CN101286574A - 一种圆柱形锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆柱形锂离子电池，包括电芯、圆柱形外壳、电解液以及电连接件，所述的电芯包括负极和正极，所述负极由集流体铜箔以及涂布其上的由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的两面；所述正极由集流体铝箔以及涂布其上的由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的两面。负极、隔离膜、正极依次叠置并卷绕形成圆柱形锂离子电池的电芯。所述负极上的涂布物质的单位面积容量与正极上的涂布物质的单位面积容量比值Z＝1.00－1.10。本发明根据圆柱形电池结构特点通过对负/正电极两面涂布物质单位面积容量的调整控制，在节约锂离子电池的涂布物质的基础上可提高电池的设计容量并确保锂离子电池在充放电过程的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，具体涉及一种圆柱形锂离子电池。
背景技术
公开的资料表明锂离子电池是在集流体铜箔上涂布包括负极活性物质、粘结剂、导电碳粉和水组成的负极浆料并干燥后形成负极；在集流体铝箔上涂布正极活性物质、粘结剂、导电碳粉和NMP组成的正极浆料并干燥后形成正极，负极、隔离膜、正极依次叠置并卷绕而形成圆柱形锂离子电池。随着电子技术的不断发展，并且功能也在不断的增加，这就对锂离子电池的能量、体积和环保要求提出了越来越高的要求。圆柱形锂离子电池作为一种具有较高的能量密度和良好的环保性能的电池，被广泛应用于各类便携式电子设备中。
通常锂离子电池的负极涂布物质的单位面积容量一定要大于正极涂布物质的单位面积容量，现有设计的比值都是大于1.10，否则，会在充电过程中产生锂枝晶而造成安全隐患。但是负/正涂布物质的单位面积容量的比值又不能太大，否则会造成浪费。在圆柱形锂离子电池中，目前均采用传统方形锂离子电池的设计，其负/正涂布物质单位面积容量比值是恒定的，在1.10以上。但由于圆柱形锂离子电池的特殊结构特点，其负/正极涂布物质单位面积容量是根据弯曲半径而变化的，因此恒定其负/正涂布物质单位面积容量比值会导致不同半径处容量不匹配而产生安全问题或浪费宝贵的资源。
发明内容
为克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种圆柱形锂离子电池，其负/正极涂布物质单位面积容量比值在1.00-1.10之间，即节约宝贵的活性物质资源，又能保证电池的容量和安全。
本发明实现上述目的的技术方案为：一种圆柱形锂离子电池，包括电芯、圆柱形外壳、电解液以及电连接件，所述电芯包括负极和正极，所述负极由集流体铜箔以及涂布其上的由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的121面和122面；所述正极由集流体铝箔以及涂布其上的由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的221面和222面；负极、隔离膜、正极依次叠置并卷绕形成圆柱形锂离子电池的电芯，其特征是：所述负极上的负极涂布物质的单位面积容量与正极上的正极涂布物质的单位面积容量的比值Z＝1.00-1.10。
固定所述由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的121面和122面上的单位面积容量，根据所述电芯卷绕半径r设置由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的221面和222面的单位面积容量，负极上的由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的单位面积容量与正极上的由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的单位面积容量的比值Z＝1.00-1.10。
固定所述由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的221面和222面上的单位面积容量，根据所述电芯卷绕半径r设置由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的121面和122面的单位面积容量，负极上的由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的单位面积容量与正极上的由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的单位面积容量的比值Z＝1.00-1.10。
负极的121面与122面上涂布的由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的重量之比设置在±10％以内。
正极的221面与222面上涂布的由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的重量之比设置在±10％以内。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在充分考虑圆柱形锂离子电池曲率半径对负/正极容量平衡的影响，通过对负/正极两面涂布物质重量的调整、使得圆柱形锂离子电池负极与正极的正对区域的容量过量均衡而实现涂布物质与容量的最优配置，从而避免电池因正负极容量不匹配在充放电过程生长锂枝晶而导致的安全问题，通过本发明的设计还可以在固定的体积内设计出更高容量的电池，其它各项性能与现有技术相当，本发明方法简单，便于批量生产。
附图说明
图1为本发明锂离子电池正、负极卷绕的电芯结构示意图；
图2为本发明锂离子电池负极的结构示意图；
图3为本发明锂离子电池正极的结构示意图；
图4为本发明锂离子电池在不同半径r处的Z值与未按照本发明的Z值曲线图。
具体实施方案
以下结合附图对本发明实施例作进一步详细描述。
