CN209001017U - 锂二次电池负极片及锂二次电池 - Google Patents

Abstract

锂二次电池负极片及锂二次电池，负极片包括集流体基体，所述集流体基体为锂带，在所述锂带上叠置有沿竖向延伸的非锂金属凸耳，所述非锂金属凸耳的一端突出于所述锂带，所述非锂金属凸耳突出于所述锂带的部分用于焊接极耳。本实用新型的负极片在锂带上叠置非锂金属凸耳，极耳激光焊接于非锂金属凸耳上，连接牢固，而且采用锂带作为集流体基体，减少了负极片非活性物质的含量，提高了锂电池的能量密度。

Description

锂二次电池负极片及锂二次电池

技术领域

本实用新型属于锂电池技术领域，更具体地说，涉及一种锂二次电池负极片及锂二次电池。

背景技术

随着化石能源的逐渐消耗和环境问题的日益加剧，发展清洁的替代能源成为必然趋势。可充放电池在日常生活中已得到广泛应用，给人们的生活带来便利，同时也是解决能源问题和环境问题的重要媒介。铅酸电池、镍氢电池和锂电池等电池体系中，锂电池是能量密度最高的。而石墨是目前应用最广泛的锂电池负极材料，但石墨的理论容量仅为372mAh/g，采用石墨作为负极材料的锂电池正在逐渐接近能量密度的极限，越来越难以满足人们对高能量密度电池的需求。

相比于石墨负极，锂金属负极的理论容量更高，可达到3860mAh/g，采用锂金属负极来替代目前的石墨负极，从而提高锂电池的能量密度，是锂电池技术发展的一个重要方向。采用锂金属负极的锂电池，其正极无论是搭配目前成熟的正极材料体系，或是以硫作为正极活性材料的体系，或是固态电解质体系，都能够得到更高的能量密度。

锂金属负极的活性物质是锂金属，锂金属可以制作成锂箔(带)应用于电池的负极片，或者与其他金属箔材复合组成负极片。如申请号为201110032936.9的中国发明专利申请公开的一种金属锂一次电池负极片，采用金属锂箔或锂铝合金箔作为片状主体，在片状主体上放置条状金属后压制在一起，然后再将负极极耳与其压合镶嵌制成负极片。申请号为201511031618.5的中国发明专利申请公开的一种锂一次电池负极结构，包括锂带、极耳和锂条，锂条、极耳、锂带依次叠加形成负极结构。前述专利中的负极片直接采用锂带作为负极片本体，可以提高电池的能量密度，但以上电池均为锂一次电池，一般来说，锂一次电池所用的锂带的厚度为毫米级别，而锂二次电池所用的锂带厚度仅为几十微米，锂带的强度和加工性能会因为厚度的减小而急剧降低，因此以上应用于锂一次电池的负极片结构如果应用于锂二次电池中，在极耳与锂带之间的连接部位会出现连接失效的问题，即使初始时候电池运行良好，但随着充放电次数的增多，以及在电池的放电状态锂金属的厚度达到最薄状态，极耳不可避免地会发生松动、脱落，而导致电池失效。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以增强极耳与极片本体连接处的连接强度及稳固度，以及可以提高电池能量密度的锂二次电池负极片及锂二次电池。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

锂二次电池负极片，包括集流体基体，所述集流体基体为锂带，在所述锂带上叠置有沿竖向延伸的非锂金属凸耳，所述非锂金属凸耳的一端突出于所述锂带，所述非锂金属凸耳突出于所述锂带的部分用于焊接极耳。

进一步的，多个所述非锂金属凸耳沿所述锂带的长度方向间隔布置。

进一步的，所述集流体基体由两条锂带叠置而成，所述非锂金属凸耳位于两条锂带之间。

进一步的，所述非锂金属凸耳的宽度为2mm～200mm，厚度为3μm～30μm，非锂金属凸耳突出于锂带的长度为5mm～50mm，非锂金属凸耳与锂带之间重叠部分的长度为1mm～l₀，l₀为锂带的宽度。

进一步的，所述锂带为纯金属锂箔或锂复合材料制成的箔材。

进一步的，所述非锂金属凸耳为铜带或涂碳铜带或镍带或涂碳镍带。

进一步的，所述锂带为单层结构，或为由锂层和锂复合材料层叠加而成的多层结构，或为由多重锂层和锂复合材料层交替叠加而成的多层结构，或为由不同组分的锂复合材料层叠加而成的多层结构。

