CN2773920Y

CN2773920Y - 锂离子电池的电极芯及含有该电极芯的锂离子电池

Info

Publication number: CN2773920Y
Application number: CNU2005200018603U
Authority: CN
Inventors: 杜春年; 刘卫平
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2015-02-01

Abstract

一种锂离子电池的电极芯及含有该电极芯的锂离子电池，所述的电极芯包括卷绕而成的正极极片(1)、负极极片(3)和位于正极极片(1)与负极极片(3)之间的隔膜(2)，其中，正极极片(1)末端和/或负极极片(3)末端的隔膜(2)至少为2层。通过在极片的末端增加隔膜的层数，使隔膜不易被刺穿，使得该电池的短路率降低，防止了电池由于内部短路而发生爆炸，提高了电池的安全性。

Description

锂离子电池的电极芯及含有该电极芯的锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池，尤其涉及锂离子电池的电极芯。

背景技术

锂离子电池作为一种化学电源，指分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。锂离子电池是二十世纪九十年代才出现的一种新型的可充电电池，具有能量密度高，工作电压高，循环寿命高、无记忆效应且充电速度快等优点，因此被广泛应用于通讯、能源、军事等领域，是新型能源的代表。

图1为现有锂离子电池的电极芯的截面示意图，从图1中可以看出，现有的锂离子电池的电极芯包括卷绕而成的正极极片1、负极极片3和位于正极极片1与负极极片3之间的隔膜2。

但是，现有的锂离子电池存在着隔膜容易被刺破，使电池发生短路的缺点，这严重影响了电池的合格率。再者，由于电池中的电解液是有机溶剂，其中含有很多不稳定的添加剂，而锂离子电池的电压比较高，所以当电池内部发生短路时，电池内部的温度会急剧升高，导致电解液发生分解，产生大量气体，从而使电池的内压升高，如果压力超过了电池密封件的耐压强度，则电池将发生爆炸，由于锂离子电池的能量密度大，所以电池爆炸的威力也很大。因此降低电池的短路率，提高电池的合格率，避免电池在使用过程中发生爆炸，以提高锂离子电池的安全性成为本领域技术人员一个需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有较低短路率的锂离子电池的电极芯及含有该电极芯的锂离子电池。

本实用新型的发明人通过对造成电池短路的众多原因进行细致的分析，发现极片末端发生短路的几率特别高。图2是现有技术的锂离子电池的电极芯卷绕末端的局部截面图，从图2中可以看出，正极极片1末端和负极极片3末端的隔膜2为1层。当制作电池和对电池进行充电时，电极芯会不断受到挤压，由于极片边缘与隔膜的接触面积比较小，有时甚至是点接触，因此在反复挤压的过程中，这些边缘部位的隔膜容易由于应力集中而被挤破。当在生产过程中测试电池是否短路时，一部分短路电池可能会被测试出来，而另一部分短路电池可能由于极片暂时离开短路点而未被测试出来。但是在产品的使用过程中，由于极片会膨胀，且再次经过反复挤压，所以在生产过程中未测试出来的短路电池就可能发生短路，甚至爆炸。

本实用新型提供的电极芯包括卷绕而成的正极极片1、负极极片3和位于正极极片1与负极极片3之间的隔膜2，其中，正极极片1末端和/或负极极片3末端的隔膜2至少为2层。

本实用新型提供的锂离子电池包括电极芯，其中，所述的电极芯为本实用新型所述的电极芯。

本实用新型提供的电极芯和含有该电极芯的锂离子电池，通过在极片末端增加隔膜的层数，使得隔膜不易被刺穿，大大降低了电池的短路率，同时防止了电池由于内部短路而发生爆炸，提高了电池的安全性。

附图说明

图1是现有技术的锂离子电池的电极芯的截面示意图；

图2是现有技术的锂离子电池的电极芯卷绕末端的局部截面图；

图3是本实用新型的锂离子电池的电极芯卷绕末端的局部截面图。

具体实施方式

按照本实用新型提供的电极芯，该电极芯包括卷绕而成的正极极片1、负极极片3和位于正极极片1与负极极片3之间的隔膜2，其中，正极极片1末端和/或负极极片3末端的隔膜2至少为2层，如图3所示。

在保证隔膜不被刺穿，同时兼顾到生产成本的情况下，正极极片1末端和/或负极极片3末端的隔膜的层数与隔膜的厚度有关，隔膜的厚度越大，所需隔膜的层数越少，反之亦然。一般情况下，隔膜的厚度为0.01-0.03毫米，正极极片1末端和/或负极极片3末端之间的隔膜的层数为2-10层，优选为2-5层。

