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CN107039685A - 锂离子电池 - Google Patents

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CN107039685A
CN107039685A CN201610081407.0A CN201610081407A CN107039685A CN 107039685 A CN107039685 A CN 107039685A CN 201610081407 A CN201610081407 A CN 201610081407A CN 107039685 A CN107039685 A CN 107039685A
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CN
China
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CN201610081407.0A
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Inventor
付国胜
李国恩
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Taizhou New Ultra Li Ion Technology Co Ltd
Original Assignee
Taizhou New Ultra Li Ion Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池，包括由正极片、负极片和隔膜卷绕形成的电芯；正极片的卷绕起始端和卷绕末端均包覆有具有热稳定性的正极片绝缘胶带；负极片的卷绕起始端和卷绕末端均包覆有具有热稳定性的负极片绝缘胶带；正极片包括正极集流体和正极活性层；正极活性层的一侧的边缘与正极集流体的一侧的边缘完全覆盖对齐，与之相对的另一侧正极活性层的边缘与正极集流体的边缘未完全覆盖对齐；负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性层；负极活性层的一侧的边缘与负极集流体的一侧的边缘完全覆盖对齐，与之相对的另一侧负极活性层的边缘与负极集流体的边缘未完全覆盖对齐。这种锂离子电池具有高安全、低内阻、高倍率的优点。

Description

锂离子电池
技术领域
本发明涉及储能器件领域，特别是涉及一种锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有比能量高，电压平台高，循环寿命长，无记忆效应和对环境危害小等突出特点而得到了广泛使用。随着绿色能源环保、能源储存利用等方面的需求日益急增，锂离子电池成为解决新能源发展的瓶颈。
目前用于大规模制造锂离子电池的过程主要包括以下工序：配制电极浆料，涂布及干燥，制片，极片烘烤，正负极片与隔膜组合卷绕或叠片组装成电芯，电芯烘烤注液，化成和分容。其中制片工序中所涉及的极片辊压，裁切和分条步骤中不可避免地出现毛刺并带来严重的电池安全隐患，虽然可以采取某些额外的手段如进行毛刺监控和扫除粉尘等方法试图解决这些问题，但还是不能完全消除裁切极片和分条后残留的毛刺和硬强度活性物颗粒带来的隔膜被刺穿导致的电芯内短路问题。尤其是在制造大容量动力及储能电池中，随着单体电芯的容量大幅增加，正负极板冲切边缘的周长明显加长，导致了制片和装配过程中出现毛刺和掉粉的机会加剧，引发电池内部短路的机会成倍上升，产品合格率低，电池工作过程中极易因内部短路引起起火甚至爆炸，因此对其所使用的周围环境造成的安全隐患非常大。同时，国内圆柱锂离子电池大多采用单极耳或双极耳的方法来引出电流，致使电池的内阻过大，大电流充放电能力较差，在大电流的充放电过程中容易引起高温而导致安全隐患。
发明内容
基于此，有必要提供一种高安全、低内阻、高倍率的锂离子电池。
一种锂离子电池，包括电芯；所述电芯由正极片、负极片和隔膜卷绕形成；
所述正极片的卷绕起始端和卷绕末端均包覆有具有热稳定性的正极片绝缘胶带，所述正极片绝缘胶带包括层叠的第一基层和第一胶层，所述第一胶层与所述正极片直接接触；
所述负极片的卷绕起始端和卷绕末端均包覆有具有热稳定性的负极片绝缘胶带，所述负极片绝缘胶带包括层叠的第二基层和第二胶层，所述第二胶层与所述负极片直接接触；
所述正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极活性层；所述正极活性层的一侧的边缘与所述正极集流体的一侧的边缘完全覆盖对齐，与之相对的另一侧所述正极活性层的边缘与所述正极集流体的边缘未完全覆盖对齐，所述正极集流体的与所述正极活性层的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重正极极耳；
所述负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体上的负极活性层；所述负极活性层的一侧的边缘与所述负极集流体的一侧的边缘完全覆盖对齐，与之相对的另一侧所述负极活性层的边缘与所述负极集流体的边缘未完全覆盖对齐，所述负极集流体的与负极正极活性层的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重负极极耳。
