CN214068755U - 一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，包括正极片、负极片和隔膜，隔膜置于正极片和负极片之间，叠层后卷绕成圆柱形的电芯体，正极片头部为向上端延伸的正极片头部空箔，卷绕后形成正极头部极耳，负极片头部为向下端延伸的负极片头部空箔，卷绕后形成负极头部极耳，负极片尾部为向上端延伸的负极片尾部空箔，卷绕后形成负极尾部极耳。本实用新型通过在正极片和负极片端部设置延伸的空箔，经卷绕后压制为正极耳和负极耳，增大与正极片和负极片的连接点，提高了圆柱锂离子电池的导电和导热性能，延长了循环使用寿命；无外接极耳可避免极耳断裂造成的二次短路；本实用新型结构简单，安全可靠性高，便于推广使用。

Description

一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构

技术领域

本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构。

背景技术

电动工具因结构轻巧、体积小、重量轻、便于携带、使用方便、省时省力等特点，越来越受到人们的追捧；同时，因为绿色环保的特点，已在欧美等国得到了广泛使用。目前，我国作为电动工具生产大国，对电动工具用电池的需求也越来越大。

锂离子电池因工作电压高、比能量高、重量轻、寿命长、自放电低、绿色环保等优点，已广泛应用电动工具。18650锂离子电池因尺寸固定、便于组装等特点，是电动工具用锂离子电池的首选。但18650电池因采用卷绕结构，焊接正负极耳对其安全性有一定的影响，并且现有结构对其散热能力有一定的限制。在电池充放电时仅通过极耳连接集流体，如果极耳只有一个或者两个，同时电池内阻相对偏高，大电流放电性能较差，不能达到高倍率的放电要求，限制了该结构的锂电池在动力电池上和高功率电池上的应用。同时，极耳断裂时和电芯内部短路时，由于散热不良带来的起火、爆炸等问题，限制了该结构的安全性要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构。该电芯结构通过将正极片和负极片上延伸的空箔卷绕后压制成耳板作为极耳，增大与正极片和负极片连接点，提高圆柱锂离子电池的导热和导电性能，同时，无外接极耳可以避免极耳断裂带来的短路问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，其特征在于，包括正极片、负极片和隔膜，所述隔膜置于正极片和负极片之间，所述正极片、隔膜和负极片叠层后卷绕成圆柱形的电芯体，所述正极片头部为向上端延伸的正极片头部空箔，所述正极片头部空箔卷绕后形成正极头部极耳，所述负极片头部为向下端延伸的负极片头部空箔，所述负极片头部空箔卷绕后形成负极头部极耳，所述负极片尾部为向上端延伸的负极片尾部空箔，所述负极片尾部空箔卷绕后形成负极尾部极耳。

上述的一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，其特征在于，所述电芯体内部空间设置有圆柱芯，所述圆柱芯由绝缘导热油制成。

上述的一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，其特征在于，所述正极片头部空箔卷绕后为向上端延伸的铝箔，将铝箔压制成铝带作为正极头部极耳。

上述的一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，其特征在于，所述负极片头部空箔卷绕后为向下端延伸的铜箔，将负极片头部铜箔沿直径方向一分为二，压制成铜带作为负极头部极耳。

上述的一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，其特征在于，所述负极片尾部空箔卷绕后为向上端延伸的铜箔，将负极片尾部铜箔沿两条相互垂直的直径方向分为四等分，焊接于电池外壳侧沿上部的辊槽边沿处作为负极尾部极耳。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过将与正极片头部相连的延伸空箔制成正极耳板作为正极耳，将与负极片两端相连的延伸空箔制成负极头部和尾部耳板作为负极耳，增大了与正极片和负极片的连接点，使制成的圆柱锂离子电池在大电流充放电时能起到良好的分流作用，提高了圆柱锂离子电池充放电时的导电和导热性能，延长了圆柱锂离子电池的循环寿命。

2、本实用新型电芯结构将正极片和负极片端部延伸的空箔制成正极耳和负极耳，不使用外接的正极耳和负极耳，利用该电芯结构制成的锂离子电池，具备一定的抗击破坏性行为的能力；同时，可以避免因极耳断裂造成短路问题，运输、储存和使用过程中更加安全。

3、本实用新型电芯结构内部设置有由绝缘导热油制成的圆柱芯，既能进一步提高导热能力，又能对电池遭受内部短路时提供绝缘保护，进一步增强锂离子电池的安全性。

4、本实用新型由端部为延伸空箔的正极片和负极片及隔膜卷绕制成，无外接极耳，结构简单，设计新颖合理，制造成本低，使用效果好，安全性高，便于推广使用。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的电芯结构示意图。

图2是本实用新型正极片、负极片和隔膜未卷绕前的装配示意图。

附图标记说明:

1—正极片； 1-1—正极片头部空箔； 2—负极片；

2-1—负极片头部空箔； 2-2—负极片尾部空箔； 3—隔膜；

4—正极头部极耳； 5—负极尾部极耳； 6—负极头部极耳；

7—圆柱芯； 8—电芯体。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的圆柱锂离子电池的电芯结构包括正极片1、负极片2和隔膜3，所述隔膜3置于正极片1和负极片2之间，所述正极片1、隔膜3和负极片2叠层后卷绕成圆柱形的电芯体8，所述正极片1头部为向上端延伸的正极片头部空箔1-1，所述正极片头部空箔1-1 卷绕后形成正极头部极耳4，所述负极片2头部为向下端延伸的负极片头部空箔2-1，所述负极片头部空箔2-1卷绕后形成负极头部极耳6，所述负极片2尾部为向上端延伸的负极片尾部空箔2-2，所述负极片尾部空箔2-2 卷绕后形成负极尾部极耳5。

本实施例中，在正极片1头部及负极片2头部和尾部设置延伸的空箔，将隔膜3置于正极片1和负极片2之间叠层卷绕成圆柱形的电芯体8，向上延伸的正极片头部空箔1-1、向下延伸的负极片头部空箔2-1及向上延伸的负极片尾部空箔2-2经过卷绕后压制成正极头部极耳4、负极头部极耳6和负极尾部极耳5，不再需要外接正极耳和负极耳，一方面，空箔卷绕后压制成的正极耳和负极耳为耳板，与正极片1和负极片2的连接点增大，使得锂离子电池在大电流充电、放电时能起到良好的分流作用，提高了圆柱锂离子电池的导电和导热性能；另一方面，无外接正极耳和负极耳，在电池遭受到破坏性入侵时，可以有效的避免内部由极耳断裂造成的二次短路。因此，利用本实用新型电芯结构制成的锂离子电池不仅导电、导热性能高，使用寿命长，还能提高运输、储存和使用过程中的安全性。

如图1所示，本实施例中，所述电芯体8内部空间设置有圆柱芯7，所述圆柱芯7由绝缘导热油制成。该圆柱芯7由绝缘导热油制成，既能进一步提高导热能力，又能对电池遭受内部短路时提供绝缘保护，增强电池的安全性。

如图1和图2所示，优选地，在本实施例中，所述正极片头部空箔1-1 卷绕后为向上端延伸的铝箔，将铝箔压制成铝带作为正极头部极耳4。本实用新型采用卷绕的方式加工电芯，使用铝箔作为正极片材料导电性好，同时具有一定的柔软性，保证正极片1在卷绕时不发生脆断；铝的氧化电位高且铝箔表层有致密的氧化膜，在电解液中对铝也有一定的保护作用；此外，铝箔价格便宜，资源丰富。将卷绕后的铝箔压制成铝带作为正极头部极耳4，压制成铝带作为极耳，可以增大与正极片的连接点，使得锂离子电池在大电流充电、放电时，能起到良好的分流作用，增强正极导电性。

更优选地，在本实施例中，正极片头部空箔1-1卷绕后为向上端延伸的宽度为14mm的铝箔，电芯卷绕完成后正极片头部上端延伸部分为圆筒状，将延伸部分挤压为0.1mm×4mm(厚×宽)样式的铝带，作为正极头部极耳4尺寸适中，可以连接在电池壳体上，抗破坏性更强，也能起到良好的导流作用，增加电池循环寿命。

如图1和图2所示，优选地，在本实施例中，所述负极片头部空箔2-1 卷绕后为向下端延伸的铜箔，将负极片头部铜箔沿直径方向一分为二，压制成铜带作为负极头部极耳6。

如图1和图2所示，优选地，在本实施例中，所述负极片尾部空箔2-2 卷绕后为向上端延伸的铜箔，将负极片尾部铜箔沿两条相互垂直的直径方向分为四等分，焊接于电池外壳侧沿上部的辊槽边沿处作为负极尾部极耳 5。

在本实施例中，负极片2选用铜箔，一方面，铜具有一定的延展性和导电性，且铜在空气中相对稳定，可以保证负极片2在卷绕时不发生脆断；另一方面，铜箔氧化层较疏松些，作为电位较低的负极材料可以防止铜箔氧化。将卷绕后的负极头部铜箔沿直径方向一分为二，压制成铜带极耳作为负极头部极耳6；将绕后的负极尾部铜箔沿两条相互垂直的直径方向分为四等分，焊接于电池外壳侧沿上部的辊槽边沿处作为负极尾部极耳5，压制成铜带作为极耳，增大了与负极片的连接点，使得锂离子电池在大电流充电、放电时，能起到良好的分流作用，增强负极导电性。