优选情况下，正极极片1末端和负极极片3末端之间的隔膜的层数均为1-10层，优选为2-5层。

正极极片1的组成为本领域技术人员所公知，一般来说，正极极片1包括导电基体及涂覆和/或填充在导电基体(也叫集电体)上的正极活性材料。所述导电基体为本领域技术人员所公知，例如可以选自铝箔。所述正极活性材料为本领域技术人员所公知，它包括正极活性物质和粘合剂，所述正极活性物质可以选自锂离子电池常规的正极活性物质，如Li_xNi_1-yCoO₂(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、Li_mMn_2-nB_nO₂(其中，B为过渡金属，0.9≤m≤1.1，0≤n≤1.0)、Li_1+aM_bMn_2-bX₄(其中，-0.1≤a≤0.2，0≤b≤1.0，M为锂、硼、镁、铝、钛、铬、铁、钴、镍、铜、锌、镓、钇、氟、碘、硫元素中的一种或几种)。所述粘合剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如含氟树脂和聚烯烃化合物，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。一般来说，所述粘合剂的含量为正极活性物质的0.01-8重量％，优选为1-5重量％。

所述正极活性材料还可以包括正极助剂，所述正极助剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述正极助剂可以选自导电剂(如乙炔黑、导电碳黑和导电石墨中的至少一种)，其含量为正极活性物质的0-15重量％，优选为0-10重量％。

负极极片3的组成为本领域技术人员所公知，一般来说，负极极片3包括导电基体及涂覆和/或填充在导电基体上的负极活性材料。所述导电基体为本领域技术人员所公知，例如可以选自铜箔。所述负极活性材料为本领域技术人员所公知，它包括负极活性物质和粘合剂，所述负极活性物质可以选自锂离子电池常规的负极活性物质，如天然石墨、人造石墨、石油焦、有机裂解碳、中间相碳微球、碳纤维、锡合金、硅合金中的一种或几种。所述粘合剂可以选自锂离子电池常规的粘合剂，如聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羟甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。一般来说，所述粘合剂的含量为负极活性物质的0.5-8重量％，优选为2-5重量％。

所述隔膜设置于正极和负极之间，它具有电绝缘性能和液体保持性能，它选自锂离子电池中所用的各种隔膜，如聚烯烃微多孔膜、聚乙烯毡、玻璃纤维毡、或超细玻璃纤维纸。所述隔膜为本领域技术人员所公知。

所述正极极片1和负极极片3可以采用现有方法制备。

例如，常规的正极极片1的制备方法包括在宽幅极片上涂覆一种含有正极活性物质和粘合剂的浆液，干燥，辊轧并分切，得到正极极片1。其中，所述含有正极活性物质和粘合剂的浆液的溶剂可以选自常规的溶剂，如可以选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)以及水和醇类中的一种或几种。溶剂的用量使所述浆料能够涂覆到所述集电体上即可。一般来说，溶剂的用量使浆液中正极活性物质的含量为40-90重量％，优选为50-85重量％。干燥的温度一般为50-160℃，优选80-150℃。

负极极片3的制备方法与正极极片1的制备方法相同，只是用含有负极活性物质和粘合剂的浆液代替含有正极活性物质和粘合剂的浆液。

按照本实用新型提供的锂离子电池，除了含有所述的电极芯以外，还含有锂离子电池所需的其它必要组件，如非水电解液和电池壳，所述非水电解液和所述电极芯密封在电池壳内。

所述的非水电解液为电解质锂盐和非水溶剂的混合溶液，可以使用本领域常规的非水电解液。比如电解质锂盐可以选自六氟磷酸锂(LiPF₆)、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、卤化锂、氯铝酸锂及氟烃基磺酸锂中的一种或几种。有机溶剂可以选自链状酸酯和环状酸酯混合溶液，其中链状酸酯可以为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)以及其它含氟、含硫或含不饱和键的链状有机酯类中的至少一种。环状酸酯可以为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、γ-丁内酯(γ-BL)、磺内酯以及其它含氟、含硫或含不饱和键的环状有机酯类中的至少一种。在所述非水电解液中，电解质锂盐的浓度一般为0.1-2摩尔/升，优选为0.8-1.2摩尔/升。

电池壳中正极极片1，负极极片3和位于正极极片1与负极极片3之间的隔膜2的卷绕方法为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

下面的实例将对本实用新型做进一步说明。

实例1

本实例说明本实用新型提供的电极芯和锂离子电池。

(1)正极极片的制备

100份重量正极活性物质LiCoO₂、4份重量粘接剂PVDF、4份重量导电剂乙炔黑加入到40份重量NMP中，然后在真空搅拌机中搅拌形成稳定、均一的分散正极浆料A1。将该浆料均匀地涂布在宽幅铝箔(宽为800毫米，铝箔厚度为0.200毫米)上，然后，120℃烘干、在辊轧机上辊轧成厚度为0.145毫米的极片，最后，在分切机上分切成371毫米×43.5毫米×0.145毫米的正极极片。正极极片含有正极活性物质LiCoO₂ 6.4克。

