CN2914338Y

CN2914338Y - 一种叠片式锂离子二次电池的正极片和极芯及其电池

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Publication number: CN2914338Y
Application number: CNU2005201298527U
Authority: CN
Inventors: 肖峰; 孙华军
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2015-10-18

Abstract

本实用新型是关于一种叠片式锂离子二次电池的正极片及其电池，该正极片形状为长方形，且正极片包括基体和涂敷在基体表面的正极活性材料，该正极片的边缘贴有绝缘层。所以，该叠片式锂离子二次电池包括以片状形式依次层叠排布于隔膜两面的正极片、负极片而形成的电池极芯和非水电解液，并共同密封于电池壳内，所述正极片、负极片均由活性物质涂敷在基体表面而形成，并由基体延伸出来的细颈部分构成集流体，其中，所述的正极片为本实用新型提供的正极片。该叠片式锂离子二次电池在充电过程中，能够阻止因正、负极片的膨胀所造成的挤压致使正极片在裁切过程中存在的边缘毛刺或脱落的边缘敷料刺破隔膜而发生电池短路。

Description

一种叠片式锂离子二次电池的正极片和极芯及其电池

技术领域

本实用新型是关于一种锂离子电池，具体地说是关于一种叠片式锂离子二次电池的正极片和极芯及其电池。

背景技术

随着科学技术的发展，锂离子二次电池作为主要的高能量二次电池而被广泛应用，目前市场上常用的是卷绕式锂离子二次电池。

方形锂离子二次电池作为手机、电脑等领域的供电能源而被广泛应用，针对目前对电池高容量和高倍率的性能要求，中国专利CN1591959A又提出了叠片式锂离子二次电池，该叠片式锂离子二次电池的正极片是由含有能嵌入及脱出锂离子的锂与过渡金属的复合氧化物为活性物质涂敷在铝箔基体表面而形成，由铝箔基体延伸出来的细颈部分为正极片的集流体；负极片是由含有能嵌入及脱出锂离子的碳材料为活性物质涂敷在铜箔基体表面而形成，由铜箔基体延伸出来的细颈部分为负极片的集流体；正、负极以片状形式依次层叠排布于带状隔膜的两面而形成极芯。该叠片式锂离子二次电池可以充分利用电池外壳的内部空间，提高电池的能量密度；降低电池的内阻，从而改善锂离子二次电池的大电流放电性能。

在目前的锂离子二次电池中，为了保证锂离子从正极片脱出而有相应位置的负极片能够吸纳锂离子，一般负极片要宽于正极片。例如：正极片的宽度为43毫米，长度32毫米，则负极片的宽度为44毫米，长度为33毫米。此外，还希望隔膜尽可能的薄，一般为0.025毫米或以下厚度。

然而，该叠片式锂离子二次电池却存在着短路率较高的缺点。

在JP2000030742公开了一种通过控制极片和隔膜尺寸来防止短路的叠片式锂离子二次电池。但是这样的叠片式电池的短路率仍然较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有叠片式锂离子二次电池中的正极片使叠片式锂离子二次电池短路率较高的缺点，提供一种新的叠片式锂离子二次电池的正极片，使用该正极片的叠片式锂离子二次电池的短路率较低。本发明的另外一个目的是提供包括该正极片的叠片式锂离子二次电池。

本实用新型的发明人发现叠片式锂离子二次电池短路的发生主要是由正、负极片直接接触造成的。在实际的生产和使用过程中，由于电池被挤压使极片边缘的毛刺刺破隔膜，以及充电过程中生长的枝晶刺破隔膜是锂离子二次电池短路的重要原因。

例如，锂离子二次电池的负极由能够吸纳锂的碳材料或金属氧化物组成，充电过程中，锂离子从正极片脱出进入负极片，负极片在吸纳锂离子后会发生膨胀，膨胀率在6％～10％，而正极片在脱出锂离子后，也会发生膨胀，膨胀率在3％左右，因此，在充电过程中，正、负极片的膨胀导致正、负极片间的隔膜被压迫，从而导致极片边缘的毛刺刺破隔膜造成电池短路。为了解决叠片式锂离子二次电池短路率较高的问题，本实用新型的发明人发明了如下技术方案。

本实用新型所提供的正极片形状为长方形，且正极片包括基体和涂敷在基体表面的正极活性材料，该正极片的边缘贴有绝缘层。

本实用新型的叠片式锂离子二次电池包括以片状形式依次层叠排布于隔膜两面的正极片、负极片而形成的电池极芯和非水电解液，并共同密封于电池壳内，所述正极片、负极片均由活性物质涂敷在基体表面而形成，并由基体延伸出来的细颈部分构成集流体，其中，所述的正极片为本实用新型提供的正极片。

