CN216250858U - 一种锂氟化碳电池卷绕电芯以及锂氟化碳电池 - Google Patents

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张海波
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Abstract

本实用新型提供了一种锂氟化碳电池卷绕电芯以及锂氟化碳电池，由正极片、隔膜和负极片依次层叠后沿同一方向卷绕而成，所述负极片具有折边极耳结构；沿所述负极片卷绕方向，所述折边极耳结构由所述负极片位于端部的极片折边形成，所述折边极耳结构卷绕后形成卷绕电芯的负极极耳。本实用新型通过在负极片的端部设置折边极耳结构，卷绕后以形成负极极耳，有效降低电芯膨胀应力对电池的影响，具有安全性高、制备工艺简单和易于工业化生产等特点。

Description

一种锂氟化碳电池卷绕电芯以及锂氟化碳电池
技术领域
本实用新型属于电池技术领域，涉及一种锂氟化碳电池卷绕电芯以及锂氟化碳电池。
背景技术
随着智能穿戴设备市场的不断提升，锂离子电池应用越来越广泛，锂离子电池具有高能量密度、充放电效率高、自放电低等优点，锂离子电池主要包括正极片、负极片、隔膜、电解液、外壳等组成结构及成分，其中，锂离子电池的电芯一般由正极片、负极片及隔膜等组成，锂离子电池的电芯主要有卷绕及叠片两种工艺，卷绕工艺是将分条后的极片固定在卷针上随着卷针转动将正极极片、负极极片以及隔膜卷成电芯的工艺方式，由于叠片工艺复杂程度较高，人工操作费时费力，且极片分切合格率很低，自动化则因为设备问题而难以产业化，卷绕工艺操作比较简便，无论是半自动或全自动都可以快速完成，容易实现产业自动化，目前市场上大多企业采用的是卷绕的形式，也就是说，卷绕工艺的生产效率高，更适合工业化生产。
锂氟化碳电池以氟化碳(CFx)作为正极活性材料，金属锂作为负极，是目前理论比能量(2180Wh/kg)最高的一次电池。除此之外，由于使用氟化碳作为活性物质，锂氟化碳电池具有工作电压平稳、极高的安全性和环保的优点。然而，氟化碳电池的产物氟化锂在正极表面沉积，电池厚度反应前后发生变化，膨胀率高达30％。在圆柱电池中采用镍极耳与锂压合作为负极极耳，实际应用情况中经常出现电池放电曲线跳水，甚至低压等情况，也增加了生产过程中的难度。
因此，如何提供一种减少电芯膨胀影响的电池，提高电池的安全性，并且保证放电末期放电平稳无跳水现象，成为目前迫切需要解决的问题。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种锂氟化碳电池卷绕电芯以及锂氟化碳电池，通过在负极片的端部设置折边极耳结构，卷绕后以形成负极极耳，有效降低电芯膨胀应力对电池的影响，具有安全性高、制备工艺简单和易于工业化生产等特点。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
第一方面，本实用新型提供了一种锂氟化碳电池卷绕电芯，由正极片、隔膜和负极片依次层叠后沿同一方向卷绕而成，所述负极片具有折边极耳结构；沿所述负极片卷绕方向，所述折边极耳结构由所述负极片位于端部的极片折边形成，所述折边极耳结构卷绕后形成卷绕电芯的负极极耳。
本实用新型通过在负极片具有折边极耳结构，折边极耳结构为位于端部的极片折边，卷绕后，折边极耳结构能够直接作为极耳使用，从而减少了金属锂负极焊接镍极耳的工序，降低了电池的重量，减少了电芯的体积，提高了电池的比能量；此外，该卷绕电芯为电池提供了膨胀空间，有效避免正负极之间膨胀应力对电池安全性的影响，保证了电池放电末期放电平稳无跳水现象。
需要说明的是，在设置隔膜时，至少需要设置两层隔膜，例如第一隔膜和第二隔膜，卷绕之前，将正极片、第一隔膜、负极片和第二隔膜层叠，本领域技术人员公知的是，正极片和负极片的位置可以进行互换，例如为负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜。