(2)负极极片的制备

将100份重量负极活性物质天然石墨、4份重量粘接剂PTFE、4份重量导电剂炭黑加入到40份重量DMSO中，再加入0.3份重量分散剂(聚异丁烯丁二酰亚胺∶聚环氧乙烷醚＝1∶1)，然后在真空搅拌机中搅拌形成稳定、均一的分散负极浆料A2。将该浆料均匀地涂布在宽幅铜箔(宽为800毫米，铜箔厚度为0.190毫米)上，然后，120℃烘干、在辊轧机上辊轧成厚度为0.130毫米的极片，最后，在分切机上分切成338毫米×44.5毫米×0.130毫米的负极极片。负极极片含有负极活性物质石墨2.7克。

(3)电极芯的制备

将(1)和(2)制备的正极极片、负极极片和隔膜(聚丙烯膜，厚度为0.016毫米)按照图3的方式卷绕成电极芯，置于电池壳内。其中，正极极片1末端与负极极片3末端之间的隔膜为2层聚丙烯膜(厚度为0.016毫米)。

(4)电池的装配

将LiPF₆与EC及DMC配置成LiPF₆浓度为1摩尔/升的溶液(EC/DMC的体积比为1∶1)，得到非水电解液。将(3)得到的电极芯插入上述非水电解液中，密封制成锂离子电池。共制备20000个同样的电池。

实例2

本实例说明本实用新型提供的电极芯和锂离子电池。

按照实例1的方法制备电极芯和锂离子电池，不同的只是正极极片1末端与负极极片3末端之间的隔膜为4层聚丙烯膜(厚度为0.016毫米)。共制备20000个同样的电池。

对比例1

本对比例说明现有技术的电极芯和锂离子电池。

按照实例1的方法制备电极芯和锂离子电池，不同的只是正极极片1末端与负极极片3末端之间的隔膜为1层，电极芯的结构如图1所示。共制备20000个同样的电池。

实例3-4

下面的实例说明本实用新型提供的电池的短路率。

对实例1-2制备的电池的短路率进行了测定。测定方法为将正极极片、隔膜和负极极片依次叠放，并卷绕成蜗旋状的电极芯之后，用万用表的探针测试正负极极片两电极之间的电阻，若阻值无穷大则说明电极芯没有短路，该电池为合格品。若阻值很小则说明电极芯短路，该电池为不合格品。从20000个电池中分拣出发生短路的电池，然后将这些电池拆开，分析其发生短路的原因，得到由于极片末端刺破隔膜而导致电池短路的电池个数。结果如下：实例1制备的20000个电池的短路率为0.26％；实例2制备的20000个电池的短路率为0.06％。其中，短路率为电池内部短路的短路率，即短路率＝由于极片末端刺破隔膜导致电池短路的电池个数/20000。

对比例2

本对比例说明现有技术的电池的短路率。

按实例3-4的方法测定对比例1制备的20000个电池的短路率，其短路率为0.58％。

实例3-4和对比例2的结果表明，本实用新型提供的电池由于极片末端刺破隔膜导致的电池的短路率比现有技术的电池降低了至少50％，采用本实用新型所提供的电极芯以及含有该电极芯的锂离子电池，明显降低了由于极片末端刺破隔膜导致的电池的短路率，提高了电池的安全性。

Claims

1.一种锂离子电池的电极芯，所述的电极芯包括卷绕而成的正极极片(1)、负极极片(3)和位于正极极片(1)与负极极片(3)之间的隔膜(2)，其特征在于，正极极片(1)末端和/或负极极片(3)末端的隔膜(2)至少为2层。

2.根据权利要求1所述的电极芯，其特征在于，正极极片(1)末端和/或负极极片(3)末端的隔膜(2)的层数为2-10层。

3.根据权利要求2所述的电极芯，其特征在于，正极极片(1)末端和/或负极极片(3)末端的隔膜(2)的层数为2-5层。

4.根据权利要求1所述的电极芯，其特征在于，正极极片(1)末端和负极极片(3)末端的隔膜(2)的层数均为1-10层。

5.根据权利要求4所述的电极芯，其特征在于，正极极片(1)末端和负极极片(3)末端的隔膜(2)的层数均为2-5层。

6.一种锂离子电池，所述电池包括电极芯，其特征在于，所述的电极芯为权利要求1-5中任一项所述的电极芯。