如图2、图3所示，在集流体铜箔11上涂布由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的121面和122面而形成负极1，在集流体铝箔21上涂布由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的221面和222面而形成正极2。负极1上121和122面的单位面积容量与正极2上的221和222面的单位面积容量的比值Z＝1.00-1.10。固定由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的121面和122面上的单位面积容量，根据所述电芯卷绕半径r设置由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的221面和222面的单位面积容量，其比值Z＝1.00-1.10。或固定所述由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的221面和222面上的单位面积容量，根据所述电芯卷绕半径r设置由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的121面和122面的单位面积容量，其比值Z＝1.00-1.10。控制负极的121面和122面上的涂布物质的重量之比设置在±10％以内。控制正极的221面和222面上的涂布物质的重量之比设置在±10％以内。
负极中的负极活性物质是石墨类或硅类或碳硅合金类等；正极中的正极活性物质是钴酸锂或锰酸锂或镍钴锰酸锂或磷酸铁锂等。负极中的负极活性物质、粘结剂、导电碳粉和水的混合配比和正极中的正极活性物质、粘结剂、导电碳粉和NMP的混合配比为常规技术。
如图1所示，负极1、隔离膜3、正极2依次叠置并卷绕形成圆柱形锂离子电池的电芯。
实施例1
圆柱形锂离子电池由电芯、圆柱形外壳、电解液以及电连接件组成。
将配好的负极和正极浆料分别在铜箔11和铝箔21上涂布而形成121面和122面，以及221面和222面。卷绕形成半径r＝2mm的圆柱形锂离子电池的电芯。固定正极221面上的涂布物质单位面积容量为0.0320mAh/mm2，所对应的负极122面的Z值取1.09，所涂布的负极物质单位面积容量为0.0349mAh/mm2。固定正极222面上的涂布物质单位面积容量为0.0320mAh/mm2，所对应的负极121面的Z值取1.01，所涂布的负极物质单位面积容量为0.0323mAh/mm2。然后通过辊压、分切、分条、配对、卷绕、注液、封口、化成、分容工序后完成锂离子电池的制造过程。
实施例2
圆柱形锂离子电池由电芯、圆柱形外壳、电解液以及电连接件组成。
将配好的负极和正极浆料分别在铜箔11和铝箔21上涂布而形成121面和122面，以及221面和222面，卷绕形成半径r＝8mm的圆柱形锂离子电池的电芯。固定负极121面上的涂布物质单位面积容量为0.0370mAh/mm2，所对应的正极222面的Z值取1.10，所涂布的正极物质单位面积容量为0.0336mAh/mm2。固定负极122面上的涂布物质单位面积容量为0.0370mAh/mm2，所对应的正极221面的Z值取1.05，所涂布的负极物质单位面积容量为0.0352mAh/mm2。然后辊压、分切、分条、配对、卷绕、注液、封口、化成、分容工序后完成锂离子电池的制造过程。
图4对本发明锂离子电池在不同半径r处的Z值与未按照本发明的Z值曲线进行比较：
曲线A为未按照本发明设计的121面与222面的Z值。
曲线B为按照本发明设计的122面与221面的Z值。
曲线C为按照本发明设计的121面与222面的Z值。
曲线B和C符合两者单位面积容量比值Z＝1.00-1.10。
本发明通过控制对负/正极两面涂布物质单位面积容量的调整，在节约锂离子电池的涂布物质的基础上可确保锂离子电池的安全性，并可在固定的体积内通过增加极片长度提升电池容量，其它各项性能与现有技术相当。
Claims (5)
1、一种圆柱形锂离子电池，包括电芯、圆柱形外壳、电解液以及电连接件，所述电芯包括负极(1)和正极(2)，所述负极(1)由集流体铜箔(11)以及涂布其上的由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的(121)面和(122)面；所述正极(2)由集流体铝箔(21)以及涂布其上的由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的(221)面和(222)面；负极(1)、隔离膜(3)、正极(2)依次叠置并卷绕形成圆柱形锂离子电池的电芯，其特征是：所述负极(1)上的负极涂布物质的单位面积容量与正极(2)上的正极涂布物质的单位面积容量的比值Z＝1.00-1.10。
2、根据权利要求1所述的一种圆柱形锂离子电池，其特征是：固定所述由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的(121)面和(122)面上的单位面积容量，根据所述电芯卷绕半径r设置由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的(221)面和(222)面的单位面积容量，负极(1)上的由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的单位面积容量与正极(2)上的由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的单位面积容量的比值Z＝1.00-1.10。
3、根据权利要求1所述的一种圆柱形锂离子电池，其特征是：固定所述由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的(221)面和(222)面上的单位面积容量，根据所述电芯卷绕半径r设置由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的(121)面和(122)面的单位面积容量，负极(1)上的由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的单位面积容量与正极(2)上的由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的单位面积容量的比值Z＝1.00-1.10。
4、根据权利要求1所述的一种圆柱形锂离子电池，其特征是：负极(1)的(121)面与(122)面上涂布的由负极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的重量之比设置在±10％以内。
5、根据权利要求1所述的一种圆柱形锂离子电池，其特征是：正极(2)的(221)面与(222)面上涂布的由正极活性物质、粘结剂和导电碳粉组成的重量之比设置在±10％以内。
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