CN208315689U - 一种双碳性锂离子电池 - Google Patents

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黄穗阳
赵军辉
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Abstract

本实用新型公开一种双碳性锂离子电池，包括：外壳，分别设置在所述外壳内的碳正极、碳负极、电解液；所述碳正极和碳负极均包括包括：碳布、与所述碳布四周连接的集流体、与所述集流体连接的引线极耳、包覆所述碳布和集流体的隔膜袋，所述引线极耳伸出所述隔膜袋。本实用新型通过在碳布四周连接集流体，引线极耳连接在集流体上，从而保持碳布各区域到极耳的电阻较为均一，以减少电池的内阻；同时，将碳布和集流体完全被隔膜袋包覆，避免从碳布掉落的碳屑造成电池内部短路，避免因内部短路造成电池失效，保证电池各项功能正常工作和改善电池安全性。

Description

一种双碳性锂离子电池
技术领域
本实用新型涉及二次锂离子电池技术领域，尤其涉及一种双碳性锂离子电池。
背景技术
现有锂离子电池在正极材料中使用钴和镍等贵重过渡金属化合物作为活性物质，材料成本很高，而且随着国际市场原料价格波动，国内电池材料的价格波动上涨幅度很大。另外，锂离子电池的正极片和负极片都必须使用涂布和辊压等等一系列复杂的制成工艺，生产设备昂贵，生产线资金投入很大，设备资金投入的成本分摊到每个产品上面，加大了现有锂离子电池产品的成本支出。双碳性锂离子电池是在正电极和负电极二端都使用碳素材料，没有昂贵的钴和镍等过渡金属元素。由于采用碳材料做电极，材料成本很低；另外，双碳性锂离子电池可以直接使用工业化生产的碳纤维无纺布作为正电极和负电极，制造工艺流程简单，生产设备投资少，产品的材料成本和生产成本大幅降低，因此，具有极大的应用前景。
普通双碳性锂离子电池的结构为碳正极、碳负极和设置在碳正极、碳负极之间的隔膜，但长期使用和反复充放电之后，电池负极和正极中的碳纤维布可能会出现掉落碳屑，掉落的碳屑容易造成双碳性锂离子电池内部短路，造成双碳性锂离子电池失效，甚至电池发热、起火和爆炸等等安全风险。同时碳负极和碳正极中的极耳直接连接的碳布的一个区域，碳布上距离极耳较远的区域的电子传输至极耳的电阻较大，造成双碳性电池的内阻增大。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进和完善。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种双碳性锂离子电池，避免双碳性锂离子电池内部短路，减少双碳性锂离子电池的内阻，从而提升电池放电性能、循环寿命和改善电池的安全性。
本实用新型的技术方案如下：提供一种双碳性锂离子电池，包括：外壳，分别设置在所述外壳内的碳正极、碳负极、电解液；所述碳正极包括：第一碳布、与所述第一碳布四周围边缘连接的第一集流体、与所述第一集流体连接的第一引线极耳、包覆所述第一碳布和第一集流体的第一隔膜袋，所述第一引线极耳伸出所述第一隔膜袋；所述碳负极包括：第二碳布、与所述第二碳布四周围边缘连接的第二集流体、与所述第二集流体连接的第二引线极耳、包覆所述第二碳布和第二集流体的第二隔膜袋，所述第二引线极耳从所述第二隔膜袋中伸出；所述第一集流体为铝质集流体或镍质集流体或不锈钢质集流体，所述第一引线极耳为铝带或镍带或不锈钢带；所述第二集流体为镍质集流体或铜质集流体或不锈钢质集流体，所述第二引线极耳为镍带或铜带或不锈钢带。将碳布的四周围边缘与集流体连接，引线极耳与集流体连接，从而保持碳布各区域到极耳的电阻较为均一，以减少电池的内阻；同时，将碳布和四周围边缘的集流体一同被隔膜袋完全包覆，隔膜袋的四周边缘通过热熔封接的方式完全封闭，避免从碳布掉落的碳屑造成电池内部短路，避免因内部短路造成电池失效。在碳正极与碳负极之间有电解液，其中包括锂盐例如LiClO4(或者LiPF6)和有机溶剂例如碳酸丙烯酯PC(或者碳酸乙烯酯C3H4O3)。
