CN2582186Y

CN2582186Y - 安全聚合物锂离子电池

Info

Publication number: CN2582186Y
Application number: CN02250070U
Authority: CN
Inventors: 曾毓群; 吴凯; 赵丰刚
Original assignee: Dongguan Amperex Electronics Technology Ltd
Current assignee: Dongguan Amperex Electronics Technology Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2003-10-22
Anticipated expiration: 2012-12-06

Abstract

本实用新型涉及聚合物锂离子电池技术领域，特指一种安全聚合物锂离子电池。其是通过如下技术方案实现的：电池主要由电池芯和包装薄膜构成，包装薄膜包裹电池芯，其特征在于：电池芯的正、负极极耳分别位于电池芯相对的两边。采用这种结构后，阴极集流体和阳极集流体的极耳位于电池芯相对的两边，这样，电池充放电产生的热量沿长度上分布是均匀的，从而使得其温度升高量比较均匀。另一方面，梯形的极耳的根部较为宽，可减小电流的密度，从而使电池表现很好的耐大电流性能，提高电池的安全使用性能。

Description

安全聚合物锂离子电池

技术领域：

本实用新型涉及聚合物锂离子电池技术领域，特指一种安全聚合物锂离子电池。

背景技术：

随着现代化社会的发展，移动设备得到了越来越广泛的应用，如在高速发展的信息及通讯产业，从而形成了对高能电池的大量需求。而对于早已发展起来的汽车产业来说，由于现代化社会对环保的要求，其也急需发展一种安全且大容量的电池。由于锂电池及锂离子电池的比能量高，因而得到世界各国的重视，其中液态电解质锂离子电池已经在上述领域获得了广泛的应用，而胶体或固态电解质的聚合物锂离子电池也已经开始得到实用。聚合物锂离子电池的性能在许多方面优于液态电解质电池，例如其比能量的密度高、制作工艺简单、形状灵活多变、无液体泄露、保存期长、正常充放电不会产生气体等等。对于此类电池的研究，美国贝尔通信研究院就多次公布其成果。例如在专利号为5460904的美国专利中就公开了一种这样的电池。见附图1，其是由阴极集流体01、阴极膜片02、隔离膜片03、阳极膜片04、阳极集流体05依次叠加形成，其内部加有电解质。其中阴极集流体01采用铝网制作，阳极集流体05采用铜网制作，阴极膜片02、隔离膜片03、阳极膜片04均采用塑化、萃取等工艺制成微孔的薄膜，这样含有锂盐(如LiPF₆)的有机溶剂电解质可灌入其中。阳极膜片04为阳极活性物质(可嵌入、脱嵌锂离子的物质，如石墨)，辅助物质有粘合剂、导电剂和塑化剂；阴极膜片02为阴极活动物质(可脱嵌、重嵌入锂离子的物质，如可钴酸锂LiCoO₂、锰酸锂LiMn₂O₄)，辅助物质有粘合剂、导电剂和塑化剂；隔离膜片03由粘合剂、骨架材料(如二氧化硅)及塑化剂构成。这三类膜片如图1所示排列，经复合热压并萃取后形成一单层的电池单元1，见附图2。然后按照电池容量大小的要求将若干个电池单元1叠放在一起，并且将阴极集流体01的各个极耳011与一金属电极片06焊接，阳极集流体05的各个极耳051与金属电极片07焊接，如见附图3所示，此若干层电池单元1形成电池芯2。最后在电池芯2的外面包裹上包装薄膜3，并向其内注入电解液，抽真空、密封后形成电池4，见附图4所示。

聚合物锂离子电池4的阴极集流体01主要采用铝网或冲孔铝箔，阳极集流体04主要采用铜网或冲孔铜箔。见附图5，目前聚合物锂离子电池4的电池单元1中阴、阳集流体的极耳011、051宽度较小，并处于电池单元1的一侧，由于阴极膜片01、隔离膜片02和阳极膜片03是均匀涂布厚裁为长方形的形状，电解液均匀充满其中，阴阳离子也均匀分布其中。当电池在充放电时，其电流在隔离膜片02、阴极膜片01及阳极膜片03上基本是靠离子导电，离子导电运动方向沿电池厚度方向运动，在电池长宽方向各处的电流密度基本是均匀分布的，而集流体01、05内的电流密度沿长度方向线性分布，在极耳一端的电流密度最大，而远离极耳一端的电流密度趋近与零，这样电池在充放电时产生的焦耳热在极耳一侧最大，远离极耳一侧为零。由于电池芯2中一个电池单元1厚度相对其长度来说非常小，无须考虑其厚度方向上发热量的梯度变化。同时由于化学反应热在单层的电池单元1的长宽方向是均匀分布，所以电池充放电时产生的总热量，即焦耳热加化学反应热在长度方向分布是不均匀的，其在极耳一端发热量最大，远离极耳一端发热量最小，着就使得电池温度上升很不均匀。另外，目前集流体上的极耳通常为长方形，其根部宽度相对较窄，当电流总量不变时，此处的电流密度将变得很大，造成此处的发热量比较大，出现局部升温量很大。当温度升高到一定程度，锂离子电池就会失效，甚至出现燃烧或是爆炸，这个温度通常称为失效的极限温度(依次还有燃烧极限温度、爆炸极限温度)，只要电池内某一局部达到这个极限温度将会产生连锁反应。而目前的电池由于温度升高很不均匀，虽然平均温度并未达到极限温度，但局部的最高温度已经达到此极限，连锁反应就出现了。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种在电池发热量不变的前提下，能使电池温度均匀升高的安全聚合物锂离子电池。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：电池主要由电池芯和包装薄膜构成，包装薄膜包裹电池芯，其特征在于：电池芯的正、负极极耳分别位于电池芯相对的两边。