由于正极片在裁切过程中会存在极片边缘毛刺或边缘敷料的脱落，且毛刺的大小在0.05毫米～0.1毫米，若采用胶布等绝缘层将其边缘包住的话，毛刺就无法刺破胶布，同时边缘的敷料也就不会发生脱落。又由于正极片的尺寸要小于负极片，因此，正极片的边缘肯定是全部对着负极片的面，这就使正极片的边缘毛刺或易脱落的边缘敷料通过绝缘胶布的包住得到了控制。与现有技术相比，由于采用了以上方案，该电池在充电过程中，能够阻止因正、负极片的膨胀所造成的挤压，致使正极片在裁切过程中存在的边缘毛刺或脱落边缘敷料刺破隔膜，发生电池短路。

附图说明

图1是本实用新型的正极片示意图；

图2是本实用新型的负极片示意图；

图3是本实用新型的电池极芯叠片示意图。

附图中：1-正极片、2-绝缘层、3-正极极耳、4-负极片、5-负极极耳、6-隔膜、7-正极基体、8-负极基体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的叠片式锂离子二次电池进行详细说明。

如图1、2所示，本实用新型提供的正极片形状为长方形，且正极片1包括基体7和涂敷在基体7表面的正极活性材料，该正极片1整体小于负极片4，即正极片1的长度Lp小于或等于负极片4的长度Ln，正极片1的宽度Wp小于或等于负极片4的宽度Wn，且正极片1的边缘贴有0.1毫米～1毫米宽的绝缘层2。这里所述长方形包括方形。

正极片的组成为本领域技术人员公知。一般来说，正极片包括导电基体及涂覆和/或填充在导电基体(也叫集电体)上的正极活性材料。所述导电基体为本领域技术人员公知，如导电基体可选自铝箔；所述的正极活性材料为本领域技术人员公知，它包括正极活性物质和粘合剂，所述正极活性物质可以选自锂离子电池中常用的正极活性物质，如LiCoO₂等，所述粘合剂也为本领域技术人员公知，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等，一般来说，粘合剂的含量为正极活性物质的0.01-8重量％，所述正极活性物质还可以包括正极助剂，正极助剂的种类和含量为本领域技术人员公知，正极助剂选自导电剂，如乙炔黑、导电碳黑和导电石墨中的至少一种，其含量为正极活性物质的0-15重量％，优选为0-10重量％。

负极片的组成为本领域技术人员公知，一般来说，负极片包括导电基体及涂覆和/或填充在导电基体上的负极活性材料。所述导电基体为本领域技术人员公知，如导电基体选自铜箔；所述负极活性材料为本领域技术人员公知，它包括负极活性物质和粘合剂，所述负极活性物质可以选自锂离子电池常用的负极活性物质，如天然石墨、人造石墨等。所述粘合剂也为本领域技术人员公知，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇等，一般来说，粘合剂的含量为负极活性物质的0.01-10重量％，优选为1-9重量％。

隔膜设置在正极片和负极片之间，隔膜采用的是锂离子电池中常用的各种隔膜，如聚丙烯毡、聚乙烯毡、聚烯烃微多孔膜、或超细玻璃纤维纸等本领域技术人员公知的材料，它具有电绝缘性能和液体保持性能。

所述正极片和负极片可以商购得到，也可以采用常规的方法制备，只是将正极片1边缘贴有绝缘层即可。

常规的正极片的制备方法为在宽幅极片上涂覆一种含有正极活性物质和粘合剂的浆液，经干燥、辊轧并分切，得到正极片。其中，所述含有正极活性物质和粘合剂浆液的溶剂选自常规的溶剂，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)等，溶剂的用量可使所述浆液能够涂覆到所述集电体上即可。一般来说，溶剂的用量为浆液中正极活性物质含量的40-90重量％，优选为50-85重量％。干燥的温度一般为50-160℃，优选80-150℃。辊轧是为了使商购的宽幅极片辊轧成正极片所需的厚度，该厚度可以根据各种不同的电池需要而在很大范围内变动。分切的目的是为了使宽幅极片被切割成正极片所需要的宽度，该宽度可以根据各种不同的电池需要而在很大范围内变动。