在一个实施例中，所述正极片绝缘胶带对所述正极片的卷绕起始端和卷绕末端形成U形包覆；
所述负极片绝缘胶带对所述负极片的卷绕起始端和卷绕末端形成U形包覆。
在一个实施例中，所述正极片中，所述正极活性层与所述正极集流体对齐的一侧的侧端浸覆有第一高分子胶层，所述第一高分子胶层厚度为1μm～10μm；
所述负极片中，所述负极活性层与所述负极集流体对齐的一侧的侧端浸覆有第二高分子胶层，所述第二高分子胶层的厚度为1μm～10μm。
在一个实施例中，所述第一高分子胶的材料选自PVDF和PAN中的至少一种，所述第二高分子胶的材料选自PVDF和PAN中的至少一种。
在一个实施例中，所述正极片绝缘胶带的厚度为10μm～60μm，所述负极片绝缘胶带的厚度为10μm～60μm。
在一个实施例中，所述第一基层的材料选自聚酰亚胺、聚砜、聚苯硫醚和聚醚酮中的至少一种。
在一个实施例中，所述第一胶层的材料为硅胶。
在一个实施例中，所述第二基层的材料选自聚酰亚胺、聚砜、聚苯硫醚和聚醚酮中的至少一种。
在一个实施例中，所述第二胶层的材料为硅胶。
在一个实施例中，所述隔膜为多孔陶瓷隔膜。
这种锂离子电池，通过正极片绝缘胶带对正极片的卷绕起始端和卷绕末端形成包覆，负极片绝缘胶带对负极片的卷绕起始端和卷绕末端形成包覆，在正极片和负极片的制作过程中仅保留了在正极片和负极片的最末端进行裁切的步骤，大大减少了裁切分条的动作，另外，这种锂离子电池的正极片中正极集流体的与正极活性层的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重正极极耳，负极片中负极集流体的与负极正极活性层的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重负极极耳，分别将多重正极极耳和多重负极极耳通过与平面金属薄片集流体焊接在一起形成全极耳，全极耳直接引出电流，从而减小了锂离子电池内阻提高倍率性能。相对于传统的锂离子电池，这种锂离子电池具有高安全、低内阻、高倍率的优点。
这种锂离子电池的正极片绝缘胶带对正极片的卷绕起始端和卷绕末端形成U形包覆，负极片绝缘胶带对负极片的卷绕起始端和卷绕末端形成U形包覆，且正极片和负极片中涂覆层与集流体完全对齐的一侧浸覆有高分子胶，进一步提高了电池的安全性。
这种锂离子电池工艺过程简便，生产成本低，尤其适合大型储能和电动车等应用领域。
附图说明
图1为一实施方式的锂离子电池的电芯展开后的剖面结构示意图；
图2为如图1所示的电芯的正极片的正面结构示意图；
图3为如图1所示的电芯的负极片的正面结构示意图。
具体实施方式
下面主要结合附图及具体实施例对锂离子电池作进一步详细的说明。
一实施方式的锂离子电池，包括电芯和电解液。电芯由正极片、负极片和隔膜卷绕形成。
如图1所示，电芯展开后包括依次层叠的正极片10、隔膜30、负极片20和隔膜30。
正极片10包括正极集流体12以及涂覆在正极集流体12上的正极活性层14。
本实施方式中，正极活性层14为双层，分别覆盖正极集流体12的两个表面。
正极集流体12可以选择常规集流体，正极集流体12的厚度为5μm～45μm。优选的，正极集流体12为覆碳铝箔。
正极活性层14的材料包括正极活性材料、正极导电添加剂和正极粘接剂。正极活性层14中，正极活性材料、正极导电添加剂和正极粘接剂的质量比为85～98：1～10：1～15。
正极活性层的厚度为10μm～45μm。
正极活性材料选自钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料、磷酸铁锂和镍钴铝中的至少一种。
正极导电添加剂选自导电石墨、KS6(导电石墨)、碳纳米管、VGCF(气相生长炭纤维)、石墨烯和Super-P(超级导电炭黑)中的至少一种。
正极粘接剂可以为去离子水或可溶于丙酮类溶剂的粘接剂。优选的，正极粘接剂选自聚偏氟乙烯共聚物PVDF-HFP(偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)、聚丙烯晴(PAN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氧化乙烯中的至少一种。
结合图2，正极片10的卷绕起始端和卷绕末端均包覆有具有热稳定性的正极片绝缘胶带16。
正极片绝缘胶带16应当保证热稳定性在200℃以上。
正极片绝缘胶带16包括层叠的第一基层和第一胶层，第一胶层与正极片10直接接触。
正极片绝缘胶带16的厚度为10μm～60μm。第一基层的材料选自聚酰亚胺、聚砜、聚苯硫醚和聚醚酮中的至少一种。第一胶层的材料为硅胶。
本实施方式中，正极片绝缘胶带16对正极片10的卷绕起始端和卷绕末端形成U形包覆。
回到图1，正极活性层14的一侧的边缘与正极集流体12的一侧的边缘完全覆盖对齐，与之相对的另一侧正极活性层14的边缘与正极集流体12的边缘未完全覆盖对齐，正极集流体12的与正极活性层14的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重正极极耳。
正极片10中，正极活性层14与正极集流体12对齐的一侧的侧端浸覆有第一高分子胶层18。
第一高分子胶18的厚度为1μm～10μm。第一高分子胶18的材料选自PVDF(聚偏氟乙烯)和PAN(聚丙烯腈)中的至少一种。
如图1所示，负极片20包括负极集流体22以及涂覆在负极集流体22上的负极活性层24。