电池芯是由若干阴极集流体、阴极膜片、隔离膜片、阳极膜片、阳极集流体依次叠加形成，其中正、负极极耳分别设置在阴极集流体和阳极集流体上。

极耳呈梯形，且较长的一边与阴极集流体或阳极集流体连接，且此边的边长不小于集流体宽度的二分之一。

采用这种结构后，阴极集流体和阳极集流体的极耳位于电池芯相对的两边，这样在电池充放电时，在长度方向上，阴极和阳极集流体内电流密度其绝对值总和是相等的，这样，电池充放电产生的热量沿长度上分布是均匀的，从而使得其温度升高量比较均匀。另一方面，梯形的极耳的根部较为宽，可减小电流的密度，使发热量减小，这样局部温度的升高量也会减小，同时由于极耳是裸露在电池外面，把极耳的宽度加宽，可增加其散热面积，有效降低热量，从而使电池表现很好的耐大电流性能，提高电池的安全使用性能。

附图说明：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1是目前聚合物锂离子电池的内部结构示意图；

图2是目前聚合物锂离子电池中电池单元的结构示意图；

图3是目前聚合物锂离子电池中电池芯的结构示意图；

图4是目前聚合物锂离子电池的剖视图；

图5是目前聚合物锂离子电池阴阳集流体的结构式示意图；

图6是本实用新型的结构示意图；

图7是本实用新型电池单元的结构式示意图；

图8是本实用新型阴阳集流体的结构示意图；

图9～11是本实用新型阴阳集流体的其他实施方式；

图12是本实用新型与目前产品性能函数的对比图。

具体实施方式：

见附图4，本实用新型中的电池4仍主要由电池芯2和包装薄膜3构成，包装薄膜3包裹电池芯2。

见附图6，电池芯2的正负极极耳211、251分别位于其相对的两边。

见附图7，电池4中每个电池芯是由若干阴极集流体21、阴极膜片22、隔离膜片23、阳极膜片24、阳极集流体25依次叠加形成，其中正、负极极耳211、251分别设置在阴极集流体21和阳极集流体25上。

见附图8，极耳211、251呈梯形，且较长的一边与阴极集流体21或阳极集流体25连接。当然极耳211、251并不仅仅限于上述形状，其也可为其他类似形状，见附图9、10、11，这是本实用新型极耳211的其他实施方式，(由于极耳251的与极耳211相同，只是方向相反，故省略)其中极耳的根部需要大于集流体21或25宽度的二分之一，形状可为长方形、梯形等。

见附图12，这是目前产品与本实用新型温度测试函数图，由图中可看出，本实用新型平均温度升高量趋近平衡，其安全性能远远好与目前同类产品。

由于本实用新型的阴极集流体21和阳极集流体25的极耳211、251位于电池芯2相对的两边，这样在电池4充放电时，在长度方向上，阴极和阳极集流体21、25内电流密度其绝对值总和是相等的，这样，电池充放电产生的热量沿长度上分布是均匀的，从而使得其温度升高量比较均匀。另一方面，梯形的极耳的根部较为宽，可减小电流的密度，使发热量减小，这样局部温度的升高量也会减小，同时由于极耳是裸露在电池外面，把极耳的宽度加宽，可增加其散热面积，有效降低热量，从而使电池表现很好的耐大电流性能，提高电池的安全使用性能。

Claims

1、安全聚合物锂离子电池，包括：电池(4)，电池(4)主要由电池芯(2)和包装薄膜(3)构成，包装薄膜(3)包裹电池芯(2)，其特征在于：电池芯(2)的正、负极极耳(211)、(251)分别位于电池芯(2)相对的两边。

2、根据权利要求1所述的安全聚合物锂离子电池，其特征在于：电池芯(2)是由若干阴极集流体(21)、阴极膜片(22)、隔离膜片(23)、阳极膜片(24)、阳极集流体(25)依次叠加形成，其中正、负极极耳(211)、(251)分别设置在阴极集流体(21)和阳极集流体(25)上。

3、根据权利要求1或2所述的安全聚合物锂离子电池，其特征在于：极耳(211)、(251)呈梯形，且较长的一边与阴极集流体(21)或阳极集流体(25)连接，且此边的边长不小于集流体(21)或(25)宽度的二分之一。