需要说明的是，在锂氟化碳电池中，负极片可选为金属锂片，其中，金属锂片为单一金属锂片，无需与其他金属集流体复合，例如无需与铜集流体或镍集流体复合。
作为本实用新型的一个优选技术方案，所述折边极耳结构中，折边的方向为沿所述负极片卷绕方向的垂直方向。
作为本实用新型的一个优选技术方案，所述负极片包括折边部分和卷绕部分，所述折边部分的极片与卷绕部分的极片之间夹角为90°。
作为本实用新型的一个优选技术方案，所述正极片的端部、隔膜的端部与负极片的端部交错设置。
本实用新型通过将正极片的端部、隔膜的端部与负极片的端部交错设置，有效避免卷绕后正极的极耳与负极的极耳重合的问题。
作为本实用新型的一个优选技术方案，所述负极片的厚度为0.03～0.2mm，例如为0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.10mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.17mm、0.18mm、0.19mm或0.20mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本实用新型的一个优选技术方案，所述负极片的长宽比为(5～500):1，例如为5:1、50:1、100:1、150:1、200:1、250:1、300:1、350:1、400:1、450:1或500:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
示例性地，提供一种上述的锂氟化碳电池卷绕电芯的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：
将负极片位于端部的极片沿所述负极片卷绕方向的垂直方向折边，使折边部分的极片与卷绕部分的极片之间夹角为90°；
正极片、隔膜和负极片层叠后，其中，正极片的端部、隔膜的端部和负极片的端部交错设置，卷绕后形成所述的锂氟化碳电池卷绕电芯。第二方面，本实用新型提供了一种锂氟化碳电池，所述锂氟化碳电池包括外壳，所述外壳内设置有第一方面所述的锂氟化碳电池卷绕电芯。
作为本实用新型的一个优选技术方案，所述锂氟化碳电池卷绕电芯的外径≥外壳内径的95％，例如为95.0％、95.5％、96.0％、96.5％、97.0％、97.5％、98.0％、98.5％、99.0％、99.5％。
作为本实用新型的一个优选技术方案，所述负极片的折边极耳结构卷绕后与外壳的底部贴合。
需要说明的是，本实用新型中的贴合方式包括极耳直接与外壳底部贴合，或将极耳折叠后再与外壳底部贴合。
作为本实用新型的一个优选技术方案，所述锂氟化碳电池的外壳盖设有盖板。
本实用新型所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本实用新型不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型通过在负极片具有折边极耳结构，折边极耳结构为位于端部的极片折边，卷绕后，折边极耳结构能够直接作为极耳使用，其中金属锂负极减少了集流体和外接极耳的问题，降低了电池的重量，减少了电芯的体积，提高了电池的比能量；此外，该卷绕电芯为电池提供了膨胀空间，有效避免正负极之间膨胀应力对电池安全性的影响，保证了电池放电末期放电平稳无跳水现象。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中提供的负极片的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1中提供的正极片的结构示意图；
图3为本实用新型实施例1中提供的锂氟化碳电池卷绕电芯的卷绕示意图，箭头代表卷绕方向；
