CN2754223Y - 一种安全锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种安全锂离子电池，包括电极芯体、外壳和盖板，所述电极芯体由排布于隔膜两面的极片卷绕而成，极片包括集流体和涂覆于该集流体上的活性物质涂层，其中，电极芯体的最外圈集流体双面、次外圈集流体双面、以及与该次外圈集流体相贴合的次外圈集流体表面上均未涂覆活性物质涂层。本实用新型的锂离子电池具有良好的针刺安全性能。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及一种锂离子电池，更具体的涉及一种针刺性能优的安全锂离子电池。
【背景技术】
随着科学技术的飞速发展，电子仪器及电子设备的小型化对电池的性能要求越来越高，从综合性能方面讲，锂离子电池是很具有发展和应用前景的高能电池。目前在市场上广泛应用的是通过在正负极集流体的两面涂覆正负极活性物质涂层，做成长条状正负极片，将隔膜放置于正负极片之间卷绕制造的圆筒形电芯容纳在圆柱形电池外壳内，然后将电芯的正负极耳与盖帽焊接并进行封口，制得圆柱形锂离子电池；一种是通过隔膜卷绕带状正极和负极制造的电芯经扁平成型后容纳在方形电池外壳内，然后将电芯的正负极耳与盖板焊接并进行封口，制得方形锂离子电池；另一种是通过隔膜卷绕带状正极和负极制造的电芯经扁平成型后容纳在铝塑复合膜内，将正负极耳从膜腔内引出后进行封口，制得软包装锂离子电池。
为了提高电池的电容量，目前的电池通常在正负极集流体上基本涂覆满了活性物质，如图1、图2所示。而当在遭到严重的机械损伤时，比如受到针状物刺时，因卷绕成型后极芯最外圈的正负极片有一定的敷料，针状物首先刺穿极芯最外层的正负极板，短路点为正负极的敷料，富含锂离子的负极活性物质涂覆层和缺少锂离子的正极活性物质涂覆层直接接触，发生急剧的离子交换反应，产生大量的热量，同时由于产生的热量得不到及时发散，电池温度急剧升高，内部压力急剧增加，最终导致电池燃烧或爆炸。
通常的解决电池防爆性能的方法，是在圆柱形锂离子电池的盖帽部分增加CID装置，装置中的防爆片在电池内部压力增大到一定程度后产生形变，拉动连接点脱离连接片，断开电路，阻止反应继续发生。当电池内压继续增大，防爆片开裂，最终脱离基体，释放出内压，避免电池爆炸。另一种防爆的方法是通过在电池盖板上设置防爆孔来泄压防爆。本发明是从另一个角度对电池极板进行设计，使极板能够达到迅速散热的效果，避免电池在遭到严重的机械损伤时，特别是对于针刺损伤而造成内部短路，及所引起温度急剧升高、内压过大而发生爆炸。
【发明内容】
鉴于现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种具有良好针刺性能的安全锂离子电池。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种安全锂离子电池，包括电极芯体、外壳和盖板，所述电极芯体由排布于隔膜两面的极片卷绕而成，极片包括集流体和涂覆于该集流体上的活性物质涂层，其特征在于，电极芯体的最外圈集流体双面、次外圈集流体双面、以及与该次外圈集流体相贴合的次次圈集流体表面上均未涂覆活性物质涂层。
本实用新型中，所述最外圈集流体可以为正极集流体，同时次外圈集流体为负极集流体；所述正极集流体优选为铝箔，负极集流体优选为铜箔。
本实用新型中，所述最外圈集流体也可以为负极集流体，同时次外圈集流体为正极集流体；所述正极集流体优选为铝箔，负极集流体优选为铜箔。
本实用新型中，所述外壳可以为钢质金属壳、铝质金属壳，也可以为铝塑复合软包装膜。