本实施方式中，负极活性层24为双层，分别覆盖负极集流体22的两个表面。
负极集流体22可以选择常规集流体，负极集流体22的厚度为5μm～45μm。优选的，负极集流体22为覆碳铜箔。
负极活性层24的材料包括负极活性材料、负极导电添加剂和负极粘接剂。负极活性层24中，负极活性材料、负极导电添加剂和负极粘接剂的质量比为85～98：1～5：1～5。
负极活性层的厚度为5μm～25μm。
负极活性材料选自钛酸锂、中间相碳微球和人造石墨中的至少一种。
负极导电添加剂选自导电石墨、KS6、碳纳米管、VGCF、石墨烯和Super-P中的至少一种。
负极粘接剂可以为去离子水或可溶于丙酮类溶剂的粘接剂。优选的，负极粘接剂选自聚偏氟乙烯共聚物PVDF-HFP(偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)、聚丙烯晴(PAN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氧化乙烯中的至少一种。
结合图3，负极片20的卷绕起始端和卷绕末端均包覆有具有热稳定性的负极片绝缘胶带26。
负极片绝缘胶带26应当保证热稳定性在200℃以上。
负极片绝缘胶带26包括层叠的第二基层和第二胶层，第二胶层与负极片20直接接触。
负极片绝缘胶带26的厚度为10μm～60μm。第二基层的材料选自聚酰亚胺、聚砜、聚苯硫醚和聚醚酮中的至少一种。第二胶层的材料为硅胶。
本实施方式中，负极片绝缘胶带26对负极片20的卷绕起始端和卷绕末端形成U形包覆。
回到图1，负极活性层24的一侧的边缘与负极集流体22的一侧的边缘完全覆盖对齐，与之相对的另一侧负极活性层24的边缘与负极集流体22的边缘未完全覆盖对齐，负极集流体22的与负极正极活性层24的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重负极极耳。
负极片20中，负极活性层24与负极集流体22对齐的一侧的侧端浸覆有第二高分子胶层28。
第二高分子胶层28的厚度为1μm～10μm。第二高分子胶层28的材料选自PVDF(聚偏氟乙烯)和PAN(聚丙烯腈)中的至少一种。
隔膜30可以多孔陶瓷隔膜，可以通过凹版涂布法制得。隔膜30的厚度为10μm～45μm。具体的，隔膜30可以为10μm、25μm或45μm。
电解液的溶质为低粘度低熔点的锂盐，电解液的溶剂为低粘度低熔点的溶剂，具体的，电解液的溶剂包括碳酸酯和酯类。
锂盐的浓度为0.7M～2M，锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB和LiBC2O4F2中的至少一种。
碳酸酯选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸甲丙酯(MPC)中的至少一种。
酯类选自γ-丁内酯(BL)、甲酸甲酯(MF)、甲酸乙酯(EF)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、丙酸乙酯(EP)、丁酸甲酯(MB)和丁酸乙酯(EB)中的至少一种。
这种锂离子电池可以通过如下方法制得，将正极片10、隔膜20、负极片30和隔膜20层叠后经卷绕形成电芯，正极集流体12的与正极活性层14的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重正极极耳，负极集流体22的与负极正极活性层24的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重负极极耳，分别将多重正极极耳和多重负极极耳通过与平面金属薄片集流体焊接在一起形成全极耳，电芯经入壳，在真空条件下在60℃～85℃烘烤24h～120h，注入电解液，化成，封口，分容后得到锂离子电池。
这种锂离子电池在正极片10和负极片20的制作过程中仅保留了在正极片10和负极片20的最末端进行裁切的步骤，大大减少了裁切分条的动作。
这种锂离子电池，通过正极片绝缘胶带16对正极片10的卷绕起始端和卷绕末端形成包覆，负极片绝缘胶带26对负极片20的卷绕起始端和卷绕末端形成包覆，避免了裁切后的正极片10和负极片20上残留的毛刺穿破隔膜30导致的锂离子电池内部短路。
另外，这种锂离子电池除在正极片10、负极片20、隔膜30在卷绕后需对正极片10和负极片20的末端有少量裁切，无其它裁切和分条步骤，因此可以大大减少了正极片10、负极片20硬强度活性物质颗粒掉粉和毛刺的发生。
同时，这种锂离子电池的正极集流体12的与正极活性层14的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重正极极耳，负极集流体22的与负极正极活性层24的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重负极极耳，可以减小了锂离子电池的内阻提高这种锂离子电池的大电流充放电能力、安全性及循环寿命，适合大型储能和电动车等应用领域。
以下为具体实施例。
实施例1
30Ah圆柱型LFP-C电芯的制备。
