新型結構動力型鋰離子電池及其電芯的製作方法
2023-10-08 02:39:39
專利名稱：新型結構動力型鋰離子電池及其電芯的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電池，特別是涉及一種新型結構動力型鋰離子 電池。
背景技術：
化學電池是將化學能直接轉變為電能的裝置。化學電池主要包括作 為密封材料的殼體、殼體內的電解質溶液、以及浸在所述溶液中的正、 負電極或極片和連接電極的導線。在可充電化學電池中，還進一步包括 進行充電操作的電路板，而上述的電解質溶液和正、負電極等被總稱為 電芯。
其中，現有鋰離子電池是化學電池的一種，目前得到普遍應用。而
自1990年代SONY公司成功實現鋰離子可充電電池(又稱二次電池) 商業化生產以來，市場上主要生產的是小容量的鋰離子可充電電池，其 容量小於2.3安時(Ah)。
對於應用在手機、筆記本電腦等電子產品上的小容量鋰離子可充電 電池，其電芯內的極片一般採用巻繞式結構。隨著社會的發展，人們對 移動能源的要求越來越高，例如電池容量希望能達到10Ah、 100Ah、 1000 Ah甚至更高。為得到高的電池容量，現有技術電池內的極片採用 疊片式的結構。如圖1、圖2、圖3所示，所述疊片式電池包括正極片 ll和與之層疊的負極片12。所述正極片ll和負極片12之間釆用隔膜 13隔開。但是，疊片式結構會導致電池放電效率低以及電池極片毛刺多， 而巻繞體結構在用於大容量(大於10安時Ah)鋰離子可充電電池時， 其電池的極片過長，生產難以操作和控制。
實用新型內容
本實用新型主要解決的技術問題是提供一種容量大而且容易製作、 質量可靠的新型結構動力型鋰離子電池及其電芯。
為解決上述技術問題，本實用新型採用的一個技術方案是提供一 種新型結構動力型鋰離子電池，其包括多個巻繞體，每個巻繞體包括正 極片和負極片，所述正極片和負極片之間採用隔膜隔開，所述正極片、 負極片以及隔膜巻繞成塊狀，至少兩個所述巻繞體的正極片內部並聯， 並且所述至少兩個巻繞體的負極片內部並聯。
其中，所述正極片和負極片都包括活性物質、集流體以及粘結劑， 所述正極片的活性物質為磷酸亞鐵鋰，正極集流體為鋁箔，所述負極片 的活性物質為中間相碳微球，負極集流體為銅箔，隔膜為三層複合的聚 丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜，粘結劑為阿拉伯膠和改性聚氧化乙烯。
其中，所述正極片和負極片都包括活性物質，所述正極片的活性物 質為磷酸錳鋰、三元材料氧化鎳鈷錳鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰或矽酸錳酸鋰， 所述負極片的活性物質為Ait石墨、天然石墨或鈥酸鋰，或者為人造石 墨和天然石墨的〉'昆合物。
其中，所述電池的殼體為自阻燃型硬質聚氯乙烯密封材料。
為解決上述技術問題，本實用新型採用的另一個技術方案是提供 一種新型結構動力型鋰離子電池的電芯，其包括多個巻繞體，每個巻繞 體包括正極片和負極片，所述正極片和負極片之間採用隔膜隔開，所述 正極片、負極片以及隔膜巻繞成塊狀，所述多個巻繞體的正極片內部並 聯，並且所述多個巻繞體的負極片內部並聯。
本實用新型的有益效果是區別於現有技術採用巻繞體結構的電池 難以取得大容量的性能、也區別於現有技術採用疊片式結構的電池產生 毛刺多的問題，本實用新型針對性提出一種新型的極片設置結構，即正 極片、負極片和隔膜採用多個巻繞體內部並聯連接的結構，該結構可以 改善現有技術疊片式結構放電效率低、電池極片毛剌多的缺點，同時在 製作大容量電池時可解決單一巻繞體結構的^f及片過長、生產難以操作和 控制的缺點。採用本實用新型新型結構的鋰離子電池，單個電芯容量可以達到40安時Ah以上，特別適合作為電動車的電動能源，也適合於鈷 酸鋰電池體系、錳酸鋰電池體系、三元材料(氧化鎳鈷錳鋰)電池體系、 磷酸亞鐵鋰電池體系、磷酸錳鋰電池體系、矽酸錳鋰電池體系等，應用 廣泛。