对电池在上述以外的构成上所需部件的选择没有特别的限定。
本实用新型安全锂离子电池设计科学，结构合理，其与现有技术相比具有以下优点：
在本实用新型中，将卷绕后正负极板的最外一圈或几圈设计为只有集流体，而没有敷料。当钢针刺穿时，首先刺穿极芯的最外一圈或几圈，短路点为正负极的铝箔和铜箔集流体，这样的短路相当于一种外部短路，正负极板、电解液、离子交换膜和尾部的集流体形成一个回路，锂离子通过电解液和离子交换膜从负极转移到正极。另外，由于铝箔和铜箔的阻值很小，短路时产生的热量较小，同时极芯最外圈有大面积的空白铜箔和铝箔，产生的热量能够及时发散，电池的温度和内压增加较小，电池不至于燃烧或爆炸。
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
【附图说明】
图1为现有技术的电极芯体的结构示意图。
图2为现有技术的另一种电极芯体的结构示意图。
图3为本实用新型实施例1的电极芯体结构示意图。
图4为本实用新型实施例2的电极芯体结构示意图。
正极集流体-2；负极集流体-4；隔膜-6；
负极活性物质涂层-8；正极活性物质涂层-10。
【具体实施方式】
比较例1、
按常规锂离子电池制备方法，将混合搅拌均匀的正极活性物质浆料10涂覆在正极集流体铝箔2上，制成610×55mm尺寸的正极极片；将混合搅拌均匀的负极活性物质浆料8涂覆在负极集流体铜箔4上，制成660×57mm尺寸的负极极片。将正极片、隔膜6和负极片依次叠放，卷绕成圆柱形芯体，如图1所示。将制得的锂离子电池芯体放置于圆柱形钢壳中，焊接盖帽并注液、封口、化成，便制得18650型圆柱形锂离子电池。按照本方法共制备5块比较电池，分别标记为1、2、3、4、5。
实施例1、
按常规锂离子电池制备方法，将混合搅拌均匀的正极活性物质浆料10涂覆在正极集流体铝箔2上，制成700×55.5mm尺寸的正极极片；将混合搅拌均匀的负极活性物质8浆料涂覆在负极集流体铜箔4上，制成750×57mm尺寸的负极极片。其中，正极长度方向集流体的末端双面留有70mm长的铝箔2未涂覆活性物质涂层；负极长度方向集流体44正面末端留有130mm长的铜箔4未涂覆活性物质涂层，负极背面末端留有80mm长的铜箔4未涂覆活性物质涂层。将正极片、隔膜6和负极片依次叠放，卷绕成圆柱形芯体，如图3所示。将制得的锂离子电池芯体放置于圆柱形钢壳中，焊接盖帽并注液、封口、化成，便制得本实用新型18650型圆柱形锂离子电池。按照本方法制备5块本实用新型锂离子电池，分别标记为1#、2#、3#、4#、5#。
针刺实验：
将充满电的实施例1和比较例1的锂离子电池分别用￠2.0mm的铁钉穿透电池，观察实验结果，如表1所示：
表1：比较例1与实施例1针刺效果对比：
| 电池最高温度 | 现象 | ||
| 比较例1 | 1 | 523℃ | 刺入后电池爆炸、起火 |
| 2 | 530℃ | 刺入后电池冒烟 | |
| 3 | 523℃ | 刺入后电池冒烟 | |
| 4 | 457℃ | 刺入后电池冒烟 | |
| 5 | 380℃ | 刺入后电池爆炸、起火，电池极片炸出 | |
| 实施例1 | 1# | 108℃ | 刺入后无爆炸起火现象；从刺空里漏液 |
| 2# | 112℃ | 刺入后电池无爆炸起火现象 | |
| 3# | 109℃ | 刺入后电池无爆炸起火现象 | |
| 4# | 105℃ | 刺入后电池无爆炸起火现象 | |
| 5# | 103℃ | 刺入后无爆炸起火现象；从刺空里漏液 | |
比较例2、