负极片的制备方法与正极片的制备方法相同，只是将含有负极活性物质和粘合剂的浆液代替含有正极活性物质和粘合剂的浆液。

所述非水电解液为本领域常用的非水电解液，如电解质锂盐和非水溶剂的混合溶液。电解质锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF₆)、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、卤化锂、氯铝酸锂及氟烃基磺酸锂中的一种或几种。有机溶剂可以选自链状酸酯和环状酸酯混合溶液，其中链状酸酯可以为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)以及其它含氟、含硫或含不饱和键的链状有机酯类中的至少一种。环状酸酯可以为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、γ-丁内酯(γ-BL)、磺内酯以及其它含氟、含硫或含不饱和键的环状有机酯类中的至少一种。所述非水电解液中，电解质锂盐的浓度一般为0.1-2摩尔/升，优选为0.8-1.2摩尔/升。

正极片、负极片及位于正极片与负极片之间的隔膜层叠而成电池极芯的方法，以及电池的组装方法为本领域技术人员所公知的，在此不再赘述。

下面的实施例将对本实用新型做进一步说明。

【实施例】

(1)正极片1的制备

将100份重量的正极活性物质LiCoO₂、7份重量的导电剂石墨、7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正极极耳3表面的正极浆料刮去，经干燥、压片、分切并在极片边缘贴上宽度为1毫米的绝缘聚丙烯胶布2，得到Lp为44毫米，Wp为31毫米，厚为0.125毫米的正极片，该正极片上的正极活性物质LiCoO₂含量为0.67克，如图1所示。

(2)负极片4的制备

将100份重量的负极活性物质人造石墨、7份重量的粘结剂PTFE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负极极耳5表面的负极浆料刮去，经干燥、压片、分切，得到Ln为45毫米，Wn为32毫米，厚为0.120毫米的负极片，负极片上的负极活性物质人造石墨含量为0.35克，如图2所示。

(3)电池极芯的制备

将(1)和(2)制备的正极片1、负极片4依次层叠在宽为47毫米，厚为0.020毫米的隔膜6的两面得到叠片式电池极芯，隔膜6采用的是聚丙烯膜，如图3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)，得到非水电解液，非水电解液的用量为2.2克/只。将(3)得到的电池极芯套入50×34×5毫米的电池壳体内，注入上述非水电解液，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。

本实施例说明的是本实用新型提供的极片和锂离子电池，共制备50个同样的电池。

【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，不同的只是在制备正极片1时，在正极片1的边缘不贴绝缘胶布2，其余制作方法同实施例。共制备50个同样的电池。

下面将【实施例】与【对比例】制备的电池所发生的短路率进行了测定，测定方法如下：

1)将两种电池充满电至4.2V；

2)对充满电的两种电池进行挤压，直至电池的电压开始下降；

3)统计电池被压坏后，电池温度上升产生的气体而导致安全阀启动的电池数量。

测定的结果如下：

【实施例】安全阀启动的数量：在制备同样的50个电池中有1个安全阀启动；

【对比例】安全阀启动的数量：在制备同样的50个电池中有18个安全阀启动。

根据测定的结果可以明显地看出，本实用新型的叠片式锂离子二次电池可以极大地降低电池在充电后因正、负极片膨胀而导致的正极片边缘的毛刺或易脱落的敷料刺破隔膜而与负极片发生接触，从而也进一步地降低了电池发生短路的隐患。

Claims

1、一种叠片式锂离子二次电池的正极片，该正极片(1)的形状为长方形，且正极片(1)包括基体(7)和涂敷在基体(7)表面的正极活性材料，其特征在于，该正极片(1)的边缘贴有绝缘层(2)。

2、根据权利要求1所述的极片，其中，所述的绝缘层(2)的宽度为0.1毫米～1毫米。

3、根据权利要求1所述的极片，其中，所述的绝缘层(2)为聚丙烯、聚乙烯胶布。

4、一种叠片式锂离子二次电池极芯，该极芯包括以片状形式依次层叠排布于隔膜(6)两面的正极片(1)、负极片(4)，所述正极片(1)、负极片(4)分别包括正极基体(7)、负极基体(8)和涂敷在正极基体(7)表面、负极基体(8)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，其特征在于，正极片(1)为权利要求1-3中任意一项所述的正极片，并且正极片(1)整体小于负极片(4)。

5、根据权利要求4所述的极片，其中，正极片(1)的长度Lp小于负极片(4)的长度Ln，正极片(1)的宽度Wp小于负极片(4)的宽度Wn。

6、一种叠片式锂离子二次电池，该电池包括共同密封于电池壳内的电池极芯和非水电解液，其特征在于，所述电池极芯为权利要求4所述的电池极芯。