TWI616021B

TWI616021B - 電池芯極片結構

Info

Publication number: TWI616021B
Application number: TW106102193A
Authority: TW
Inventors: 黃文弘
Original assignee: 迪吉亞節能科技股份有限公司
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-02-21
Also published as: TW201828522A

Abstract

一種電池芯極片結構，係具有一集電片，集電片包括相鄰之極耳部及集電部，且具有反向之第一面及第二面；一第一活性物質塗層結合於集電片之第一面之集電部上；二個第一絕緣層分別結合於集電部上，且二個第一絕緣層分別鄰接於第一活性物質塗層兩側；而一第二活性物質塗層係結合於集電片之第二面之集電部上；二個第二絕緣層分別結合於上述集電部上，且分別鄰接於第二活性物質塗層兩側。藉此，不論是單片、堆疊或捲繞成型使用，皆能有效防止短路以確保使用安全。

Description

電池芯極片結構

本發明係有關於一種電池芯極片結構，尤指一種可防止短路，以確保使用安全者。

目前鋰離子電池芯由於具有重量輕，比鋼/鋁殼電池安全係數更高、不易爆炸等原因，因此在部分領域得到快速發展，但其實質上也是更換了包裝的液態鋰離子電池芯。其中，當電池芯處於充、放電狀態、短路或高溫環境下而使得電池液的溫度升高到達大約75~80℃以上的高溫時，容易形成氣脹及漏液的現象，不但會造成電池芯的性能下降，甚至於會產生爆炸現象。但若是將液態電解液與隔膜紙抽換為固態時，上述問題就可以得到解決，而可大幅降低安全疑慮。

目前一般之固態電池芯結構主要包括層疊之一陰極集電片、一固態電解質層及一陽極集電片，且陰極集電片之兩面分別塗上陰極活性物質塗層以形成陰極集電層，陽極集電片之兩面分別塗上陽極活性物質以形成陽極集電層。其中，為了適用於單片、堆疊式或捲繞式之各種不同電池芯形態需求，陰極集電層、固態電解質層及陽極集電層必須再經過分條或模切之方式，以成型所需要之長條片狀結構。惟，在分條或模切的過程中，陽極集電層或陰極集電層上的活性物質有可能會造成毛邊或掉料之情形，如此一來，即有產生短路而發生爆炸意外之危險。

有鑑於此，為了提供一種有別於習用技術之結構，並改善上述之缺點，發明人積多年的經驗及不斷的研發改進，遂有本發明之產生。

本發明之一目的在提供一種在一集電片之上、下兩面分別結合一活性物質塗層，並在活性物質塗層之兩側分別結合一絕緣層之電池芯極片結構，俾能解決習用陽極集電層與陰極集電層上的活性物質可能產生短路而發生爆炸意外之問題，使能在單片、堆疊或捲繞之後，能確保使用安全。

為達上述之目的，本發明所設之電池芯極片結構係包括一集電片、一第一活性物質塗層、二個第一絕緣層、一第二活性物質塗層以及二個第二絕緣層。其中，該集電片包括相鄰之極耳部及集電部，集電片具有反向且相對應之第一面及第二面；該第一活性物質塗層係結合於集電片之第一面之集電部上；該二個第一絕緣層係分別結合於集電片之第一面之集電部上，且二個第一絕緣層分別鄰接於集電片之第一面之第一活性物質塗層兩側；該第二活性物質塗層係結合於該集電片之第二面之該集電部上；而該二個第二絕緣層係分別結合於集電片之第二面之集電部上，且二個第二絕緣層分別鄰接於集電片之第二面之第二活性物質塗層兩側。

實施時，本發明之電池芯極片係為陰極極片或陽極極片其中之一種。

實施時，該集電片係呈長條形，其具有相互平行之第一長邊、第二長邊及相互平行之第一短邊、第二短邊，二個第一絕緣層之其中一第一絕緣層位於第一長邊與第一活性物質塗層之間，另一第一絕緣層位於第一活性物質塗層與極耳部之間，二個第二絕緣層之其中一第二絕緣層位於該第一長邊與第二活性物質塗層之間，另一第二絕緣層位於第二活性物質塗層與極耳部之間。

實施時，本創作更包括二個第三絕緣層，其分別鄰近第一短邊，且二個第三絕緣層之其中一第三絕緣層結合於二個第一絕緣層、第一活性物質塗層及極耳部之表面上，而另一第三絕緣層結合於二個第二絕緣層、第二活性物質塗層及極耳部之表面上。

實施時，本創作更包括二個第四絕緣層，二個第四絕緣層分別鄰近第二短邊，且二個第四絕緣層之其中一第四絕緣層結合於二個第一絕緣層、第一活性物質塗層及極耳部之表面上，而另一第四絕緣層結合於二個第二絕緣層、第二活性物質塗層及極耳部之表面上。

為進一步了解本發明，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖號，將本發明之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下。

