專利名稱：圓柱形鋰離子二次電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種圓柱形鋰離子二次電池，尤其涉及一種安全性能高的圓柱形鋰離子二次電池。
背景技術：
隨著電子工業(yè)、信息產業(yè)的迅速發(fā)展，人們對各類電器電源的要求越來越高。圓柱形鋰離子二次電池作為高能電源被應用在各類場所，尤其是應用于筆記本電腦中，其各項電性能尤其是安全性能就顯得極為重要。
目前，圓柱形鋰離子二次電池的綜合電性能優(yōu)良，而對其安全性能來講，電池的內外短路隱患最大，而內短路帶來的威脅最大。在實際使用中，不可避免的震蕩、跌落很容易導致電池發(fā)生內部短路，這就要求電池具有高的安全可靠性。在圓柱形鋰離子二次電池的各種設計與改進中，對防爆系統(tǒng)的設計最為普遍，即當電池發(fā)生短路時，安全閥打開，電池迅速排氣防止爆炸。如中國專利CN2556798中提出的圓柱形鋰離子電池，即是通過在電池蓋一端設一防爆破裂裝置來防止電池因內外短路，電池內溫度、壓力急劇升高而使得電池發(fā)生爆炸等危害的。此類方法雖然可以有效地防止電池爆炸給電器和人身帶來的威脅，但是由于防爆裝置的破裂，導致電池漏液，在破壞的一瞬間，電池隨即報廢，用電器隨之不能工作。
因此，人們開始研究當電池發(fā)生內短路時如何提高電池的安全性能，并從根本上控制電池的報廢。但是，就目前來講，圓柱形鋰離子二次電池均是采用單片正極、負極、隔膜，卷繞成渦卷狀結構的電極群作為電池極芯的。而此種極芯結構的電池存在如下問題當電池內部某點或某部分發(fā)生內部短路時，整個電極就完全處于短路狀態(tài)，此時電池內部必將產生很大電流，瞬間放電，電池內部溫度必會急劇上升，內壓增大，最終致使整個電池報廢。此時，電池的安全性能得不到保證，用電器也無法繼續(xù)工作。
而圓柱形鋰離子二次電池在市場上的廣泛應用，尤其是作為目前市場上筆記本電腦電源的主流電池，就必須克服上述缺點。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種圓柱形鋰離子二次電池，當其內部某部位發(fā)生短路時，電池電壓保持不變，電池仍可繼續(xù)使用，且安全可靠。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的一種圓柱形鋰離子二次電池，包括正極、負極、隔膜構成的渦卷狀電極群及電解液共同收納于電池殼內，由電池蓋密封，其中正極片是由含有能嵌入及脫出鋰離子的鋰與過渡金屬的復合氧化物為活性物質涂敷在鋁箔基體表面而形成；負極片是由含有能嵌入及脫出鋰離子的碳材料為活性物質涂敷在銅箔基體表面而形成；正、負電極片中有任一電極片為一帶狀極片，對應的電極片由至少兩片小的電極片組所構成；正極片、隔膜、負極片層疊排布后，通過卷繞形成渦卷狀電極群，并使各小的電極片處于相互隔斷狀態(tài)；正、負電極片均帶有引出端子進行電流的輸出，各引出端子與電池蓋或電池殼連接。
進一步，所述的渦卷狀電極群中，帶狀極片位于外層包裹小的電極片組。
再進一步，在渦卷狀電極群中，所述的小的電極片組由2～6片所構成，各電極片均帶有一個引出端子進行電流的輸出。
在本實用新型中，圓柱形鋰離子二次電池正、負電極片中有任一電極片為一帶狀極片，對應的電極片由至少兩片小的電極片組所構成，與隔膜層疊排布后，卷繞形成渦卷狀電極群，且各小的電極片處于相互隔斷狀態(tài)，各正、負電極片帶有的引出端子與電池蓋或電池殼連接。這樣的結構就相當于是由多個小電源并連形成的電池，在其中之一個小電源出現短路問題時，瞬間產生很大的電流，并且作為其余小電源的電極片同時向其供電，此時通過該電極片引出端子的電流瞬間的增大致其熔斷。這樣就截止和控制了其他電源向此短路電源的供放電，此短路小電源的能量耗損完結，作為其余電源的極片仍可繼續(xù)工作，且電池電壓基本不變，只是相當于電池容量減少了，充發(fā)電時間變短了而已，電池可以繼續(xù)使用。
