專(zhuān)利名稱(chēng)：圓柱形鋰離子電池用電芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種負(fù)極極片不容易斷裂的圓柱形鋰離子電池用電芯。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，各種移動(dòng)電子設(shè)備，如攝像機(jī)、筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)等的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從而對(duì)高容量電池的需求也越來(lái)越大。鋰離子電池因其具有重量輕、容量高、無(wú)污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小等突出的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用在越來(lái)越多的領(lǐng)域。其中，圓柱形鋰離子電池的能量密度比其他形狀(如方形、鋁塑包裝的電池)更高，因此更加受到人們的青睞，成為移動(dòng)設(shè)備的最常用電源。圖I和圖2為現(xiàn)有技術(shù)中圓柱形鋰離子正負(fù)極極片的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。圖I為正極片10，其包括作為正極集流體的鋁箔12和涂覆于鋁箔12兩面的正極膜片14，鋁箔12的前端(即卷繞電芯時(shí)的開(kāi)始端)設(shè)有正極極耳16，正極片10上貼有六塊起絕緣作用的絕緣膠18，其中四塊貼在正極膜片14的端部，一塊貼在極耳16上，還有一塊貼在鋁箔12上與正極極耳16的呈軸對(duì)稱(chēng)的位置處。圖2為負(fù)極片20，其包括作為負(fù)極集流體的銅箔22和涂覆于銅箔22兩面的負(fù)極膜片24、25，銅箔22的尾部(即卷繞電芯時(shí)的結(jié)束端)設(shè)有負(fù)極極耳26。其中，負(fù)極膜片24、25在銅箔22的兩面上并非對(duì)齊涂布，A面的負(fù)極膜片24在遠(yuǎn)離負(fù)極極耳26 —側(cè)的涂布長(zhǎng)度大于B面負(fù)極膜片25的涂布長(zhǎng)度。在銅箔22的尾端、與負(fù)極極耳26相對(duì)的背面位置處，貼有一塊絕緣膠28。生產(chǎn)電池時(shí)，將上述正極片10、負(fù)極片20和極片間的隔膜間隔疊加后卷繞成圓柱形鋰離子電池的電芯。但是，在圓柱形鋰離子電池的充電過(guò)程中電芯會(huì)發(fā)生膨脹和旋轉(zhuǎn)。采用上述正負(fù)極片10、20生產(chǎn)的鋰離子電池的電芯，在充電時(shí)會(huì)發(fā)生負(fù)極片20斷裂。三種比較典型的負(fù)極片20斷裂的情況分別為一是負(fù)極膜片24和25交錯(cuò)處(比如圖2中的M點(diǎn))斷裂；二是A面負(fù)極膜片24收尾處(圖2中的N點(diǎn))斷裂，卷繞成電芯時(shí)，負(fù)極膜片24首位處與正極片10的尾端的絕緣膠18收尾處相對(duì)應(yīng)；三是純銅箔22 (即靠近負(fù)極片20的尾端、A、B兩面均未涂覆負(fù)極膜片的銅箔，如圖2中的Q點(diǎn))斷裂，卷繞成電芯時(shí)，此處銅箔22與正極片10的尾端的絕緣膠18收尾處相對(duì)應(yīng)。對(duì)于第一種情況我們可以通過(guò)優(yōu)化負(fù)極片的涂布順序和極片輥壓的方向解決。而對(duì)于第二種和第三種情況，目前已公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)為CN101789529的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)的技術(shù)方案雖然可以在一定程度上改善第二種和第三種情況導(dǎo)致的負(fù)極片20的斷裂，但是并不能夠完全解決極片斷裂的問(wèn)題。按照此專(zhuān)利公開(kāi)的技術(shù)方案，在電池制作過(guò)程中采用了優(yōu)化的負(fù)極片的涂布順序和極片輥壓的方向，所制備的圓柱形鋰離子電池，在循環(huán)50次后，仍有大約10%的電池發(fā)生極片斷裂的情形，通過(guò)拆解分析其斷裂情形屬于第二種和第三種情況。由于負(fù)極片的斷裂會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池的電芯出現(xiàn)無(wú)電壓輸出、不能放電的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)安全事故，因此，確有必要提供一種負(fù)極片不易斷裂的圓柱形鋰離子電池用電芯。為了解決負(fù)極片20斷裂的問(wèn)題，首先分析其斷裂原因。