1‧‧‧電池芯極片結構

2‧‧‧集電片

21‧‧‧第一面

22‧‧‧第二面

23‧‧‧第一長邊

24‧‧‧第二長邊

25‧‧‧第一短邊

26‧‧‧第二短邊

27‧‧‧極耳部

28‧‧‧集電部

3‧‧‧第一活性物質塗層

4、4’‧‧‧第一絕緣層

5‧‧‧第二活性物質塗層

6、6’‧‧‧第二絕緣層

7、7’‧‧‧第三絕緣層

8、8’‧‧‧第四絕緣層

第1圖係為本發明電池芯極片結構之較佳實施例之立體外觀示意圖。

第2圖係為第1圖之A-A’剖面圖。

第3圖係為本發明電池芯極片結構應用於捲繞式電池芯，且呈展開狀態之立體外觀示意圖。

請參閱第1、2圖所示，其為本發明電池芯極片結構1之較佳實施例，可以為陰極極片或陽極極片其中之一種。本發明電池芯極片結構1 係包括分別呈長條形片狀之一集電片2、一第一活性物質塗層3、二個第一絕緣層(4、4’)、一第二活性物質塗層5以及二個第二絕緣層(6、6’)。

該集電片2係呈長條形，其具有反向且相對應之第一面21及第二面22，並具有相互平行之第一長邊23、第二長邊24及相互平行之第一短邊25、第二短邊26；而以結構而言，該集電片2係由相鄰之長條形極耳部27及長條形集電部28所組成。

該第一活性物質塗層3係結合於集電片2之第一面21之集電部28上。二個第一絕緣層(4、4’)係分別結合於集電片2之第一面21之集電部28上，且二個第一絕緣層(4、4’)分別鄰接於集電片2之第一面21之第一活性物質塗層3兩側，使二個第一絕緣層(4、4’)之其中一第一絕緣層4位於第一長邊23與第一活性物質塗層3之間，另一第一絕緣層4’位於第一活性物質塗層3與極耳部27的一表面之間。

該第二活性物質塗層5係結合於集電片2之第二面22之集電部28上，二個第二絕緣層(6、6’)分別結合於集電片2之第二面22之集電部28上，且二個第二絕緣層(6、6’)分別鄰接於集電片2之第二面22之第二活性物質塗層5兩側，使二個第二絕緣層(6、6’)之其中一第二絕緣層6位於第一長邊23與第二活性物質塗層5之間，另一第二絕緣層6’位於第二活性物質塗層5與極耳部27的另一表面之間。

實施時，上述第一絕緣層(4、4’)及第二絕緣層(6、6’)分別為絕緣膠或絕緣漆；而當上述集電片2係為鋁箔之陰極集電片時，第一活性物質塗層3及第二活性物質塗層5分別為鋰硫化合物塗層，亦可為LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiCoO₂、Li₂Cr₂O₇、Li₂CrO4、LiNiO₂、LiFeO₂、LiNi_xCo_1-xO₂、 LiFePO₄、LiMn_0.5Ni_0.5O₂、LiMn_1/3Co_1/3Ni_1/3O₂、LiMc_0.5Mn_1.5O₄、或上述之組合。當集電片2係為為鋁箔片或銅箔片其中之一種陽極集電片時，第一活性物質塗層3及第二活性物質塗層5分別為鋰金屬混合氧化物(lithium mixed metal oxide)塗層，亦可分別由商用矽粉末球磨後而成，且在矽材料表面包覆碳膜。

藉此，本發明電池芯極片結構1為因應單片、堆疊式或捲繞式之各種不同電池芯形態需求，而需要經過分條或模切時，即不會造成毛邊或掉料之狀況，而在分別成型為陰極極片或陽極極片，並與固態電解質層組合為單片、堆疊式或捲繞式之各種不同電池芯形態之後，則可有效避免造成短路現象。

請參閱第3圖所示，其為本發明電池芯極片結構1應用於捲繞式電池芯，且呈展開狀態之立體外觀示意圖。其與上述實施例不同之處在於：二個第三絕緣層(7、7’)分別鄰近集電片2之第一短邊25，二個第三絕緣層(7、7’)之其中一第三絕緣層7結合於二個第一絕緣層(4、4’)、第一活性物質塗層3及極耳部27之一表面上，另一第三絕緣層7’結合於二個第二絕緣層(6、6’)、第二活性物質塗層5及極耳部27之另一表面上。而二個第四絕緣層(8、8’)分別鄰近第二短邊26，且二個第四絕緣層(7、7’)之其中一第四絕緣層7係結合於二個第一絕緣層(4、4’)、第一活性物質塗層3及極耳部27之一表面上，另一第四絕緣層8’係結合於二個第二絕緣層(6、6’)、第二活性物質塗層5及極耳部27之另一表面上。藉以在組合為單片電池芯極片，並予以捲繞成電池芯之後，能有效防止短路現象。

因此，本發明具有以下之優點：

1、本發明係一集電片之上、下兩面分別結合一活性物質塗層，並在活性物質塗層之兩側分別結合一絕緣層，因此，能在分別成型為陰極極片或陽極極片，並與固態電解質層組合成電池芯之後，有效避免造成短路現象，以確保使用安全。

2、本發明能在分別成型為陰極極片或陽極極片，並與固態電解質層組合成單片之電池芯，或是堆疊使用，或是捲繞使呈軟包型、圓柱型或方型等各種型體之鋰電池芯，而不論是那一種型態之鋰電池芯，在加工作業上皆相當簡便、具有彈性，且皆可有效避免造成短路現象。

綜上所述，依上文所揭示之內容，本發明確可達到預期之目的，提供一種可彈性加工以製成不同型體之電池芯使用，且能有效避免造成短路現象以確保使用安全之電池芯極片結構，極具產業上利用之價值，爰依法提出發明專利申請。