接触的空箔区域，所述空箔区域的长度大于等于一个电芯最大圆所在周长的长度。采用上述带有空箔区域的基体进行电池外包，使空箔区域与导电外壳直接接触。本实用新型锂离子电池结构具有构思巧妙、节省成本、提高单位能量密度、降低电芯内阻、提高电芯导电性及提高安全性等优点。

Description

一种锂离子电池结构

技术领域

本实用新型涉及基本电器元件领域的锂离子电池技术领域，具体为一种锂离子电池结构。

背景技术

1990日本的索尼公司首先研制成功以石墨结构的碳材料为基体，钴酸锂为正极的商品化锂离子电池，从此揭开了锂离子电池的快速发展历程，随着研究开发力度的加大，新材料、新工艺不断被研究出来，同时应用领域的拓展也对锂离子电池的各项性能提出更高的要求。锂离子电池凭借其具有电压高、重量轻、比能量大、自放电少、循环寿命长、无记忆效应、环境污染少等特点，广泛应用于移动便携式设备、电动汽车能源技术、大型发电厂的储能电池、UPS电源、医疗仪器电源、通信基站和国防空间技术等领域，特别是应用于储能和电动汽车领域，随着技术的进步和需求的扩大，将会产生一个庞大的市场。现阶段，随着世界能源危机的加剧和十二五期间国家对发展电动交通工具的进一步政策导向，电动交通工具得到了更快速的发展。电动交通工具对为其提供能量的动力锂离子电池要求较高，如要求具有较大的倍率性能，能大电流放电，较高的能量密度，良好的循环寿命，可靠的安全性和低廉的价格等等，研究开发能同时满足这些苛刻要求的动力电池仍将是今后研究的主题。目前能商业化应用在动力锂离子电池上的正极材料不多，主要为锰酸锂、镍钴锰三元、磷酸铁锂、镍钴酸锂这几种材料，其中磷酸铁锂为现阶段国内主流的动力电池正极材料。

锂离子电池的结构主体包括正极片、基体片、隔膜、电解液和壳体，正极片的制作是将正极活性物质、导电剂和粘结剂配置成的混合浆料涂布在集流体铝箔的两面，基体片的制作是将基体活性物质、导电剂和粘结剂配置成的混合浆料涂布在集流体铜箔的设计位置，电解液为锂盐和有机溶剂的混合溶液。当对电池进行充电时，锂离子从正极脱出，经过电解液和隔膜嵌入到基体，同时电子由外电路从正极流向基体；当对电池进行放电时，锂离子从基体脱出，经过电解液和隔膜又运动回正极，同时电子由外电路从基体流向正极。锂离子电池通常有两种外型：圆柱型和方型，圆柱型电池内部采用卷绕结构电芯，方形电池内部采用卷绕结构电芯或叠片结构电芯。同时为了保证电池的安全性还会装有安全阀或PTC元件，以便保证电池在不正常状态及输出短路时不发生危险。

锂离子电池在作为动力电源时，需要具备能够瞬间大电流放电和持续大电流放电的特性，以满足电动车在不同使用情况下的动力需求，这就要求所使用的电池具备较高的倍率性能和较低的内阻，如具备10C到25C乃至更高的倍率性能。电池在高倍率充放电时单位时间内通过电池内部的电流增大，相同欧姆内阻下，电池的发热量相对于低倍率更多，这就导致电池的温升幅度加大，电池内的每一种材料都会有自身的使用温度窗口，过高的温度会影响电池的电性能和安全性能，尤其是安全性能，这是动力电池首要解决的问题。通过降低电池的欧姆内阻可以在一定范围内降低电池的温升幅度，从而提高电池的倍率性能和保证安全性能。

现有圆柱形型锂离子电池的卷芯主要为卷绕结构，在卷绕时先将基体整体包在隔膜中，然后放上正极片，按照一定的松紧度进行卷绕，卷芯卷成后装入导电壳体中。通过点焊把卷芯负极片上的极耳焊接到导电壳体上，导电壳体整体作为基体。由于负极片整体包在隔膜中，卷芯负极片与导电壳体并不接触，只通过负极片上的极耳相连接，接触内阻相对本实用新型工艺制作的电池更大，这在一定程度上影响了电池的倍率性能和安全性。目前普遍的一种做法是通过增加极片上极耳的数量来增大极片与导电壳体的接触面积，从而达到降低接触内阻的目的。采用这种方式时过多的极耳占用了电池内有限的空间，降低了电池容量，且增加了制造成本、点焊难度和加工时间。

