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CN201122626Y - 一种叠片式电池的极片及包括该极片的极芯和电池 - Google Patents

一种叠片式电池的极片及包括该极片的极芯和电池 Download PDF

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Abstract

一种叠片式电池的极片及包括该极片的极芯和电池，该电池的极片包括表面涂敷有活性材料的方形基体和由基体延伸出来的未涂敷有活性材料的至少两个极耳，其中，所述至少两个极耳分别设置在表面涂敷有活性材料的方形基体的不相邻的两个边上且位于不相邻的两个边的同一端或不相邻的两个边的不同端。本实用新型电池的极芯包括以片状形式依次层叠排布的多个正极片、隔膜和负极片，其中，所述正极片和负极片为本实用新型提供的极片的结构形式。本实用新型的电池包括共同密封于电池壳体内的极芯和电解液，其中，所述极芯为本实用新型提供的电池的极芯。本实用新型的叠片式电池改善了电池大电流放电性能和电池的大倍率循环使用寿命。

Description

一种叠片式电池的极片及包括该极片的极芯和电池
技术领域
本实用新型涉及电池领域，具体地说涉及一种叠片式电池的极片及包括该极片的极芯和电池。
背景技术
叠片式电池的倍率充放电性能不仅与电池极芯的正、负极片所涂敷的活性材料有关，而且还与电池极芯的正、负极片设计有关，其中对于正、负极片的极耳的设计，也是直接影响电池的倍率充放电特性能的关键。
如图1和图2所示，目前，常规使用的叠片式电池的电池极芯1是由以片状形式依次层叠排布于隔膜2两面的正极片3、负极片4组成，所述正极片3、负极片4分别包括正极基体、负极基体和涂敷在正极基体表面、负极基体表面的活性材料，并由基体延伸出来的细颈部分构成集流体作为引出电流的极耳5。采用该电池极芯1结构的叠片式电池虽然能达到输出电流的效果，但在进一步提高电池性能方面，尤其是大电流放电方面，还存在着如下缺陷：首先，当电池在高倍率放电(10C以上)时，电流不能及时传输到外部而影响到电池的高倍率放电性能；其次，当电池在大电流充放电过程中或者极端使用条件下，极片上产生的热量会迅速聚集在极耳端，导致热量不能及时有效的扩散，从而影响到电池的大电流放电性能以及安全性能，缩短了电池的大倍率循环使用寿命。
为了解决上述问题，有的电池生产厂家采用了在正/负极片的同一边上设置多个极耳的极片结构形式，该极片结构形式虽然扩大了极耳与极片间的接触面，并有利于扩散聚集在极耳端的极片产生的热量，但该极片结构方式对分散极片敷料区上电流的流向，缩短电流导通路径而提高电池高倍率放电效率以及提高电池的大倍率循环使用寿命方面仍存在不足，因此改善电池高倍率充放电性能是研发人员迫切需要解决的关键问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有叠片式电池的电池极芯在高倍率放电(10C以上)时，电流不能及时传输到外部，以及电池在大电流充放电过程中或者极端使用条件下，极片上产生的热量会迅速聚集在极耳端，导致热量不能及时有效的扩散从而影响到电池的高倍率放电性能的缺点，提供一种在高倍率放电(10C以上)时使得电流能及时传输到外部，以及电池在大电流充放电过程中或者极端使用条件下，能将聚集在极耳端的热量及时有效的扩散，不会影响到电池的高倍率放电性能的一种叠片式电池的极片；本实用新型的另一个目的是提供包括该极片的极芯和电池。
本实用新型的叠片式电池的极片包括表面涂敷有活性材料的方形基体和由基体延伸出来的未涂敷有活性材料的至少两个极耳，其中，所述至少两个极耳分别设置在表面涂敷有活性材料的方形基体的不相邻的两个边上且位于不相邻的两个边的同一端或不相邻的两个边的不同端。
本实用新型的叠片式电池的极芯包括以片状形式依次层叠排布的多个正极片、隔膜和负极片，每个所述正极片包括表面涂敷有正极活性材料的正极基体和由正极基体延伸出来的未涂敷有正极活性材料的正极极耳；每个所述负极片包括表面涂敷有负极活性材料的负极基体和由负极基体延伸出来的未涂敷有负极活性材料的负极极耳；其中，每个所述正极片和每个所述负极片的极片的结构为本实用新型提供的极片的结构形式，且正极片的同方向的一边的正极极耳之间彼此重合，负极片的同方向的一边的负极极耳之间也彼此重合。
本实用新型的叠片式电池包括共同密封于电池壳体内的极芯和电解液，其中，所述极芯为本实用新型提供的叠片式电池的极芯，该极芯的每一组重合的正极极耳分别与相应的一个正极电连接，极芯的每一组重合的负极极耳分别与相应的一个负极电连接，每个所述正极和负极分别贯穿电池壳体并与所述电池壳体之间密封连接。
本实用新型的叠片式电池增大了电流的输出量，改善了电池大电流(10C以上)放电性能，同时还可以分散敷料区上电流的流向，缩短电流导通路径而提高电池高倍率放电效率；当电池在大电流充放电过程中，极片上产生的热量还可以分散到多个极耳中并得到有效的扩散，使电池的大电流放电性能以及安全性有所提高，改善了电池的大倍率循环使用寿命。
附图说明
图1是现有技术中叠片式动力电池的极片结构示意图；
图2是现有技术中叠片式动力电池的极芯结构示意图；
图3是本实用新型的叠片式动力电池的极片一种结构形式示意图；
图4是本实用新型的叠片式动力电池的极片另一种结构形式示意图；
图5是本实用新型的叠片式动力电池的极片另一种结构形式制成的极芯结构示意图；
图6是由图5极芯制成的本实用新型的叠片式动力电池立体结构示意图；
图7是现有技术中叠片式动力电池的10C放电电压曲线图；
图8是图6的本实用新型的叠片式动力电池的10C放电电压曲线图；
图9是现有技术中叠片式动力电池的充放电循环曲线图(1C充电/10C放电)；