锂电池，包括正极极片、隔膜和负极极片，所述负极极片包括极片本体和极耳，所述极片本体为由前述锂二次电池负极片裁切得到，所述极耳焊接于所述非锂金属凸耳上。

进一步的，所述极片本体的宽度与长度的比为0.2～1时，将正极极片、隔膜和负极极片以叠片工艺依次层叠制成叠片式电芯。

进一步的，所述极片本体的宽度与长度的比为1.2～50时，将正极极片、隔膜和负极极片以卷绕工艺卷绕制成卷绕式电芯。

由以上技术方案可知，本实用新型的负极片采用锂带作为集流体基体，在锂带上叠置其他非锂金属的凸耳，非锂金属凸耳露出于锂带的部分用于焊接极耳，由于极耳与非锂金属凸耳之间可以采用激光焊工艺连接在一起，极大地增强了极耳与极片本体连接处的强度和稳固度，有利于提高电池的电性能；同时锂带既是负极片的集流体，也是负极活性物质，本实用新型只在锂带上设置条形的非锂金属凸耳，尽可能地减少电池负极的非活性物质的含量，避免过多增加负极的非活性物质的质量，从而可以保持锂负极的轻质属性，有利于锂电池能量密度的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为沿图1中A线的剖视图；

图3为沿图1中B线的剖视图；

图4为将实施例1的负极片裁切成用于组装锂电池的极片本体的示意图；

图5为沿图4中C线的剖视图；

图6为沿图4中D或E线的剖视图；

图7为在图4的凸耳部位焊接上极耳后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

参照图1、图2及图3，本实施例的锂二次电池负极片包括锂带1和非锂金属凸耳2，非锂金属凸耳2沿竖向(锂带1的宽度方向)延伸，间隔叠设于锂带1上，非锂金属凸耳2的一端突出于锂带1之外，并与锂带1之间具有重叠的部分。为了便于描述，将非锂金属凸耳2露出于锂带1的一端定义为头部，则其另一端为尾部，竖向表示与锂带的宽度方向相平行的方向。非锂金属凸耳2的头部用于焊接极耳。为了满足焊接极耳的需要，非锂金属凸耳2的宽度l₂为2mm～200mm，厚度为3微米～30微米。非锂金属凸耳2突出于锂带1部分的长度l₃大于10mm，优选为5mm～50mm；非锂金属凸耳2与锂带1之间重叠部分的长度l₄为1mm～l₀，l₀为锂带1的宽度。

锂带1本身作为金属，具有导电子的功能，可以起到负极活性物质的作用，同时还可以作为集流体基体，从而省去常规负极片中作为集流体基体的铜箔、镍箔等箔材，减少了负极片中非活性物质的含量，有利于提高电池的能量密度。本实施例的锂带可以是纯金属锂箔，也可以是锂复合材料制成的箔材，该锂复合材料为金属锂与铝、镁、硼、硅、铟、锌、银、钙、锰等元素中的一种或多种形成的二元或多元合金，锂复合材料中其他元素质量百分比含量可为0.1％～40％。锂带上也可以设置保护层。

叠设于锂带1上的非锂金属凸耳2采用不是锂的金属制成，例如可以是铜带、涂碳铜带、镍带、涂碳镍带等金属带。当非锂金属凸耳选用铜带或镍带时，铜带或镍带的厚度可以是3微米～30微米；当非锂金属凸耳选用涂碳铜带或涂碳镍带时，金属带上涂碳层的厚度可以是0.1微米～3微米。选用涂碳铜带或涂碳镍带作为非锂金属凸耳时，焊接极耳之前需擦去非锂金属凸耳头部表面上的涂碳层。

本实施例的锂二次电池负极片包括两条叠置在一起的锂带1，多个非锂金属凸耳2沿锂带1的长度方向间隔夹设于两条锂带1之间，锂带1的厚度可为1微米至100微米，优选为10微米～50微米，两条锂带的厚度差不超过10微米。制备锂电池负极时，可以先将一条锂带与非锂金属凸耳轧制在一起后，再轧制另一条锂带；或者先将一条锂带与非锂金属凸耳轧制在一起后，再通过真空镀膜的方式镀上另一条锂带。

在生产负极片时，通常一次性生产很长的长度，短则几米，长则几百上千米，生产好的负极片卷绕成卷，以便于储存和运输。在制作电池时，要将负极片根据尺寸要求进行裁切得到小的极片本体。为了避免带来不必要的浪费，节省人力、物料资源，使材料得到最大程度的利用，可根据电池的制作工艺要求制备负极片，从而可以批量裁切出合适的极片本体，应用到不同的电芯制备工艺中。

