本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種鋰離子電池及其制備方法。
背景技術(shù):
自21世紀(jì)以來,鋰離子電池由于行業(yè)的快速發(fā)展加之其優(yōu)良的特性,鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于手機、攝錄像機、筆記本電腦、無繩電話、電動工具、遙控或電動玩具、照相機等便攜式電子設(shè)備中。近年來隨著國家新能源政策的大力扶持,動力鋰離子電池作為一種可再生的清潔能源已經(jīng)逐步應(yīng)用于交通領(lǐng)域,未來電動出行將會成為一種主流。
傳統(tǒng)圓柱型鋰離子電池一般由正極片、負(fù)極片、絕緣層、殼體、組合蓋板等組成,其正負(fù)極片均有用于和殼體蓋板連接的正負(fù)極耳,其極耳通過焊接的方式與相應(yīng)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行連接。該結(jié)構(gòu)存在以下劣勢:(1)由于極耳位置會占據(jù)正負(fù)極片活性物質(zhì)的空間,為提高電池的整體容量,通常圓柱型鋰離子電池僅有一個或兩個極耳,大大影響了其電池的倍率性能;(2)負(fù)極極耳由于會占據(jù)負(fù)極活性物質(zhì)的空間,若負(fù)極極耳對位有正極活性物質(zhì)其在使用過程會使負(fù)極極耳位置析鋰,造成一定的安全隱患;(3)正負(fù)極片焊接極耳在制程過程中工序繁瑣,通常采用刮片的方式讓出極耳的空間,后續(xù)還要進(jìn)行極耳與極片的超聲焊接,以及極耳和結(jié)構(gòu)件的焊接,制程過程繁瑣,影響因素較多,良品率不高。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
(一)要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是解決現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池極耳數(shù)量少影響電池倍率性能的問題。
(二)技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種鋰離子電池,包括卷芯和封裝殼體,所述卷芯設(shè)于所述封裝殼體內(nèi);所述封裝殼體包括上蓋板、筒狀外殼、下蓋板以及導(dǎo)電柱,所述上蓋板和下蓋板分別設(shè)于所述筒狀外殼的兩端,所述上蓋板的中心設(shè)有通孔,所述導(dǎo)電柱通過所述通孔伸入所述封裝殼體內(nèi)部并與所述上蓋板絕緣密封連接;所述導(dǎo)電柱與所述下蓋板之間留有間隙;所述卷芯由第一極片、第二極片以及隔膜卷繞而成,所述第一極片包括第一敷料區(qū)以及設(shè)于所述第一敷料區(qū)一端的第一未敷料區(qū),所述第二極片包括第二敷料區(qū)以及設(shè)于所述第二敷料區(qū)一端的第二未敷料區(qū),所述卷芯的芯部為第一未敷料區(qū),所述第一未敷料區(qū)與所述導(dǎo)電柱的外側(cè)壁相接觸,所述卷芯的外圈為所述第二未敷料區(qū),所述第二未敷料區(qū)與所述筒狀外殼的內(nèi)側(cè)壁相接觸;所述第一極片和第二極片的其中一個為正極片,另一個為負(fù)極片。
根據(jù)本發(fā)明,所述第一未敷料區(qū)的長度大于等于所述第一極片與所述導(dǎo)電柱的接觸長度;所述第二未敷料區(qū)的長度大于等于所述第二極片與所述筒狀外殼的接觸長度。
根據(jù)本發(fā)明,所述第一極片為負(fù)極片,所述第二極片為正極片時,所述導(dǎo)電柱采用不銹鋼或銅制成。
根據(jù)本發(fā)明,所述第一極片為正極片,所述第二極片為負(fù)極片時,所述導(dǎo)電柱采用鋁制成
根據(jù)本發(fā)明,所述正極片的基材采用鋁箔制成,所述負(fù)極片的基材采用銅箔制成。
根據(jù)本發(fā)明,所述正極片敷料區(qū)涂覆的活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰或鈷酸鋰。