更优选地，在本实施例中，负极片头部空箔2-1卷绕后为向下端延伸的宽度为5mm的铜箔，电芯卷绕完成后对其延伸部分沿直径方向一分为二，挤压为0.05mm×4mm(厚×宽)样式的铜带，作为负极头部极耳6，负极片尾部空箔2-2卷绕后为向上端延伸的宽度为4mm的铜箔，电芯卷绕完成后对其延伸部分沿两条相互垂直的直径方向分为四等分，分别点焊于电池外壳侧沿上部的辊槽沿处作为负极尾部极耳5，空箔延伸部分经过卷绕后为圆筒状，要将极耳连接在电池外壳体上，需要将空箔剪开，负极头部一分为二压制成耳板和尾部分为四等分进行点焊直接连接在电池外壳上，即增加了极耳与负极片的连接点，起到良好的导流作用，增加电池循环寿命，同时又不至于加大与正、负极及隔膜的空隙，也不占用很大空间，结构简单，适合大规模生产。

本实用新型电芯结构的制备过程如下：

步骤一、制作正极片1：将镍钴锰酸锂(LiCo_xNi_yMn_zO₂)、导电碳黑 (Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)和碳酸锂(Li₂CO₃)按照93:1:5:1的质量比加入到溶剂N-甲基吡咯烷酮中混合均匀，制备成正极浆料，然后将正极浆料使用涂布机涂覆在厚度为15μm的铝箔上，敷料面密度为136g/m²，在90℃～110℃的温度下干燥后，辊压成厚度约100μm的正极片1，在正极片1头部留取向上延伸的宽度为14mm的正极片头部空箔1-1，然后冲切出正极片1后待卷绕；

步骤二、制作负极片2：将人造石墨(C)、导电碳黑(Super-P)、丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素钠(CMC)按照92:2:2:4的质量比加入到溶剂去离子水中混合均匀，制备成负极浆料，然后将配制好的负极浆料使用涂布机涂覆在厚度为8μm的铜箔上，敷料面密度为69g/m²，在80℃～110℃的温度下干燥后，辊压成厚度约100μm的负极片2，在负极片2头部留取向下延伸的宽度为5mm的负极片头部空箔2-1，在负极片2尾部留取向上延伸的宽度为4mm的负极片头部空箔2-2，然后冲切出负极片2后待卷绕；

步骤三、准备隔膜3：16μm厚的单层聚丙烯隔离膜；

步骤四、卷绕电芯结构：将正极片1和负极片2分别经过60℃±5℃烘烤8h后，在相对湿度不大于1％环境中，将隔膜3置于其中，使用半自动卷绕机卷成电芯体8，卷绕后将正极片1外漏部分挤压为0.1mm×4mm (厚×宽)样式的铝带作为正极头部极耳4，将负极片2头部外漏部分沿直径一分为二挤压为0.05mm×4mm(厚×宽)样式的铜带作为负极头部极耳6，将负极片2尾部外漏部分沿互相垂直的两条直径反向分为四等分，分别点焊于电池外壳侧沿上部的辊槽沿处，作为负极尾部极耳5，得到电芯体8；

步骤五、在制备好的电芯体8中心圆孔处加入由型号为KI45X的绝缘导热油制成的圆柱芯7，即可得锂离子电池电芯结构。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，其特征在于，包括正极片(1)、负极片(2)和隔膜(3)，所述隔膜(3)置于正极片(1)和负极片(2)之间，所述正极片(1)、隔膜(3)和负极片(2)叠层后卷绕成圆柱形的电芯体(8)，所述正极片(1)头部为向上端延伸的正极片头部空箔(1-1)，所述正极片头部空箔(1-1)卷绕后形成正极头部极耳(4)，所述负极片(2)头部为向下端延伸的负极片头部空箔(2-1)，所述负极片头部空箔(2-1)卷绕后形成负极头部极耳(6)，所述负极片(2)尾部为向上端延伸的负极片尾部空箔(2-2)，所述负极片尾部空箔(2-2)卷绕后形成负极尾部极耳(5)。

2.根据权利要求1所述的一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，其特征在于，所述电芯体(8)内部空间设置有圆柱芯(7)，所述圆柱芯(7)由绝缘导热油制成。

3.根据权利要求1或2所述的一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，其特征在于，所述正极片头部空箔(1-1)卷绕后为向上端延伸的铝箔，将铝箔压制成铝带作为正极头部极耳(4)。

4.根据权利要求1或2所述的一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，其特征在于，所述负极片头部空箔(2-1)卷绕后为向下端延伸的铜箔，将负极片头部铜箔沿直径方向一分为二，压制成铜带作为负极头部极耳(6)。

5.根据权利要求1或2所述的一种安全圆柱锂离子电池的电芯结构，其特征在于，所述负极片尾部空箔(2-2)卷绕后为向上端延伸的铜箔，将负极片尾部铜箔沿两条相互垂直的直径方向分为四等分，焊接于电池外壳侧沿上部的辊槽边沿处作为负极尾部极耳(5)。

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