圖l是現有^t支術疊片式結構電池的立體示意圖； 圖2是圖1中極片的示意圖； 圖3是圖1中A-A'方向的剖視圖4是本實用新型新型結構動力型鋰離子電池電芯的立體示意圖5是圖4中電芯的側面示意圖6是圖5電芯中一個巻繞體的立體示意圖7是圖6中B-B，方向的剖視圖。
具體實施方式
本實用新型新型結構動力型鋰離子電池包括多個巻繞體。每個巻繞 體包括正極片和負極片。所述正極片和負極片之間採用隔膜隔開，所述 正極片、負極片以及隔膜巻繞成塊狀。至少兩個所述巻繞體的正極片內 部並聯，並且所述至少兩個巻繞體的負極片內部並聯。
除上述內部並聯的至少兩個所述巻繞體的正負極片外，其他極片可 以採用疊片式結構。
當然，可以全部正極片都內部並聯，全部負極片都內部並聯。比如 參閱圖4和圖5，分別是本實用新型一種新型結構動力型鋰離子電池內 電芯30的立體示意圖和側面示意圖。所述電芯30包括多個巻繞體31， 所述多個巻繞體31採用內部並聯的方式組合成電芯30。
參閱圖6和圖7，單個巻繞體31包括正極片312和與之層疊的負極 片313。所述正極片312和負極片313之間釆用隔膜311隔開，所述正 極片312、負極片313以及隔膜311巻繞成塊狀。
以上可以了解，區別於現有技術採用巻繞體結構的電池難以取得大 容量的性能、也區別於現有技術採用疊片式結構的電池產生毛刺多的問題，本實用新型針對性提出一種新型的極片設置結構，即正極片、負極 片和隔膜採用多個巻繞體內部並聯連接的結構，該結構可以改善現有技 術疊片式結構》文電效率低、電池極片毛刺多的缺點，同時在製作大容量 電池時可解決單一巻繞體結構的極片過長、生產難以操作和控制的缺 點。
採用本實用新型新型結構的鋰離子電池，單個電芯容量可以達到40 安時以上，特別適合作為電動車的電動能源，也適合於鈷酸鋰電池體系、 錳酸鋰電池體系、三元材料(氧化鎳鈷錳鋰)電池體系，磷酸亞鐵鋰電 池體系、磷酸錳鋰電池體系、矽酸錳鋰電池體系等，應用廣泛。
所迷正極片和負極片都包括活性物質、集流體以及粘結劑。所述正 極片的活性物質為磷酸亞鐵鋰，正極集流體為鋁箔。所述負極片的活性 物質為中間相碳微球，負極集流體為銅箔。隔膜為三層複合的聚丙烯/ 聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜。粘結劑為阿拉伯膠和改性聚氧化乙烯，可以取
得較好的粘結效果。
或者，所述正極片的活性物質為磷酸錳鋰、三元材料氧化鎳鈷錳鋰、 錳酸鋰或鈷酸鋰、矽酸錳鋰；所述負極片的活性物質為人造石墨、天然 石墨或鈥酸鋰，或者為人造石墨和天然石墨的混合物。在採用鈦酸鋰作 為極片材料時，可以阻燃，電池安全性高。
所述電池包括作為密封材料的殼體(圖未示)，所述殼體可以為自阻 燃型硬質聚氯乙烯塑料。下面舉兩個具體實施方式
，以方便進一步了解 本實用新型。
實施方式一
本實施例以正極片，負極片和隔膜採用多個巻繞體內部並聯連接的 結構製造40安時的磷酸亞4失鋰電池，採用IO個巻繞體內部並聯連接， 電池的正極活性物質為磷酸亞鐵鋰，正極集流體為鋁箔，電池的負極活 性物質為中間相碳微球，負極集流體為銅箔，隔膜為三層複合的(聚丙 烯/聚乙烯/聚丙烯)微孔隔膜，粘結劑為阿拉伯膠和改性聚氧化乙烯， 以水作為粘結劑的溶劑，電解液為溶劑由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲 乙酉旨(EMC )、碳酸丙烯酉旨(PC )、碳酸二曱酉旨(DMC )、碳酸二乙酯(DEC )、 碳酸甲丙酯(MPC)、乙酸乙酯等加上鋰鹽六氟磷酸鋰和添加劑丙磺酸內酉旨、碳酸亞乙埽酯(VC)、碳酸乙烯亞乙酯(乙烯基碳酸亞乙酯，VEC)、 亞硫酸乙烯酯、矽胺烷類等物質組成。電池的密封材質(外殼，電池殼 蓋)為自阻燃型硬質聚氯乙烯塑料，所製得的電池外形如圖四所示。 