图10是图6的本实用新型的叠片式动力电池的充放电循环曲线图(1C充电/10C放电)。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式作详细说明。
如图3和图4所示，本实用新型的叠片式电池的极片6包括表面涂敷有活性材料的方形基体10和由基体延伸出来的未涂敷有活性材料的至少两个极耳5，其中，所述至少两个极耳5分别设置在表面涂敷有活性材料的方形基体10的不相邻的两个边上且位于不相邻的两个边的同一端或不相邻的两个边的不同端。
所述极耳5的宽度为所述涂敷有活性材料的基体10的宽度的15％-40％，所述极耳5的高度为所述涂敷有活性材料的基体(10)的高度的10％-40％。
如图5所示，本实用新型的叠片式电池的极芯1包括以片状形式依次层叠排布的多个正极片3、隔膜2和负极片4，每个所述正极片3包括表面涂敷有正极活性材料的正极基体10z和由正极基体延伸出来的未涂敷有正极活性材料的正极极耳5z，每个所述负极片4包括表面涂敷有负极活性材料的负极基体10f和由负极基体延伸出来的未涂敷有负极活性材料的负极极耳5f，其中，每个所述正极片3和每个所述负极片4的极片的结构为本实用新型提供的极片的结构形式，且正极片3的同方向的一边的正极极耳5z之间彼此重合，负极片4的同方向的一边的负极极耳5f之间也彼此重合。
如图6所示，本实用新型的叠片式电池包括共同密封于电池壳体7内的极芯1和电解液，其中，所述极芯1为本实用新型提供的电池的极芯，该极芯1的每一组重合的正极极耳5z分别与相应的一个正极8电连接，极芯1的每一组重合的负极极耳5f分别与相应的一个负极9电连接，每个所述正极8和负极9分别贯穿电池壳体7并与所述电池壳体7之间密封连接。
本实用新型中所述的正极片3、隔膜2、负极片4以及电解液的结构或组成及其制备方法等为本领域技术人员所公知，本实用新型对其没有特别的限定，在此不再赘述。
本实用新型叠片式电池由于采用多极耳结构，且将正/负极耳分别设置在正/负极片的表面涂敷有活性材料的方形基体的不相邻的两个边，且位于不相邻的两个边的同一端(如图3所示)或不相邻的两个边的不同端的结构形式(如图4所示)，这样可以增大电流输出量，改善电池大电流放电性能，并分散涂敷活性材料区的电流流向，缩短电流导通路径，从而进一步提高电池高倍率放电效率，同时在大电流放电中产生的热量也可分散到多个极耳中，改善电池安全性能和循环寿命。
下面结合实施例将对本实用新型做进一步说明。
【实施例】
(1)正极片的制备
将100份重量的正极活性物质LiCoO2、5份重量的导电剂乙炔黑、3份重量的粘结剂PVDF加入到60份重量的NMP中均匀混合成膏状，然后将其均匀地涂覆在厚度为0.02毫米的铝箔上，涂覆均匀后再将铝箔延伸部分的两个正极极耳表面的正极浆料刮去，经干燥、压片、分切，得到长度为114毫米，宽度为94毫米，厚为0.125毫米的正极片，将分切后的正极片包裹在沿长度方向对折且周边用高周波焊接机焊接的隔膜中，两个正极耳裸露在隔膜之外，制成正极组件，如图5所示。隔膜采用的是聚丙烯膜。
(2)负极片的制备
将95份重量的负极活性物质人造石墨、5份重量的粘结剂PVDF加入到60份重量的NMP中均匀混合成膏状，然后将其均匀地涂覆在厚度为0.012毫米的铜箔上，涂覆均匀后再将铜箔延伸部分的两个负极极耳表面的负极浆料刮去，经干燥、压片、分切，得到长度为120毫米，宽度为100毫米，厚为0.120毫米的负极片，将分切后的负极片包裹在沿长度方向对折且周边用高周波焊接机焊接的隔膜中，两个负极耳裸露在隔膜之外，制成负极组件，如图5所示。隔膜采用的是聚丙烯膜。
(3)电池极芯的制备
将(1)和(2)制备好的正极组件、负极组件按照负极组件/正极组件/负极组件的顺序依次层叠得到叠片式电池极芯，如图5所示。
(4)电池的组装
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)，得到电解液，电解液的用量为220克/只。将(3)得到的电池极芯套入50X110X140毫米的电池壳体内，正负极耳分别焊接在盖板内部的正极和负极上，注入上述电解液，通过电池盖板密封，制成叠片式锂离子二次电池，即本实施例电池，如图6所示。
【对比例】
本对比例说明的是现有技术的极片和锂离子电池。
按照实施例的方法制备极片和锂离子电池，不同的只是正、负极片上只有一个正、负极耳，其余制作方法同实施例，如图1和图2所示。
下面将【实施例】与【对比例】制备的电池进行充放电测定，测定的方法如下：
在室温条件下，将【实施例】与【对比例】电池分别以1C电流充电至4.2V，在电压升至4.2V后以恒定电压充电，截止电流为0.05C，搁置5分钟后，电池以10C电流放电，其10C放电性能如图7【对比例】和图8【实施例】所示。然后重复上述步骤，使电池以1C充电，10C放电的模式进行250次循环，其循环性能如图9【对比例】和图10【实施例】所示。
对比图7和图8的电压曲线图可以看出，图8中的电压曲线比图7中的电压曲线更平坦且更稳定，这就说明采用本实用新型电池的大电流放电性能明显优于现有技术电池；对比图9和图10的放电循环曲线图可以看出，现有技术电池在250次循环后的容量保持率为80％，而本实用新型电池在250次循环后的容量保持率可达92％以上，它说明本了本实用新型电池的循环性能明显优于现有技术电池的循环性能。
本实用新型的叠片式电池增大了电流输出量，改善了电池大电流放电性能，缩短了电流导通路径，从而进一步提高了电池高倍率放电效率，并改善了电池安全性能和循环寿命。该电池的叠片数量可以按照不同要求进行增减，以提供不同容量的锂离子电池，为电动工具，电动汽车等需要大功率输出的设备提供动力。