图4为本实用新型实施例1和对比例1的放电曲线对比图。
其中，1-负极片；2-折边极耳结构；3-正极片；4-正极极耳；5-第一隔膜；6-第二隔膜。
具体实施方式
需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种锂氟化碳电池卷绕电芯，由正极片3、隔膜和负极片1依次层叠后沿同一方向卷绕而成，所述负极片1具有折边极耳结构2；沿所述负极片1卷绕方向，所述折边极耳结构2由所述负极片1位于端部的极片折边形成，所述折边极耳结构2卷绕后形成卷绕电芯的负极极耳。可选地，负极片1为金属锂片。
本实用新型通过在负极片1具有折边极耳结构2，折边极耳结构2为位于端部的极片折边，卷绕后，折边极耳结构2能够直接作为极耳使用，从而减少了金属锂负极焊接镍极耳的工序，降低了电池的重量，减少了电芯的体积，提高了电池的比能量；此外，该卷绕电芯为电池提供了膨胀空间，有效避免正负极之间膨胀应力对电池安全性的影响，保证了电池放电末期放电平稳无跳水现象。
进一步地，所述折边极耳结构2中，折边的方向为沿所述负极片1卷绕方向的垂直方向。更进一步地，负极片1包括折边部分和卷绕部分，折边部分的极片与卷绕部分的极片之间夹角为90°。
进一步地，正极片3的端部、隔膜的端部与负极片1的端部交错设置。本实用新型通过将正极片3的端部、隔膜的端部与负极片1的端部交错设置，有效避免卷绕后正极的极耳与负极的极耳重合的问题。
进一步地，负极片1的厚度为0.03～0.2mm。负极片1的长宽比为(5～500):1。
本实用新型还提供了一种锂氟化碳电池，所述锂氟化碳电池包括外壳，所述外壳内设置有上述的锂氟化碳电池卷绕电芯。
进一步地，锂氟化碳电池卷绕电芯的外径≥外壳内径的95％。
进一步地，负极片1的折边极耳结构2卷绕后与外壳的底部贴合。
进一步地，锂氟化碳电池的外壳盖设有盖板。
在另一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种上述的锂氟化碳电池卷绕电芯的制备方法，由于锂质软且在空气中不稳定，该电芯在制备时需要处于干燥密封的环境下进行，使得锂在电池装配过程中保持稳定状态，同时通过调节卷绕张力降低锂断裂的可能，在本实施方式中不累赘描述，所述制备方法具体包括以下步骤：
在具有干燥空气的操作室中，将负极片1位于端部的极片向卷绕轴心方向折边，使折边部分的极片与卷绕部分的极片之间夹角为90°；
正极片3、隔膜和负极片1层叠后，其中，正极片3的端部、隔膜的端部和负极片1的端部交错设置，卷绕后形成所述的锂氟化碳电池卷绕电芯。
实施例1
本实施例提供了一种锂氟化碳电池卷绕电芯，基于一个具体实施方式中的锂氟化碳电池卷绕电芯，其中，如图1、图2和图3所示，负极片1具有折边极耳结构2，折边部分的极片与卷绕部分的极片之间夹角为90°，正极片3的端部焊接有正极极耳4，将负极片1、第一隔膜5、正极片3和第二隔膜6层叠卷绕。
其中，负极片1为金属锂负极片1，厚度为0.1mm，长宽比为60:1；正极片3中的活性材料包括氟化碳。
本实用新型还提供了一种电池，基于一个具体实施方式中的电池，卷绕电芯的外径为外壳内径的95％。其中，负极片1的折边极耳结构2卷绕后与外壳的底部贴合。
实施例2
本实施例提供了一种卷绕电芯，基于一个具体实施方式中的卷绕电芯，其中，负极片1具有折边极耳结构2，折边部分的极片与卷绕部分的极片之间夹角为90°，正极片3的端部焊接有正极极耳4，将负极片1、第一隔膜5、正极片3和第二隔膜6层叠卷绕。
其中，负极片1为金属锂负极片1，厚度为0.03mm，长宽比为400:1；正极片3中的活性材料包括氟化碳。
本实用新型还提供了一种电池，基于一个具体实施方式中的电池，卷绕电芯的外径为外壳内径的98％。其中，负极片1的折边极耳结构2卷绕后与外壳的底部贴合。
实施例3