根據(jù)本發(fā)明,所述第一極片為正極片,所述第二極片為負(fù)極片時,所述第一極片的第一敷料區(qū)在所述第二極片的投影完全落入所述第二極片的第二敷料區(qū)內(nèi);所述第一極片為負(fù)極片,所述第二極片為正極片時,所述第二極片的第二敷料區(qū)在所述第一極片的投影完全落入所述第一極片的第一敷料區(qū)內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明,所述導(dǎo)電柱的芯部設(shè)置為靠近所述下蓋板的一端開口的盲孔。
本發(fā)明提供的一種上述的鋰離子電池的制備方法,包括以下步驟:
制作卷芯:將第二極片鋪設(shè)在兩層隔膜之間;且第二極片的未敷料區(qū)端部預(yù)留設(shè)定距離裸露在兩層隔膜之外;
將第一極片鋪設(shè)在隔膜背離所述第二極片的一側(cè),所述第一極片的未敷料區(qū)和第二極片的未敷料區(qū)分設(shè)于所述隔膜的兩端;
從第一極片的未敷料區(qū)開始卷繞形成卷芯;
裝配:卷芯裝入封裝殼體內(nèi),使卷芯外圈的第二極片與封裝殼體的內(nèi)側(cè)壁相接觸;向卷芯內(nèi)注入電解液;導(dǎo)電柱封裝,使導(dǎo)電柱的外側(cè)壁與卷芯芯部的第一極片相接觸。
根據(jù)本發(fā)明,該制備方法還包括步驟:卷芯制作完成后對卷芯進(jìn)行燙孔處理然后再進(jìn)行裝配。
(三)有益效果
本發(fā)明的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:本發(fā)明實施例提供的鋰離子電池卷芯芯部的第一極片與導(dǎo)電柱連接,導(dǎo)電柱的外側(cè)壁與第一極片直接接觸,導(dǎo)電柱顯示第一極片的極性,第二極片與筒狀外殼的內(nèi)側(cè)壁直接接觸,筒狀外殼顯示為第二極片的極性,第一極片與導(dǎo)電柱直接接觸面均起到導(dǎo)電的作用,同理,第二極片與筒狀外殼的內(nèi)側(cè)壁直接接觸面也均起到導(dǎo)電作用,相較于現(xiàn)有的通過設(shè)置的若干個極耳實現(xiàn)正負(fù)極導(dǎo)電顯著地增大了集流體接觸面積,減小了電池的內(nèi)阻,電池整體的倍率性能也能得到大大提高。同時由于電池在整個充放電循環(huán)使用過程中,會出現(xiàn)卷芯膨脹的特性,這種特性對本結(jié)構(gòu)是一種有益的促進(jìn),使第一極片和第二極片與其對應(yīng)的導(dǎo)電柱和筒狀外殼接觸的更加緊密,導(dǎo)電效果更佳。同時,由于本發(fā)明實施例提供的鋰離子電池?zé)o另設(shè)的極耳結(jié)構(gòu),也就省去了現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池制備過程中的刮片、超聲焊接極耳等工序,優(yōu)化了整個制備工藝,縮短了制備時間,提高了生產(chǎn)的良品率,節(jié)約了成本。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例一提供的鋰離子電池的剖視圖;
圖2是本發(fā)明實施例一提供的卷芯的展開示意圖;
圖3是本發(fā)明實施例二提供的卷芯的展開示意圖;
圖4是本發(fā)明實施例三提供的鋰離子電池的裝配過程示意圖。
圖中:1:卷芯;11:第一極片;111:第一敷料區(qū);112:第一未敷料區(qū);12:第二極片;121:第二敷料區(qū);122:第二未敷料區(qū);13:隔膜;2:上蓋板;3:下蓋板;4:筒狀外殼;5:導(dǎo)電柱;6:支撐件;7:PFA膠圈;8:不銹鋼卡環(huán);9:上隔圈;10:下隔圈;101:卷針。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚,下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