10個巻繞體內部並聯連接的結構的各部件尺寸 單個巻繞體的正極極片尺寸寬134mmx長800mm。 單個巻繞體的負極極片尺寸寬135mmx長980mm。 單個巻繞體的隔膜紙尺寸厚0.4mmx寬150mmx總長(約)L7M。 單個巻繞體的正極面密度約40mg/cm2。 單個巻繞體的負極面密度約21mg/cm2。 單個巻繞體的總尺寸厚3mmx寬97mmx長150mm。 10個巻繞體並聯後的總尺寸厚31.5mmx寬97mmx長150mm。 單個巻繞體的容量4安時。 IO個巻繞體並聯後的容量40安時。 電池的總尺寸厚47mmx寬115mmx高185mm。
實施方式二
將實施例一中採用10個巻繞體內部並聯連接的結構，改為採用5 個巻繞體內部並聯連接的結構，其餘不變。
5個巻繞體內部並聯連接的結構的各部件尺寸
單個巻繞體的正極極片尺寸寬134mmx長1600mm。
單個巻繞體的負極極片尺寸寬135mmx長1780mm。
單個巻繞體的隔膜紙尺寸厚0.4mmx寬150mmx總長(約)3.4M。
單個巻繞體的正極面密度約40mg/cm2。
單個巻繞體的負極面密度約21mg/cm2。
單個巻繞體的總尺寸厚6mmx寬97mmx長150mm。
5個巻繞體並聯後的總尺寸厚31mmx寬97mmx長150mm。
單個巻繞體的容量8安時。
5個巻繞體並聯後的容量40安時。
電池的總尺寸厚47mmx寬U5mmx高185mm。以下舉兩個現有^支術巻繞式和疊片式電芯結構例子，以對比上述本 實用新型實施方式。
比較實施例一用疊片工藝製造40安時的磷酸亞4失鋰電池，電池的 各部件尺寸
單個正極極片尺寸寬94mmx長134mm。總的正極片數量82片。 單個極極片尺寸寬95mmx長135mm。總的負極片數量83片。 隔膜紙尺寸厚0.4mmx寬150mmx總長(約)17M。 正才及面密度約40mg/cm2。 負極面密度約21mg/cm2。
疊片體的總尺寸厚30mmx寬97mmx長150mm。 電池的總尺寸厚47mmx寬115mmx高185mm。
比較實施例二用巻繞工藝工藝製造40安時的磷酸亞鐵鋰電池，電 池的各部件尺寸
正極極片尺寸寬134mmx長7700mm。 負極極片尺寸寬135mmx長7880mm。 隔膜紙尺寸厚0.4mmx寬150mmx總長(約)17M。 正極面密度約40mg/cm2。 負極面密度約21mg/cm2。
巻繞體的總尺寸厚30mmx寬97mmx長150mm。 電池的總尺寸厚47mmx寬115mmx高185mm。
從上面的比較可以知道，採用現有技術疊片工藝製造40安時的磷酸 亞鐵鋰電池時，總的正極片數量82片，總的負極片數量83片，極片片 數多，產生毛刺的機率高，生產成本也高。而採用現有技術單個巻繞體 工藝製造40安時的磷酸亞鐵鋰電池時，電池正極極片長達7.7米，負極 極片長達7.8米。極片強度低，7.8米太長易斷，生產中難以控制。採用 本實用新型其中一個實施方式的多個巻繞體內部並聯連接的結構製造 40安時的磷酸亞鐵鋰電池時，電池正極極片長0.8米，負極極片長0.82米，總的正極片數量10片，總的負極片數量10片。說明多個巻繞體內
部並聯連接的結構可以解決現有技術疊片工藝極片片數多和單個巻繞 體工藝的極片太長易斷的缺點。
在更多實施方式中，可以將負極活性物質中間相碳微球改為石黑類
物質，如人造石墨(比如石油焦、高純石墨、針狀焦、G4料、碳纖維等)、 天然石墨(如包覆的天然石墨等)或鈦酸鋰、或者是人造石墨和天然石墨 的混合物。
或者將電池的密封材質(外殼，電池殼蓋)的自阻燃型石更質聚氯乙 烯塑料替換為不鏽鋼，或改為鋁塑複合膜或鋁殼材質，其餘不變。
而正負極片的粘結劑阿拉伯膠和改性聚氧化乙烯可以替換為聚偏氟 乙烯，溶劑用N-甲基吡咯垸酮。
本實用新型化學電池容量可以做成10Ah(安時)、100Ah(安時)、1000 Ah(安時)甚至更高，電池的尺寸則相應調整。