实用新型内容

本实用新型提供了一种构思巧妙、节省成本、提高单位能量密度、降低电芯内阻、提高电芯导电性及提高安全性的锂离子电池结构。

本实用新型可以通过以下技术方案来实现：

一种锂离子电池结构，包括正极片、负极片和导电外壳，所述正极片、负极片和导电外壳依次卷绕在电芯的外部，所述正极片与电芯和负极片之间均设有隔膜，所述负极片包括负极铜箔，所述负极铜箔即为电池的集流体，所述负极铜箔与导电外壳连接的一侧末端设有一与导电外壳直接接触的空箔区域，所述空箔区域的长度大于等于一个电芯最大圆所在周长的长度。本实用新型锂离子电池结构通过在负极铜箔即集流体的与导电外壳内壁连接的一面留有一段空箔区域不涂布，卷绕时该空箔区域与导电外壳直接接触，该结构设计构思巧妙，有效增大了集流体与导电外壳的接触面积，降低二者之间的接触内阻，进而降低电芯内阻，提高电芯的导电性和倍率性能，同时降低电芯的温升幅度、增大电芯的能量密度，提市电池的使用安全性能，降低电池的成本。

进一步地，所述负极铜箔为单面涂布负极粉结构或者双面涂布负极粉结构。

作为本实用新型锂离子电池结构的优选方案之一，所述负极铜箔为单面涂布负极粉结构时，卷绕时露箔一面置于外侧与导电外壳直接接触。

作为本实用新型锂离子电池结构的优选方案之二，所述负极铜箔为双面涂布负极粉结构时，负极铜箔的外面极片末端留有一空箔区域不涂布，所述空箔区域的长度至少为一个电芯最大圆所在周长长度，卷绕时使空箔区域与导电外壳直接接触。

再进一步地，所述负极铜箔上设有两个极耳，两个极耳分别分布在负极铜箔的两端部；或者两个极耳一个位于负极铜箔的一端部，另一个位于负极铜箔的中部。所述负极铜箔上除了设置两个极耳外，也可以根据实际需要设置多个极耳。

上述锂离子电池的基体外包工艺，包括如下步骤，

第一步，负极片单面涂布或者负极片双面涂布，负极片双面涂布时，负极片先采用单面间隙方式进行单面涂布，留有一部分负极铜箔不涂布，不涂布部分刚好位于负极铜箔末端，再采用涂布机对负极铜箔进行双面的第二面涂布；

第二步，正负极片按工艺要求裁好合适长度，正极片与电芯之间和负极片之间均通过隔膜隔开，负极片露箔一面位于外部；

第三步，电芯卷绕，先在电芯上预卷隔膜1 圈以上的第一隔膜，再放负极片，预卷一圈以上的负极片，再在负极片与第一隔膜之间放置正极片，正极片与负极片之间放置一第二隔膜，然后卷绕使电芯成型，卷绕后负极片露箔一面位于外部与导电外壳内壁直接接触。

本实用新型锂离子电池结构，具有如下的有益效果：

本实用新型锂离子电池结构通过在负极铜箔即集流体的与导电外壳内壁连接的一面留有一段空箔区域不涂布，卷绕时该空箔区域与导电外壳直接接触，该结构设计构思巧妙，有效增大了集流体与导电外壳的接触面积，降低二者之间的接触内阻，进而降低电芯内阻，提高电芯的导电性和倍率性能，同时降低电芯的温升幅度、增大电芯的能量密度，提市电池的使用安全性能，降低电池的成本。

附图说明

附图1为本实用新型锂离子电池单片剖开结构示意图；

附图2为附图1中负极铜箔单面涂布负极粉的结构示意图；

附图3为附图1中负极铜箔双面涂布负极粉的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型产品作进一步详细的说明。