在本發(fā)明的描述中,需要說明的是,術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系,僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作,因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外,術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性。除非另有明確的規(guī)定和限定,術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或一體地連接;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言,可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
實施例一
如圖1所示,本發(fā)明實施例提供的一種鋰離子電池,包括卷芯1和封裝殼體,卷芯1設(shè)于封裝殼體內(nèi);封裝殼體包括上蓋板2、筒狀外殼4、下蓋板3以及導(dǎo)電柱5,上蓋板2和下蓋板3分別設(shè)于筒狀外殼4的兩端,上蓋板2的中心設(shè)有通孔,導(dǎo)電柱5通過通孔伸入封裝殼體內(nèi)部并與上蓋板2絕緣密封連接;導(dǎo)電柱5與下蓋板3之間留有間隙。卷芯1由第一極片11、第二極片12以及隔膜13卷繞而成,卷芯1的展開圖如圖2所示,卷針101是卷繞過程中使用的輔助工作,并非電池的一部分。第一極片11在隔膜13的一側(cè),第二極片12在兩層隔膜13之間,第一極片11包括第一敷料區(qū)111以及設(shè)于第一敷料區(qū)111一端的第一未敷料區(qū)112,第二極片12包括第二敷料區(qū)121以及設(shè)于第二敷料區(qū)121一端的第二未敷料區(qū)122,卷繞完成后卷芯1的芯部為第一未敷料區(qū)112,第一未敷料區(qū)112與導(dǎo)電柱5的外側(cè)壁相接觸,卷芯1的外圈為第二未敷料區(qū)122,第二未敷料區(qū)122與筒狀外殼4的內(nèi)側(cè)壁相接觸;第一極片11和第二極片12的其中一個為正極片,另一個為負(fù)極片。優(yōu)選地,本實施例中第一極片11為負(fù)極片,第二極片12為正極片。當(dāng)?shù)谝粯O片11為負(fù)極片時,導(dǎo)電柱5優(yōu)選地采用不銹鋼或銅制成。需要說明的是,由于負(fù)極的電位較低,大部分的金屬可以用作導(dǎo)電柱5的材料,但是不可以采用鋁,鋁在負(fù)極低電位時會形成鋰鋁合金,也就是說鋁所在導(dǎo)電柱5時會嵌鋰,破壞負(fù)極結(jié)構(gòu)。
具體地,為保證本實施例中的導(dǎo)電柱5與上蓋板2連接的可靠性,上蓋板2的通孔處設(shè)置有支撐件6,支撐件6的頂部設(shè)置有用于搭接在通孔邊緣處的凸緣,支撐件6與上蓋板2之間設(shè)置有PFA膠圈7(Polytetrafluoro ethylene,中文:可溶性聚四氟乙烯),實現(xiàn)兩者之間的絕緣密封,支撐件6的中部設(shè)有臺階孔,導(dǎo)電柱5的頭部設(shè)有與臺階孔相配合的臺階,支撐件6的臺階孔起到導(dǎo)電柱5的支撐定位作用,保證導(dǎo)電柱5的穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步保證導(dǎo)電柱5的穩(wěn)定性,支撐件6的高度大于通孔的高度,支撐件6位于上蓋板2內(nèi)側(cè)的部分還設(shè)置嵌槽,嵌槽內(nèi)設(shè)置不銹鋼卡環(huán)8防止支撐件6脫出,不銹鋼卡環(huán)8的上表面與上蓋板2的內(nèi)側(cè)之間同樣設(shè)置有PFA膠圈7,用于兩者之間的絕緣。
優(yōu)選地,本實施例中上蓋板2和下蓋板3均與筒狀外殼4卡接,卷芯1放入殼體內(nèi)后,上蓋板2和下蓋板3與筒狀外殼4卡接,然后采用激光焊接在一起。需要說明的是,本實施例中上蓋板2和下蓋板3并不限于與筒狀外殼4卡接,也可以是下蓋板3與筒狀外殼4設(shè)置為一體的結(jié)構(gòu),僅上蓋板2與筒狀外殼4焊接后激光焊接的方式。本實施例中電池組裝完成后導(dǎo)電柱5為電池的負(fù)極,上蓋板2、下蓋板3以及筒狀外殼4均為電池的正極。
優(yōu)選地,本實施例中鋰離子電池為圓柱形,需要說明的是該鋰離子電池并不限于圓柱形,也可以是方形立柱、橢圓柱形等其他形狀,可以根據(jù)實際需要將卷芯1卷繞成需要的形狀,封裝殼體的形狀根據(jù)卷芯1的形狀和大小來制備。