Claims (4)

1、一种叠片式电池的极片(6)，该极片(6)包括表面涂敷有活性材料的方形基体(10)和由基体延伸出来的未涂敷有活性材料的至少两个极耳(5)，其特征在于，所述至少两个极耳(5)分别设置在表面涂敷有活性材料的方形基体(10)的不相邻的两个边上且位于不相邻的两个边的同一端或不相邻的两个边的不同端。
2、根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述极耳(5)的宽度为所述涂敷有活性材料的基体(10)的宽度的15％-40％，所述极耳(5)的高度为所述涂敷有活性材料的基体(10)的高度的10％-40％。
3、一种叠片式电池的极芯(1)，该极芯(1)包括以片状形式依次层叠排布的多个正极片(3)、隔膜(2)和负极片(4)，每个所述正极片(3)包括表面涂敷有正极活性材料的正极基体(10z)和由正极基体延伸出来的未涂敷有正极活性材料的正极极耳(5z)；每个所述负极片(4)包括表面涂敷有负极活性材料的负极基体(10f)和由负极基体延伸出来的未涂敷有负极活性材料的负极极耳(5f)；其特征在于，每个所述正极片(3)和每个所述负极片(4)的极片的结构为权力要求1至2中任意一项所述的极片的结构，且正极片(3)的同方向的一边的正极极耳(5z)之间彼此重合，负极片(4)的同方向的一边的负极极耳(5f)之间也彼此重合。
4、一种叠片式电池，该电池包括共同密封于电池壳体(7)内的极芯(1)和电解液，其特征在于，所述极芯(1)为权力要求3所述的电池的极芯，该极芯(1)的每一组重合的正极极耳(5z)分别与相应的一个正极(8)电连接，极芯(1)的每一组重合的负极极耳(5f)分别与相应的一个负极(9)电连接，每个所述正极(8)和负极(9)分别贯穿电池壳体(7)并与所述电池壳体(7)之间密封连接。
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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Huizhou Biyadi Industry Co., Ltd

Assignor: Biyadi Co., Ltd.

Contract fulfillment period: 2008.11.1 to 2016.3.31

Contract record no.: 2009440000400

Denomination of utility model: Pole piece of stack type battery and pole core and battery including the same

Granted publication date: 20080924

License type: Exclusive license

Record date: 20090525

LIC Patent licence contract for exploitation submitted for record

Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2008.11.1 TO 2016.3.31; CHANGE OF CONTRACT

Name of requester: HUIZHOU BIYADI INDUSTRY CO.,LTD.

Effective date: 20090525

CX01 Expiry of patent term
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Granted publication date: 20080924