进一步地，所述第一隔膜袋和第二隔膜袋均为微孔薄膜组成，例如尼龙膜或聚丙烯膜或聚乙烯膜或玻璃纤维布。微孔薄膜中微孔孔径为0.03～0.2微米，微孔薄膜的孔隙率为20～50％，微孔薄膜的厚度为20～100微米。
进一步地，所述第一碳布、第二碳布通过导电胶分别与所述第一集流体、第二集流体连接。第一集流体是铝网或铝箔或者镍网或镍箔或不锈钢网或不锈钢箔。第二集流体是铜网或铜箔或镍网或镍箔或不锈钢网或不锈钢箔。集流体镶嵌在碳布的四周围边缘，通过夹持和嵌入的方式与碳布保持良好的导电联系。另外，在碳布的四周围边缘与集流体镶嵌的部分使用碳粉导电胶连接和填充，进一步降低碳布与集流体之间的电阻。碳粉导电胶含有环氧树脂成分，在加热烘干之后，碳粉导电胶把碳布与集流体固化在一起，形成一个电极整体。
进一步，所述第一碳布与所述第一集流体的连接组合成的正极片和第二碳布与第二集流体连接组合成的负极片，可以是正方形、长方形或者圆形。
进一步地，所述第一碳布和第二碳布为碳纤维布或微孔泡沫碳片或发泡碳片。碳布的厚度为0.02～1.1毫米，碳布中微孔的孔径为0.5～90微米，碳布的孔隙率为30～60％。在同一双碳性锂离子电池中，第一碳布和第二碳布的物理化学性质往往不同。
进一步，第一引线极耳与第一集流体焊接在一起，保持良好的电连接。第二引线极耳与第二集流体焊接在一起，保持良好的电连接。
进一步，外壳是塑料壳或者是铝塑复合材料外壳。
采用上述方案，本实用新型提供一种双碳性锂离子电池，通过在碳布四周围边缘连接集流体，引线极耳连接在集流体上，从而保持碳布各区域到极耳的电阻较为均一，以减少电池的内阻；同时，将碳布和集流体组成的电极片(板)完全被隔膜袋包覆，避免从碳布掉落的碳屑造成电池内部短路，避免因内部短路造成电池失效，保证电池各项功能正常工作和确保电池安全性。双碳性锂离子电池中没有钴和镍贵重的化合物材料，不需要涂布和辊压等复杂的生产工艺，材料成本和生产成本低廉，是未来替代现有锂离子电池的新型产品，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的结构示意图；
图2为本实用新型的碳正极的结构示意图；
图3为图2去掉隔膜袋的结构示意图；
图4为本实用新型的碳负极的结构示意图；
图5为图4去掉隔膜袋的结构示意图；
图6为图1实施例的充电和放电曲线图；
图7为本实用新型的另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。
请参阅图1～图5，本实用新型提供一种双碳性锂离子电池，包括：外壳10，分别设置在所述外壳10内的碳正极20、碳负极40、电解液50，碳正极20和碳负极40浸泡在电解液50当中；所述碳正极20包括：第一碳布21、与所述第一碳布21四周围边缘连接的第一集流体22、与所述第一集流体22连接的第一引线极耳23、包覆所述第一碳布21和第一集流体22的第一隔膜袋24，所述第一引线极耳23伸出所述第一隔膜袋24；所述碳负极40包括：第二碳布41、与所述第二碳布41四周围边缘连接的第二集流体42、与所述第二集流体42连接的第二引线极耳43、包覆所述第二碳布41和第二集流体42的第二隔膜袋44，所述第二引线极耳43从所述第二隔膜袋44中伸出；所述第一集流体22为铝箔，所述第一引线极耳23为铝带；所述第二集流体42为镍箔，所述第二引线极耳43为镍带。将碳布的四周围边缘与集流体连接，引线极耳与集流体连接，从而保持碳布各区域到极耳的电阻较为均一，以减少电池的内阻；同时，将碳布完全被隔膜袋包覆，避免从碳布掉落的碳屑造成电池内部短路，避免因内部短路造成电池失效。
在本实施例中，所述第一碳布21为PAN基碳纤维布，碳布厚度为0.5毫米，微孔孔径为12微米，孔隙率为50％；所述第二碳布41为石墨化碳纤维布，碳布厚度为0.3毫米，微孔孔径为8微米，孔隙率为40％。
在本实施例中，所述第一隔膜袋24和第二隔膜袋44均为尼龙微孔薄膜，微孔的孔径为0.05微米，微孔薄膜的孔隙率为40％，微孔薄膜的厚度为60微米。
所述第一碳布21、第二碳布41通过导电胶30分别与所述第一集流体22、第二集流体42连接。通过碳粉导电胶30(其中碳粉导电胶与环氧树脂的重量比例为92:8)连接，进一步降低电池内部电阻。