图4、图5及图6为裁切后得到的极片本体的示意图，如图4、图5及图6所示，裁切出的极片本体的宽度l₆≤锂带1上相邻的两个非锂金属凸耳2之间的距离l₁，极片本体的长度l₅≤锂带1的宽度l₀，为了尽可能提高材料的利用率，l₆的值应尽可能接近l₁，l₅的值应尽可能接近l₀。裁切后的非锂金属凸耳2’突出于锂带1的长度l₇≤l₃，裁切后的非锂金属凸耳2’的宽度l₈≤l₂，同样的，为了提高材料的利用率，l₇的值应尽可能接近l₃，l₈的值应尽可能接近l₂。优选采用激光焊工艺在裁切后的非锂金属凸耳2’上焊接上极耳，如图7所示，焊接在非锂金属凸耳2’上的极耳包括金属带4和极耳胶5，金属带4优选为镍或铜镀镍，极耳胶5优选为黑胶或白胶或黄胶。

可采用叠片或卷绕的方式将负极片和正极片、隔膜一起制成电芯，当裁切出的极片本体的宽度与长度的比l₆/l₅为0.2～1时，优选采用叠片工艺制备电芯；当裁切出的极片本体的宽度与长度的比l₆/l₅为1.2～50时，优选采用卷绕工艺制备电芯。将制得的电芯装入电池外壳(铝塑膜外壳或金属壳)中，与电解质一起组装成电池，电池的正极极片为常规的正极极片，包括正极集流体(铝箔或涂碳铝箔)和涂布在集流体表面的正极材料涂膏。正极材料涂膏包括正极活性物质、粘结剂和导电剂，正极活性物质可以是钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝三元材料、镍钴锰三元材料、五氧化二钒、单质硫或空气等；导电剂可以是石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电碳黑(Super P)、乙炔黑、科琴黑等；粘结剂可以是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)，CMC/SBR等；电解质可以是酯类电解液，醚类电解液，离子液体等电解液或凝胶电解质、固态电解质。

当然，本实用新型的技术构思并不仅限于上述实施例，还可以依据本实用新型的构思得到许多不同的具体方案，例如，前述实施例中，锂带为单层结构，但锂带也可以是多层结构，例如锂带由锂层和锂复合材料层叠加而成，或者由多重锂层和锂复合材料层交替叠加而成，或者由不同组分的锂复合材料层叠加而成；锂二次电池负极也可只有一条锂带，非锂金属凸耳间隔叠设于锂带上；诸如此等改变以及等效变换均应包含在本实用新型所述的范围之内。

Claims (9)

1.锂二次电池负极片，包括集流体基体，所述集流体基体为锂带，其特征在于：

在所述锂带上叠置有沿竖向延伸的非锂金属凸耳，多个所述非锂金属凸耳沿所述锂带的长度方向间隔布置，且各非锂金属凸耳之间相互独立，所述非锂金属凸耳与锂带之间具有重叠的部分，且一端突出于所述锂带，所述非锂金属凸耳突出于所述锂带的部分用于焊接极耳，所述非锂金属凸耳与锂带相重叠部分的长度为1mm～l₀，l₀为锂带的宽度。

2.如权利要求1所述的锂二次电池负极片，其特征在于：所述集流体基体由两条锂带叠置而成，所述非锂金属凸耳位于两条锂带之间。

3.如权利要求1所述的锂二次电池负极片，其特征在于：所述非锂金属凸耳的宽度为2mm～200mm，厚度为3μm～30μm，非锂金属凸耳突出于锂带的长度为5mm～50mm。

4.如权利要求1所述的锂二次电池负极片，其特征在于：所述锂带为纯金属锂箔或锂复合材料制成的箔材。

5.如权利要求1所述的锂二次电池负极片，其特征在于：所述非锂金属凸耳为铜带或涂碳铜带或镍带或涂碳镍带。

6.如权利要求1所述的锂二次电池负极片，其特征在于：所述锂带为单层结构，或为由锂层和锂复合材料层叠加而成的多层结构，或为由多重锂层和锂复合材料层交替叠加而成的多层结构，或为由不同组分的锂复合材料层叠加而成的多层结构。

7.锂二次电池，包括正极极片、隔膜和负极极片，所述负极极片包括极片本体和极耳，其特征在于：所述极片本体为由权利要求1至6任一项所述的锂二次电池负极片裁切得到，所述极耳焊接于所述非锂金属凸耳上。

8.如权利要求7所述的锂二次电池，其特征在于：所述极片本体的宽度与长度的比为0.2～1时，将正极极片、隔膜和负极极片以叠片工艺依次层叠制成叠片式电芯。

9.如权利要求7所述的锂二次电池，其特征在于：所述极片本体的宽度与长度的比为1.2～50时，将正极极片、隔膜和负极极片以卷绕工艺卷绕制成卷绕式电芯。