如图1至图3所示，一种锂离子电池结构，包括正极片3、负极片和导电外壳7，所述正极片3、负极片和导电外壳7依次卷绕在电芯1的外部，所述正极片3与电芯1和负极片之间均设有隔膜，所述负极片包括负极铜箔6，所述负极铜箔6即为电池的集流体，所述负极铜箔6与导电外壳7连接的一侧末端设有一与导电外壳7直接接触的空箔区域10，所述空箔区域10的长度大于等于一个电芯1周长的长度。所述负极铜箔6为单面涂布负极粉结构或者双面涂布负极粉结构。如图2所示，所述负极铜箔6为单面涂布负极粉结构时，所述负极铜箔6的内面涂布有第一负极粉5，卷绕时负极铜箔6的外面露箔一面置于外侧与导电外壳7直接接触。如图3所示，所述负极铜箔6为双面涂布负极粉结构时，所述负极铜箔6的内面涂布有第一负极粉5，所述负极铜箔的外面涂布有第二负极粉9，负极铜箔6外面涂布有第二负极粉9的一面极片末端留有一空箔区域10不涂布，所述空箔区域10的长度至少为一个电芯1周长长度，卷绕时使空箔区域10与导电外壳7直接接触。所述负极铜箔6上设有两个极耳8，两个极耳8分别分布在负极铜箔6的两端部；或者两个极耳8一个位于负极铜箔6的一端部，另一个位于负极铜箔6的中部。所述负极铜箔6上除了设置两个极耳8外，也可以根据实际需要设置多个极耳8。本实用新型锂离子电池结构通过在负极铜箔6即集流体的与导电外壳7内壁连接的一面留有一段空箔区域10不涂布，卷绕时该空箔区域10与导电外壳7直接接触，该结构设计构思巧妙，有效增大了集流体与导电外壳7的接触面积，降低二者之间的接触内阻，进而降低电芯1内阻，提高电芯1的导电性和倍率性能，同时降低电芯1的温升幅度、增大电芯1的能量密度，提市电池的使用安全性能，降低电池的成本。

如图1至图3所示，上述锂离子电池的基体外包工艺，包括如下步骤，

第一步，负极片单面涂布或者负极片双面涂布，负极片双面涂布时，负极片先采用单面间隙方式进行单面涂布，通过调节涂布间隙控制负极片的涂布区间长度，留有一部分负极铜箔6不涂布，不涂布区域刚好位于负极铜箔6末端，不涂布区域的长度为电芯1大于等于电芯1周长的长度，再采用涂布机对负极铜箔6进行双面的第二面涂布；；

第二步，正负极片按工艺要求裁好合适长度，正极片3与电芯1之间和负极片之间均通过隔膜隔开，负极片露箔一面位于外部；

第三步，电芯1卷绕，先在电芯1上预卷第一隔膜2预卷1.2圈，再放负极片，预卷负极片1.2圈，再在负极片与第一隔膜2之间放置正极片3，正极片3与负极片之间放置一第二隔膜4，然后卷绕使电芯1成型，卷绕后负极片露箔一面位于外部与导电外壳7内壁直接接触，卷绕时通过调节电芯1在导电外壳7内的松紧度来实现电芯1负极片集流体与导电外壳7保持良好接触，增大集流体与导电外壳7内壁的接触面积，降低二者接触内阻。

采用上述基体外包工艺进行电池基体外包时，经测试在极耳8数量为两个，两个极耳8位置分别位于负极片的两端，且负极片基体100%外包时，基体外包对电池内阻的影响如表一。

表一

采用上述基体外包工艺进行电池基体外包时，经测试在极耳8数量为两个，两个极耳8位置分别位于负极片的两端，且负极片基体20%外包时，基体外包对电池内阻的影响如表二。

表二

采用上述基体外包工艺进行电池基体外包时，经测试在极耳8数量为两个，两个极耳8位置一个位于负极片的一端部，另一个位于负极片的中间位置，且负极片基体100%外包时，基体外包对电池内阻的影响如表三。

表三

本实用新型锂离子电池基体外包工艺让正极或者负极基体直接和导电外壳7内壁接触，有效增大集流体与导电外壳7的接触面积，其基体外包比例越大接触面积越大，从而有效降低电池内阻，其基体外包的比例越大，内阻降低的也越大。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本实用新型；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池结构，包括正极片、负极片和导电外壳，所述正极片、负极片和导电外壳依次卷绕在电芯的外部，所述正极片与电芯和负极片之间均设有隔膜，其特征在于：所述负极片包括负极铜箔，所述负极铜箔与导电外壳连接的一侧末端设有一与导电外壳直接接触的空箔区域，所述空箔区域的长度大于等于一个电芯最大圆所在周长的长度。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池结构，其特征在于：所述负极铜箔为单面涂布负极粉结构或者双面涂布负极粉结构。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池结构，其特征在于：所述负极铜箔为单面涂布负极粉结构时，卷绕时露箔一面置于外侧与导电外壳直接接触。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池结构，其特征在于：所述负极铜箔为双面涂布负极粉结构时，负极铜箔的外面极片末端留有一空箔区域不涂布，所述空箔区域的长度至少为一个电芯最大圆所在周长长度，卷绕时使空箔区域与导电外壳直接接触。

5.根据权利要求3或4所述的锂离子电池结构，其特征在于：所述负极铜箔上设有两个极耳，两个极耳分别分布在负极铜箔的两端部；或者两个极耳一个位于负极铜箔的一端部，另一个位于负极铜箔的中部。

6.根据权利要求3或4所述的锂离子电池结构，其特征在于：所述负极铜箔上设有多个极耳。