正极片的制作：将93g的纳米级磷酸铁锂、2.5g的碳纳米管、1.5g的Super-P和3g的PVDF溶于45mL的N-甲基吡咯烷酮中制作正极浆料，以20μm厚的覆碳铝箔作为正极集流体，将正极浆料按照图2双面涂覆在正极集流体上并干燥形成正极活性层，经辊压后，将正极片的正极片的正极活性层与正极集流体对齐的一侧的侧端浅浸在PVDF中，取出干燥后按照图1用正极片绝缘胶带对正极片的卷绕起始端和卷绕末端进行U形包覆，得到正极片。PVDF为分子量100万以上的聚偏氟乙烯高聚物。
负极片的制作：将103g的石墨、1.5g的Super-P和3.5g的粘结剂(质量比为1：1的羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的混合物)溶于去离子水中制作负极浆料，以12μm厚的覆碳铜箔作为集流体，将负极浆料按图3双面涂覆在负极集流体上并干燥形成负极活性层，经辊压后，将负极片的负极活性层与负极集流体对齐的一侧的侧端浅浸在PVDF中，取出干燥后按照图1用负极片绝缘胶带对负极片的卷绕起始端和卷绕末端进行U形包覆，得到负极片。
电解液的配制：配制浓度为1.35M的LiPF6的有机溶液，溶剂为重量比为5:8:1:2的EC:EMC:PC:DEC。
电芯的制作：正极片、隔膜(多孔陶瓷隔膜，厚度为25μm)、负极片和隔膜(多孔陶瓷隔膜，厚度为25μm)层叠后经卷绕形成电芯，正极集流体的与正极活性层的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重正极极耳，负极集流体的与负极正极活性层的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重负极极耳，分别将多重正极极耳和多重负极极耳通过与平面金属薄片集流体焊接在一起形成全极耳，电芯经入壳，在真空条件下在85℃烘烤24h，注入电解液，化成，封口，分容后得到圆柱型LFP-C电池。
对实施例1制得的圆柱型LFP-C电池进行电化学性能及循环性能测试，结果表明该电池在大倍率充放电条件下(4C充/4C放)其循环至5000次时容量还保持有86％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括电芯；所述电芯由正极片、负极片和隔膜卷绕形成；
所述正极片的卷绕起始端和卷绕末端均包覆有具有热稳定性的正极片绝缘胶带，所述正极片绝缘胶带包括层叠的第一基层和第一胶层，所述第一胶层与所述正极片直接接触；
所述负极片的卷绕起始端和卷绕末端均包覆有具有热稳定性的负极片绝缘胶带，所述负极片绝缘胶带包括层叠的第二基层和第二胶层，所述第二胶层与所述负极片直接接触；
所述正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极活性层；所述正极活性层的一侧的边缘与所述正极集流体的一侧的边缘完全覆盖对齐，与之相对的另一侧所述正极活性层的边缘与所述正极集流体的边缘未完全覆盖对齐，所述正极集流体的与所述正极活性层的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重正极极耳；
所述负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体上的负极活性层；所述负极活性层的一侧的边缘与所述负极集流体的一侧的边缘完全覆盖对齐，与之相对的另一侧所述负极活性层的边缘与所述负极集流体的边缘未完全覆盖对齐，所述负极集流体的与负极正极活性层的未完全覆盖对齐的一侧卷绕后形成多重负极极耳。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片绝缘胶带对所述正极片的卷绕起始端和卷绕末端形成U形包覆；
所述负极片绝缘胶带对所述负极片的卷绕起始端和卷绕末端形成U形包覆。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片中，所述正极活性层与所述正极集流体对齐的一侧的侧端浸覆有第一高分子胶层，所述第一高分子胶层厚度为1μm～10μm；
所述负极片中，所述负极活性层与所述负极集流体对齐的一侧的侧端浸覆有第二高分子胶层，所述第二高分子胶层的厚度为1μm～10μm。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一高分子胶的材料选自PVDF和PAN中的至少一种，所述第二高分子胶的材料选自PVDF和PAN中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片绝缘胶带的厚度为10μm～60μm，所述负极片绝缘胶带的厚度为10μm～60μm。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一基层的材料选自聚酰亚胺、聚砜、聚苯硫醚和聚醚酮中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一胶层的材料为硅胶。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第二基层的材料选自聚酰亚胺、聚砜、聚苯硫醚和聚醚酮中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第二胶层的材料为硅胶。
10.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔膜为多孔陶瓷隔膜。
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