本實用新型中，所述隔膜可以採用40nm厚的PP/PE/PP三層複合隔 膜，按正極、隔膜、負極、隔膜、正極循環交替形式進行疊片。隔膜可 以為連續的S形狀。
本實用新型應用於磷酸錳鋰鋰離子電池時，可以做成方型外殼，其 上蓋與下殼體可以採用PVC專用膠水粘按在一起，或用加熱的金屬片將 上蓋與下殼體熱熔按在一起。最後殼體內裝入上述結構形式的正負極片 和隔膜疊片體，再進行真空烘千，注入非水電解液，將注液口用雙重(兩 級)密封圈密封好。
以上所述4又為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型 的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或 等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括 在本實用新型的專利保護範圍內。
權利要求1.一種新型結構動力型鋰離子電池，其特徵在於，包括多個卷繞體，每個卷繞體包括正極片和負極片，所述正極片和負極片之間採用隔膜隔開，所述正極片、負極片以及隔膜卷繞成塊狀，至少兩個所述卷繞體的正極片內部並聯，並且所述至少兩個卷繞體的負極片內部並聯。
2. 根據權利要求1所述的電池，其特徵在於所述正極片和負極 片都包括活性物質、集流體以及粘結劑，所述正極片的活性物質為磷酸 亞鐵鋰，正極集流體為鋁箔，所述負極片的活性物質為中間相碳微球， 負極集流體為銅箔，隔膜為三層複合的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜， 粘結劑為阿拉伯膠和改性聚氧化乙烯。
3. 根據權利要求1所述的電池，其特徵在於所述正極片和負極 片都包括活性物質，所述正極片的活性物質為磷酸錳鋰、三元材料氧化 鎳鈷錳鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰或矽酸錳酸鋰，所述負極片的活性物質為人 造石墨、天然石墨或鈥酸鋰，或者為人造石墨和天然石墨的混合物。
4. 根據權利要求1至3任一項所述的電池，其特徵在於所述電 池的殼體為自阻燃型硬質聚氯乙烯密封材料。
5. —種新型結構動力型鋰離子電池的電芯，其特徵在於包括多 個巻繞體，每個巻繞體包括正極片和負極片，所述正極片和負極片之間 採用隔膜隔開，所述正極片、負極片以及隔膜巻繞成塊狀，所述多個巻 繞體的正極片內部並聯，並且所述多個巻繞體的負極片內部並聯。
6. 根據權利要求5所述的電芯，其特徵在於所述正極片和負極 片都包括活性物質、集流體以及粘結劑，所述正極片的活性物質為磷酸 亞鐵鋰，正極集流體為鋁箔，所述負極片的活性物質為中間相碳微球， 負極集流體為銅箔，隔膜為三層複合的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜， 粘結劑為阿拉伯膠和改性聚氧化乙烯。
7. 根據權利要求5所述的電芯，其特徵在於所述正極片和負極 片都包括活性物質，所述正極片的活性物質為磷酸錳鋰、三元材料、錳 酸鋰、鈷酸鋰或矽酸錳酸鋰，所述負極片的活性物質為人造石墨、天然 石墨或鈦酸鋰，或者為人造石墨和天然石墨的混合物。
專利摘要本實用新型公開一種新型結構動力型鋰離子電池及其電芯。所述新型結構動力型鋰離子電池包括多個卷繞體，每個卷繞體包括正極片和負極片，所述正極片和負極片之間採用隔膜隔開，所述正極片、負極片以及隔膜卷繞成塊狀，至少兩個所述卷繞體的正極片內部並聯，並且所述至少兩個卷繞體的負極片內部並聯。本實用新型電池容量大而且容易製作、質量可靠。
文檔編號H01M2/26GK201383526SQ20092013538
公開日2010年1月13日 申請日期2009年3月4日 優先權日2009年3月4日
發明者吳建平, 吳有星, 吳永文, 姚培新, 莊雲南, 張貴萍, 曾國權, 振 李, 賴志鑫, 剛 鄧, 黃子欣 申請人:優科能源(漳州)有限公司