本發(fā)明實施例提供的鋰離子電池卷芯1芯部的第一極片11與導(dǎo)電柱5連接,導(dǎo)電柱5的外側(cè)壁與第一極片11直接接觸,導(dǎo)電柱5顯示第一極片11的極性,第二極片12與筒狀外殼4的內(nèi)側(cè)壁直接接觸,筒狀外殼4顯示為第二極片12的極性,第一極片11與導(dǎo)電柱5直接接觸面均起到導(dǎo)電的作用,同理,第二極片12與筒狀外殼4的內(nèi)側(cè)壁直接接觸面也均起到導(dǎo)電作用,相較于現(xiàn)有的通過設(shè)置的若干個極耳實現(xiàn)正負(fù)極導(dǎo)電顯著地增大了集流體接觸面積,減小了電池的內(nèi)阻,電池整體的倍率性能也能得到大大提高。同時由于電池在整個充放電循環(huán)使用過程中,會出現(xiàn)卷芯1膨脹的特性,這種特性對本結(jié)構(gòu)是一種有益的促進(jìn),使第一極片11和第二極片12與其對應(yīng)的導(dǎo)電柱5和筒狀外殼4接觸的更加緊密,導(dǎo)電效果更佳。同時,由于本發(fā)明實施例提供的鋰離子電池?zé)o另設(shè)的極耳結(jié)構(gòu),也就省去了現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池制備過程中的刮片、超聲焊接極耳等工序,優(yōu)化了整個制備工藝,縮短了制備時間,提高了生產(chǎn)的良品率,節(jié)約了成本。
優(yōu)選地,本實施例中負(fù)極片的基材采用銅箔,正極片的基材采用鋁箔。正極片的敷料區(qū)表面的活性物質(zhì)采用磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰或鈷酸鋰。需要說明的是正極片的活性物質(zhì)并不限于此,可以采用現(xiàn)有的鋰離子電池行業(yè)通用的任意正極活性物質(zhì)。同理,負(fù)極片的活性物質(zhì)也可以采用現(xiàn)在鋰離子電池行業(yè)通用的任何負(fù)極活性物質(zhì)。
優(yōu)選地,本實施例中第一未敷料區(qū)112的長度大于等于第一極片11與導(dǎo)電柱5的接觸長度;第二未敷料區(qū)122的長度大于等于第二極片12與筒狀外殼4的接觸長度。即至少第一未敷料區(qū)112的長度可以繞導(dǎo)電柱5一圈,第二未敷料區(qū)122的長度至少使卷芯1的外圈均為未敷料的部分,從而保證導(dǎo)電柱5與第一極片11的接觸可靠性以及第二極片12與筒狀外殼4的接觸可靠性。
優(yōu)選地,為了保證正極片的活性物質(zhì)對應(yīng)的負(fù)極片上均涂覆有活性物質(zhì),本實施例中第二極片12的第二敷料區(qū)121在第一極片11的投影完全落入第一極片11的第一敷料區(qū)111內(nèi)。即本實施例中的正極片的敷料區(qū)在負(fù)極片上的投影完成落在負(fù)極片的敷料區(qū)內(nèi),通常負(fù)極片的敷料區(qū)面積略大于正極片的敷料區(qū)面積。正極片的活性物質(zhì)對應(yīng)的負(fù)極片上均涂覆有活性物質(zhì),消除了電池析鋰的風(fēng)險。
優(yōu)選地,本實施中導(dǎo)電柱5的芯部設(shè)置為靠近下蓋板3的一端開口的盲孔。導(dǎo)電柱5芯部設(shè)置的盲孔作為一個氣體腔室,電池使用過程中產(chǎn)生的少量氣體存積在氣體腔室中,避免電池鼓漲。
優(yōu)選地,本實施例中卷芯1裝入封裝殼體內(nèi)時卷芯1的上端設(shè)置有上隔圈9,下端設(shè)置有下隔圈10,上隔圈9和下隔圈10對卷芯1進(jìn)行保護(hù),防止卷芯1收到上蓋板2和下蓋板3的擠壓。
為了進(jìn)一步說明本實施例中鋰離子電池的有效效果,對電池進(jìn)行了性能測試:
正極片基材采用鋁箔,正極片的敷料區(qū)涂覆活性物質(zhì)為鎳鈷錳酸鋰,負(fù)極片基材采用銅箔,負(fù)極片的敷料區(qū)涂覆活性物質(zhì)為天然石墨,隔膜13厚度為20um。通過卷繞的方式將正極片、負(fù)極片通過隔膜13隔離開,該卷芯1芯部由1.0圈銅箔包圍,最外圈由1.0圈鋁箔包圍,上述卷芯1入殼,注入電解液后使用長約為55mm的不銹鋼材質(zhì)的導(dǎo)電柱5進(jìn)行封口從而制備成5Ah容量的鋰離子電池,該電池直徑26mm,總高65mm。以此制備工藝制備的鋰離子電池計為鋰離子電池A1。