在實際應用中，構成小的電極片組的電極片數優(yōu)選為2～6片?？梢愿鶕姵卮笮∵x擇不同電極片數，但不宜多于6片，因為小的電極片數目太多會影響電池容量，且生產工藝較為復雜。
本實用新型圓柱形鋰離子二次電池的優(yōu)點在于通過將其渦卷狀電極群中正、負電極片中任一電極片做成一帶狀極片，其對應的電極片做成至少兩片小的電極片組的結構，使得電池在其內部某部位發(fā)生短路時，只破壞該部位的電極片性能，只損耗該部位所在電極片容量，電池電壓變化不大，電池仍可繼續(xù)使用，且安全可靠。
下面參照附圖結合實例對本實用新型作進一步的說明。

圖1是本實用新型圓柱形鋰離子二次電池局部剖面示意圖。
圖2是本實用新型具體實施方式
圓柱形鋰離子二次電池正、負極片及隔膜卷饒前疊放狀態(tài)圖。
圖3是本實用新型具體實施方式
圓柱形鋰離子二次電池渦卷狀電極群的俯視圖。
具體實施方式本實用新型提供的圓柱形鋰離子二次電池，(請參考圖1、圖2、圖3)，包括正極片1、負極片2、隔膜3構成的渦卷狀電極群4及電解液共同收納于電池殼5內，由電池蓋6密封，其中正極片是由含有能嵌入及脫出鋰離子的鋰與過渡金屬的復合氧化物為活性物質涂敷在鋁箔基體表面而形成，由至少兩片小的電極片組所構成(圖中為三片)。負極片2是由含有能嵌入及脫出鋰離子的碳材料為活性物質涂敷在銅箔基體表面而形成，為一帶狀極片。正極片、隔膜、負極片層疊排布如圖2所示，隔膜包裹負極片2后置于三片小的正極片下方，以使得卷饒中負極片位于外層包裹正極片。三片小的正電極片1排布有隔斷區(qū)9，以使得卷繞形成渦卷狀電極群后，各小的電極片1處于相互隔斷狀態(tài)。
正、負電極片均帶有引出端子進行電流的輸出，構成正極片的三個小的電極片1各帶有一個引出端子7與電池蓋6連接，負極片2帶有一個引出端子8與電池殼5連接。
在電池制作中，以隔膜3彎折將負極片2沿片長方向包住置于下方，而構成正極片的三個小的電極片1依次排放置于上方，并留出隔離區(qū)9(如圖2所示)，正極的三個小的電極片1的引出端子7與負極片2的引出端子8分別置于兩旁，壓緊后從隔膜的彎折端開始卷饒，形成如圖3所示的渦卷狀電極群4。將其裝入電池殼5內，使負極片2的引出端子8彎折于電池殼5底部內側，并形成電連接；使正極三個小電極片1的引出端子7均與電池蓋6的底部形成電連接，注入電解液，密封電池后制作完成。
下面結合實例及測試對本實用新型作進一步的說明。
根據測試需要制作實例電池實施例1制作1865型，標稱容量為2100mAh的圓柱形鋰離子二次電池，其制作如下正極極片的備制取100份重量的LiCoO2粉末與7份重量的充當導電劑的鱗片狀石墨與7份重量的充當粘合劑的PVDF混合，并分散在充當溶劑的N-甲基吡咯烷酮中，形成膏狀，將該膏狀混合物均勻涂覆在20μm鋁箔的兩面，得到尺寸為212×55.5×0.12mm的正電極片，共三片。
負極極片的備制取100份重量的人工石墨粉與10份重量充當粘接劑的PTFE混合，將混合物分散在去離子水溶劑中，形成膏狀，將該膏狀混合物均勻涂覆在10μm的銅箔的兩面上，得到尺寸為700×57.0×0.14mm的負電極片一片。
在各正電極片上靠邊處留出未敷料區(qū)，用超聲波焊焊接上帶狀鋁片引出端子，在負極片上靠邊處留出未敷料區(qū)，用超聲波焊焊接上帶狀鎳片引出端子。如圖2中的正電極的引出端子7和引出端子8。
電池殼采用側壁厚為0.3mm鋼殼，預先在其圓周壁的1/2高度上留有一φ0.5mm的通孔，在孔的外壁處用膠布密封。
按照圖2所示方式，取1400×59×0.02聚丙烯作為隔膜，排好正、負電極片，將其卷饒成為渦卷狀電極群，在將該電極群放入鋼殼時，確保三片小的正電極片的隔斷區(qū)與鋼殼上通孔錯開。負極片的引出端子彎折于電池殼底部內側，并形成電連接；三片小的正電極片的引出端子均與電池蓋底部形成電連接，注入電解液，密封電池后制作完成。
比較例1按常規(guī)方式制作單片正極、單片負極、單片隔膜卷繞成渦卷狀結構的電極群作為電池極芯的1865型、標稱容量為2100mAh的圓柱形鋰離子二次電池。除其正極片為一片，帶有一個引出端子之外，其余同實施例1。