本实施例提供了一种卷绕电芯，基于一个具体实施方式中的卷绕电芯，其中，负极片1具有折边极耳结构2，折边部分的极片与卷绕部分的极片之间夹角为90°，正极片3的端部焊接有正极极耳4，将负极片1、第一隔膜5、正极片3和第二隔膜6层叠卷绕。
其中，负极片1为金属锂负极片1，厚度为0.2mm，长宽比为20:1；正极片3中的活性材料包括氟化碳。
本实用新型还提供了一种电池，基于一个具体实施方式中的电池，卷绕电芯的外径为外壳内径的98％。其中，负极片1的折边极耳结构2卷绕后与外壳的底部贴合。
对比例1
本对比例提供了一种卷绕电芯，与实施例1相比，其区别在于，正极片的端部焊接有正极极耳，负极片上设有事先焊有镍极耳的铜金属载体网，将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜层叠卷绕。
将实施例1和对比例1制备得到的电池进行放电测试，放电曲线如图4所示，对比例1用金属载体网做集流体、用镍带做极耳，由于氟化碳电池在放电过程中，正极的体积不断膨胀，对卷芯施加应力，金属镍极耳的硬度和厚度造成卷芯内部不对称，受力不均，使得负极片断裂，导致电池出现明显的放电末期跳水与低压现象。实施例1用折边极耳结构2做负极极耳，金属锂极耳质地柔软且与负极一体，可减小卷芯内部受力不均，有效降低电池膨胀应力，避免负极片1的断裂，使得电池整个放电过程中正常放电。
通过以上实施例和对比例可以看出，本实用新型通过在负极片1具有折边极耳结构2，折边极耳结构2为位于端部的极片折边，卷绕后，折边极耳结构2能够直接作为极耳使用，其中金属锂负极减少了集流体和外接极耳的问题，降低了电池的重量，减少了电芯的体积，提高了电池的比能量；此外，该卷绕电芯为电池提供了膨胀空间，有效避免正负极之间膨胀应力对电池安全性的影响，保证了电池放电末期放电平稳无跳水现象。
申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种锂氟化碳电池卷绕电芯，由正极片、隔膜和负极片依次层叠后沿同一方向卷绕而成，其特征在于，所述负极片具有折边极耳结构；
沿所述负极片卷绕方向，所述折边极耳结构由所述负极片位于端部的极片折边形成，所述折边极耳结构卷绕后形成卷绕电芯的负极极耳。
2.根据权利要求1所述的锂氟化碳电池卷绕电芯，其特征在于，所述折边极耳结构中，折边的方向为沿所述负极片卷绕方向的垂直方向。
3.根据权利要求1所述的锂氟化碳电池卷绕电芯，其特征在于，所述折边部分的极片与卷绕部分的极片之间夹角为90°。
4.根据权利要求1所述的锂氟化碳电池卷绕电芯，其特征在于，所述负极片包括折边部分和卷绕部分，所述折边部分的极片与卷绕部分的极片之间夹角为90°。
5.根据权利要求1所述的锂氟化碳电池卷绕电芯，其特征在于，所述负极片的厚度为0.03～0.2mm。
6.根据权利要求1所述的锂氟化碳电池卷绕电芯，其特征在于，所述负极片的长宽比为(5～500):1。
7.一种锂氟化碳电池，其特征在于，所述锂氟化碳电池包括外壳，所述外壳内设置有权利要求1-6任一项所述的锂氟化碳电池卷绕电芯。
8.根据权利要求7所述的锂氟化碳电池，其特征在于，所述锂氟化碳电池卷绕电芯的外径≥外壳内径的95％。
9.根据权利要求7所述的锂氟化碳电池，其特征在于，所述负极片的折边极耳结构卷绕后与外壳的底部贴合。
10.根据权利要求7所述的锂氟化碳电池，其特征在于，所述锂氟化碳电池的外壳盖设有盖板。
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CN113871731A (zh) * 2021-10-29 2021-12-31 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种锂氟化碳电池卷绕电芯、其制备方法和用途

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