按常规锂离子电池制备方法，将混合搅拌均匀的正极活性物质浆料10涂覆在正极集流体铝箔2上，制成890×123mm尺寸的正极极片；将混合搅拌均匀的负极活性物质浆料8涂覆在负极集流体铜箔4上，制成841×124mm尺寸的负极极片。将正极片、隔膜6和负极片依次叠放，卷绕成扁平形芯体。将制得的锂离子电池芯体放置于铝塑复合膜中，经过注液、真空封口、化成、热定型等，便制得7050135型锂离子电池。按照本方法共制备5块比较电池，分别标记为6、7、8、9、10。
实施例2、
按常规锂离子电池制备方法，将混合搅拌均匀的正极活性物质浆料10涂覆在正极集流体铝箔2上，制成990×123mm尺寸的正极极片；将混合搅拌均匀的负极活性物质浆料8涂覆在负极集流体铜箔4上，制成941×124mm尺寸的负极极片。其中，正极长度方向集流体末端双面留有201mm长的铝箔2未涂覆活性物质涂层；负极长度方向集流体正面末端留有306mm长的铜箔4未涂覆活性物质涂层，负极背面末端留有204mm长的铜箔4未涂覆活性物质涂层。将正极片、隔膜和负极片依次叠放，卷绕成扁平形芯体，如图4所示。将制得的锂离子电池芯体放置于铝塑复合膜中，经过注液、真空封口、化成、热定型等，便制得7050135型锂离子电池。按照本方法制备5块本实用新型锂离子电池，分别标记为6#、7#、8#、9#、10#。
针刺实验：
将充满电的实施例2和比较例2的锂离子电池分别用￠2.0mm的铁钉穿透电池，观察实验结果，如表2所示：
表2：比较例2与实施例2针刺效果对比：
| 电池最高温度 | 现象 | ||
| 比较例2 | 6 | 457 | 电池爆炸、起火 |
| 7 | 408 | 电池冒烟 | |
| 8 | 375 | 电池冒烟 | |
| 9 | 441 | 电池冒烟 | |
| 10 | 427 | 电池冒烟 | |
| 实施例2 | 6# | 109℃ | 从刺空里漏液，无爆炸、起火、冒烟等现象 |
| 7# | 108℃ | 从刺空里漏液，无爆炸、起火、冒烟等现象 | |
| 8# | 97℃ | 从刺空里漏液，无爆炸、起火、冒烟等现象 | |
| 9# | 98℃ | 从刺空里漏液，无爆炸、起火、冒烟等现象 | |
| 10# | 102℃ | 从刺空里漏液，无爆炸、起火、冒烟等现象 | |
从表1和表2中可以看出，本实用新型的电池芯体结构可以使电池因短路产生的热量及时发散，电池的温度和内压增加较小，电池不至于燃烧或爆炸，从而实现良好的安全性能。
Claims (6)
1、一种安全锂离子电池，包括电极芯体、外壳和盖板，所述电极芯体由排布于隔膜两面的极片卷绕而成，极片包括集流体和涂覆于该集流体上的活性物质涂层，其特征在于，电极芯体的最外圈集流体双面、次外圈集流体双面、以及与该次外圈集流体相贴合的次次圈集流体表面上均未涂覆活性物质涂层。
2、根据权利要求1所述的安全锂离子电池，其特征在于，所述最外圈部分的集流体为正极集流体，次外圈部分的集流体为负极集流体。
3、根据权利要求2所述的安全锂离子电池，其特征在于，所述最外圈部分的集流体为铝箔，次外圈部分的集流体为铜箔。
4、根据权利要求1所述的安全锂离子电池，其特征在于，所述最外圈部分的集流体为负极集流体，次外圈部分的集流体为正极集流体。
5、根据权利要求4所述的安全锂离子电池，其特征在于，所述最外圈部分的集流体为铜箔，次外圈部分的集流体为铝箔。
6、根据权利要求1-5任一项所述的安全锂离子电池，其特征在于，所述外壳包括钢质金属壳、铝质金属壳或铝塑复合膜。
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