電池性能測試一、對電池初始性能的測試1、電池內阻測試；2、電池初始容量測試將電池充電至4.2V，以0.5C放電至3.0V，測其容量。
測試結果表1
二、對電池進行針刺內部短路測試取充滿電的上述電池，去除其外壁預留的φ0.5mm孔的密封膠布，用φ0.3mm的內部短路測試鋼針從孔外刺入，控制其刺入深度為鋼殼壁厚+負極片厚+隔膜厚+0.5倍的正極片厚，即0.3+0.14+0.2+0.06＝0.7(mm)，以使得該圓柱形鋰離子二次電池極芯電極的最外層的一片小的正電極片與負極片發(fā)生內部短路。
在針刺試驗中，從針刺入到0.7mm深的瞬間開始，測試如下項目1、電池表面溫度變化電池短路20分鐘時間內電池表面的溫度變化紀錄(見表2)。
2、電池電壓變化電池短路20分鐘時間內電池電壓變化紀錄(見表3)。
3、測試中，觀察電池有無漏液、起火、爆炸的現象(見表4)。
表2-電池表面溫度變化(℃)
表3-電池電壓變化(V)
表4
以上表2～表3紀錄了測試的相關數據，可以看到本實用新型結構的圓柱型鋰離子二次電池在內部某處發(fā)生短路時，其電池溫度最高不超過100度，電池電壓只在短路開始時變化，但隨之恢復為3.6V的工作電壓，且沒有漏液、爆炸等不良現象，證明該電池可繼續(xù)工作。而比較例電池在短路10.5分鐘時出現漏液現象，電池局部燒黑，表面溫度已達167℃，電壓在1.4V左右，電池已經報廢，無法繼續(xù)工作。
三、對電池進行短路后性能測試在電池針刺短路20分鐘后，測試電池性能。由于比較例電池已經漏液、報廢，故無法測試?，F測試實施例1電池如下1、電池內阻測試為48mΩ；2、電池容量測試將電池充電至4.2V，以0.5C放電至3.0V，測其容量為1360mAh。
將電池的初始性能與短路后性能做比較(表5)表5
由表5可知比較例電池在發(fā)生內部短路后報廢，而實施例電池在短路后，只影響其短路所在正電極片的性能，電池容量只損耗了初始容量的三分之一左右，電池內阻稍有下降，電池可繼續(xù)使用，且安全可靠。
四、將測試后的上述電池剖開，發(fā)現實施例電池最外端正電極片的引出端子熔斷，另外兩片正極引出端子完好；而比較例電池只有一片正極，其引出端子燒黑，處于連接狀態(tài)。
權利要求1.一種圓柱形鋰離子二次電池，包括正極、負極、隔膜構成的渦卷狀電極群及電解液共同收納于電池殼內，由電池蓋密封，其特征在于正極片是由含有能嵌入及脫出鋰離子的鋰與過渡金屬的復合氧化物為活性物質涂敷在鋁箔基體表面而形成；負極片是由含有能嵌入及脫出鋰離子的碳材料為活性物質涂敷在銅箔基體表面而形成；正、負電極片中有任一電極片為一帶狀極片，對應的電極片由至少兩片小的電極片組所構成；正極片、隔膜、負極片層疊排布后，通過卷繞形成渦卷狀電極群，并使各小的電極片處于相互隔斷狀態(tài)；正、負電極片均帶有引出端子進行電流的輸出，各引出端子與電池蓋或電池殼連接。
2.如權利要求1所述的圓柱形鋰離子二次電池，其特征在于在所述的渦卷狀電極群中，帶狀極片位于外層包裹小的電極片組。
3.如權利要求2所述的圓柱形鋰離子二次電池，其特征在于在渦卷狀電極群中，所述的小的電極片組由2～6片所構成，各電極片均帶有一個引出端子進行電流的輸出。
4.如權利要求3所述的圓柱形鋰離子二次電池，其特征在于所述的正極由3～4片電極片構成的。
專利摘要一種圓柱形鋰離子二次電池，包括正極、負極、隔膜構成的渦卷狀電極群及電解液共同收納于電池殼內，由電池蓋密封，該電池正極片由正極活性物質涂敷在鋁箔基體表面而形成，負極片由負極活性物質涂敷在銅箔基體表面而形成，正、負電極片中有任一電極片為一帶狀極片，對應的電極片由至少兩片小的電極片組所構成，各小的電極片處于相互隔斷狀態(tài)，正、負電極片均帶有引出端子進行電流的輸出，各引出端子與電池蓋或電池殼連接。該電池當其內部某部位發(fā)生短路時，電池電壓保持不變，電池仍可繼續(xù)使用，且安全可靠。
文檔編號H01M10/40GK2648615SQ0327411
公開日2004年10月13日 申請日期2003年9月1日 優(yōu)先權日2003年9月1日
發(fā)明者王傳福 申請人:比亞迪股份有限公司