鋰離子電池倍率充電性能評估:將上述的鋰離子電池以不同倍率(xC)恒流充電至滿電電壓3.6V,將電池擱置5min,采用1C恒流放電至2.0V的容量計為Cx。鋰離子電池在1C恒流恒壓條件下充飽電,擱置5min,采用1C恒流放電至2.0V的容量計為C0,Cx/C0的比值計為不同倍率的充電效率。
鋰離子電池倍率放電性能評估:將上述的鋰離子化成后電池以1C恒流恒壓充電滿,將鋰離子電池擱置5min,采用不同倍率(xC)恒流放電至2.0V的容量計為Dx,鋰離子電池以1C恒流恒壓充電滿,將鋰離子電池擱置5min,采用1C恒流放電至2.0V的容量計為D0,Dx/D0的比值計為不同倍率的放電效率。
鋰離子電池循環(huán)壽命評估方法:將上述的鋰離子化成后電池以1C的倍率進(jìn)行充放電循環(huán),某一循環(huán)的1C放電容量與最大放電容量之比稱作鋰離子電池的某一循環(huán)后的容量保持率,鋰離子電池容量保持率為80%時的循環(huán)周數(shù)作為衡量循環(huán)性能的指標(biāo)。
對比例:采用傳統(tǒng)卷繞工藝制備圓柱形鋰離子電池,正極片采用傳統(tǒng)鎳鈷錳酸鋰制備的正極片,負(fù)極片采用傳統(tǒng)天然石墨制備的負(fù)極片,隔膜13厚度20um,通過卷繞方式將正極片、負(fù)極片通過隔膜13隔離開,正負(fù)極片上均有單極耳并且通過點焊的方式與殼體連接,采用金屬殼體機械封裝或者激光焊接工藝將電池封裝成直徑26mm,高度65mm的鋰離子電池,制備電池的容量為5Ah,以此工藝制備的電池計為電池A2;
本實施例制備的電池A1與對比例A2中電池的性能對比如下表所示:
本發(fā)明提供的鋰離子電池倍率充放電性能、循環(huán)性能以及制程一致性均較傳統(tǒng)圓柱型電池有明顯改善。
實施例二
本實施例二與實施例一相同的技術(shù)內(nèi)容不重復(fù)描述,實施例一公開的內(nèi)容也屬于本實施例二公開的內(nèi)容,本實施例二與實施例一的區(qū)別在于:本實施中卷芯1的第一極片11為正極片,第二極片12為負(fù)極片。該實施例中的卷芯1展開圖如圖3所示,本實施例中第一極片11的敷料區(qū)在第二極片12的投影完全落入第二極片12的敷料區(qū)內(nèi),同實施例一中為了保證正極片的活性物質(zhì)對應(yīng)的負(fù)極片上均涂覆有活性物質(zhì),消除了電池析鋰的風(fēng)險。優(yōu)選地,本實施例中導(dǎo)電柱5采用鋁制成。鋰離子電池工作時,正極電位較高,常規(guī)的金屬會被氧化溶解,所以導(dǎo)電柱5為電池正極時優(yōu)選為采用鋁制成,鋁材表面會形成一層致密的氧化鋁膜,阻止了導(dǎo)電柱5金屬的氧化。
實施例三
本發(fā)明實施例三提供了一種如實施例一或?qū)嵤├兴龅匿囯x子電池的制備方法,包括以下步驟:
制作卷芯1:將第二極片12鋪設(shè)在兩層隔膜13之間;且第二極片12的未敷料區(qū)端部預(yù)留設(shè)定距離裸露在兩層隔膜13之外;
將第一極片11鋪設(shè)在隔膜13背離第二極片12的一側(cè),第一極片11的未敷料區(qū)和第二極片12的未敷料區(qū)分設(shè)于隔膜13的兩端;
從第一極片11的未敷料區(qū)開始卷繞形成卷芯1;優(yōu)選地,本實施中卷芯1制作完成后對卷芯1進(jìn)行燙孔處理然后再進(jìn)行裝配。燙孔處理即采用溫度較高的柱體對卷芯1芯部的通孔進(jìn)行定型,保證卷芯1芯部孔的通透,便于后續(xù)導(dǎo)電柱5的插入。
裝配:卷芯1裝入封裝殼體內(nèi),使卷芯1外圈的第二極片12與封裝殼體的內(nèi)側(cè)壁相接觸;向卷芯1內(nèi)注入電解液;導(dǎo)電柱5封裝,使導(dǎo)電柱5的外側(cè)壁與卷芯1芯部的第一極片11相接觸。具體地,裝配時,封裝殼體中的上蓋板2與筒狀外殼4以及下蓋板3與筒狀外殼4均通過激光焊接連接。裝配過程如圖4所示。
需要說明的是,本發(fā)明實施例提供的鋰離子電池的制備方式用來制備上述實施例一、二的鋰離子電池,因此可以解決相同的技術(shù)問題,達(dá)到相同的技術(shù)效果,詳細(xì)內(nèi)容可以參見上述實施例的內(nèi)容,在此不再贅述。
最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。