在本实施例中，第一引线极耳与第一导体集流体焊接在一起，保持良好的电连接。第二引线极耳与第二导体集流体焊接在一起，保持良好的电连接。
在本实施例中，外壳是塑料壳。
本实施例中，所述电解液50为高氯酸锂LiClO4和碳酸丙烯酯PC溶液，其中锂盐LiClO4在碳酸丙烯酯PC溶液中的浓度是1.5摩尔。初始组装完成的电池其原始电压为0.3～2V，电池在恒流1C条件下充电到4.9V截止充电；然后在1C条件下放电到2V截止，放电过程的中点工作电压为3.8V，该电池的充电和放电实验曲线如图6所示。电池的放电克容量按照碳布的重量计算约为210～370mAh/g，充放电效率为99.9％。该电池可以循环反复充放电多次。
请参阅图1，图1为并联的双碳性锂离子电池电池组，用于提升电池容量。
请参阅图7，图7为串联的双碳性锂离子电池电池组，用于提升输出电压。
综上所述，本实用新型提供一种双碳性锂离子电池，通过在碳布四周围边缘连接集流体，引线极耳连接在集流体上，从而保持碳布各区域到极耳的电阻较为均一，以减少电池的内阻；同时，将碳布和集流体组成的电极片(板)完全被隔膜袋包覆，避免从碳布掉落的碳屑造成电池内部短路，避免因内部短路造成电池失效，保证电池各项功能正常工作和改善电池的安全性。双碳性锂离子电池中没有钴和镍贵重的化合物材料，不需要涂布和辊压等复杂的生产工艺，材料成本和生产成本低廉，是未来替代现有锂离子电池的新型产品，具有广泛的应用前景。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双碳性锂离子电池，其特征在于，包括：外壳，分别设置在所述外壳内的碳正极、碳负极、电解液；所述碳正极包括：第一碳布、与所述第一碳布四周围边缘连接的第一集流体、与所述第一集流体连接的第一引线极耳、包覆所述第一碳布和第一集流体的第一隔膜袋，所述第一引线极耳伸出所述第一隔膜袋；所述碳负极包括：第二碳布、与所述第二碳布四周围边缘连接的第二集流体、与所述第二集流体连接的第二引线极耳、包覆所述第二碳布和第二集流体的第二隔膜袋，所述第二引线极耳从所述第二隔膜袋中伸出；所述第一集流体为铝质集流体或镍质集流体或不锈钢质集流体，所述第一引线极耳为铝带或镍带或不锈钢带；所述第二集流体为镍质集流体或铜质集流体或不锈钢质集流体，所述第二引线极耳为镍带或镍带或不锈钢带。
2.根据权利要求1所述的一种双碳性锂离子电池，其特征在于，所述第一隔膜袋和第二隔膜袋均为微孔薄膜组成，微孔薄膜中微孔的孔径为0.03～0.2微米，微孔薄膜的孔隙率为20～50％，微孔薄膜的厚度为20～100微米。
3.根据权利要求2所述的一种双碳性锂离子电池，其特征在于，所述微孔薄膜为尼龙膜或聚丙烯膜或聚乙烯膜或玻璃纤维布。
4.根据权利要求1所述的一种双碳性锂离子电池，其特征在于，所述第一碳布、第二碳布通过导电胶分别与所述第一集流体、第二集流体连接。
5.根据权利要求1所述的一种双碳性锂离子电池，其特征在于，所述第一碳布和第二碳布为碳纤维布或微孔泡沫碳片或发泡碳片。
6.根据权利要求1所述的一种双碳性锂离子电池，其特征在于，第一引线极耳与第一导体集流体焊接在一起，第二引线极耳与第二导体集流体焊接在一起。
7.根据权利要求1所述的一种双碳性锂离子电池，其特征在于，所述外壳是塑料壳或者是铝塑复合材料外壳。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111129419A (zh) * 2020-01-21 2020-05-08 瑞海泊(青岛)能源科技有限公司 电池极耳结构及其制备方法、水系电池
CN113075273A (zh) * 2021-04-02 2021-07-06 福州大学 一种Ni/CC/Cu复合材料电极及其制备方法和在COD检测中的应用
CN115513607A (zh) * 2022-11-24 2022-12-23 香港中文大学（深圳） 低损耗、高空间利用率锂离子电池全极耳结构及其制备方法

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