在圓柱形鋰離子電池充電時(shí)，其負(fù)極片20將發(fā)生膨脹，從3. OV充電至4. 2V負(fù)極片的厚度膨脹約為4%，此外，負(fù)極片20還可能會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，為了釋放應(yīng)力，負(fù)極片20趨向于伸直。根據(jù)楊氏模量理論，銅箔22和負(fù)極膜片組成的是一個(gè)剛性體，能夠很好的傳遞膨脹應(yīng)力，趨向于使極片伸直，避免斷裂。但是，未涂覆負(fù)極膜片的純銅箔具有良好的應(yīng)變力，不能夠傳遞膨脹，從而導(dǎo)致了電芯的膨脹應(yīng)力都集中在絕緣膠18收尾處相對(duì)應(yīng)的銅箔上。在電池充電過(guò)程中，隨著負(fù)極片20的膨脹，絕緣膠18收尾處對(duì)應(yīng)的銅箔所受到的剪切應(yīng)力越來(lái)越大。當(dāng)銅箔22發(fā)生彈性形變時(shí)，其晶格常數(shù)保持不變，晶界擴(kuò)散，導(dǎo)致銅箔內(nèi)部微裂隙的產(chǎn)生。隨著充電的進(jìn)行，銅箔內(nèi)部的微裂隙逐漸增大，并可能連通在一起，使 銅箔22能夠承受應(yīng)力的有效截面積大大減小,這樣銅箔能夠承受的應(yīng)力隨之迅速減小,最終導(dǎo)致銅箔22的斷裂。我們還研究了銅箔22破裂過(guò)程中A面和B面的斷裂情況(通過(guò)觀察A面和B面的掃描電子顯微鏡照片進(jìn)行研究)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，銅箔22的B面(即卷繞后的外側(cè)面)能看到明顯的裂紋，而A面(即卷繞后的內(nèi)側(cè)面)沒(méi)有出現(xiàn)裂紋。通過(guò)上述分析，明確了現(xiàn)有圓柱形鋰離子電池的電芯中負(fù)極片20易斷裂的主要原因是應(yīng)力集中在絕緣膠18收尾處相對(duì)應(yīng)的銅箔上。針對(duì)這一原因，本實(shí)用新型旨在提供一種能夠解決使用過(guò)程中負(fù)極片斷裂問(wèn)題的圓柱形鋰離子電池用電芯。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種在電池使用過(guò)程中負(fù)極極片不易發(fā)生斷裂的圓柱形鋰離子電池用電芯，以提高電池的可靠性。為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種圓柱形鋰離子電池用電芯，包括相互卷繞的負(fù)極片、正極片，以及位于所述負(fù)極片和正極片之間的隔膜，所述正極片包括正極集流體和涂覆在所述正極集流體一面的正極膜片A和涂覆在所述正極集流體另一面的正極膜片B，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體和涂覆在所述負(fù)極集流體一面的負(fù)極膜片A和涂覆在所述負(fù)極集流體另一面的負(fù)極膜片B，所述正極片和負(fù)極片上均固定連接有極耳，所述負(fù)極膜片A和負(fù)極膜片B的長(zhǎng)度相等，且二者為齊頭涂布；所述正極膜片A和正極膜片B的頭部平齊，長(zhǎng)度不相等，且二者的長(zhǎng)度差大于等于卷繞后最外圈膜片的周長(zhǎng)，所述負(fù)極片的極耳固定于負(fù)極片尾部的空白集流體上，負(fù)極極耳的位置與所述負(fù)極膜片A或負(fù)極膜片B尾部之間的距離為2 5_。負(fù)極膜片A和負(fù)極膜片B的長(zhǎng)度相等，消除了第一種和第二種情況導(dǎo)致的負(fù)極片斷裂，而負(fù)極極耳的位置改變，也就是負(fù)極極耳離負(fù)極膜片的距離較近，較大程度上減少了銅箔易斷裂處的應(yīng)力集中效應(yīng)區(qū)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型通過(guò)改變負(fù)極極耳的位置和正負(fù)極極片的涂布方式，減少了銅箔易斷裂處的應(yīng)力集中效應(yīng)，顯著降低了銅箔易斷裂處的應(yīng)變力，使得電池在充電和使用過(guò)程中作為負(fù)極集流體的銅箔幾乎不受到電池拉伸應(yīng)力和剪切應(yīng)力的共同作用，銅箔的晶界不被破壞，從而保證了電池使用過(guò)程中正常的電壓和電流的輸出，提高了電池的可靠性。作為本實(shí)用新型圓柱型鋰離子電池用電芯的一種改進(jìn)，負(fù)極極耳的位置與所述負(fù)極膜片A或負(fù)極膜片B尾部之間的距離為2 3mm。作為本實(shí)用新型圓柱型鋰離子電池用電芯的一種改進(jìn)，所述負(fù)極片的極耳上貼有絕緣膠，以防內(nèi)短路的出現(xiàn)。作為本實(shí)用新型圓柱型鋰離子電池用電芯的一種改進(jìn)，所述負(fù)極片的極耳對(duì)應(yīng)的負(fù)極集流體背面上貼有絕緣膠。作為本實(shí)用新型圓柱型鋰離子電池用電芯的一種改進(jìn)，所述絕緣膠的長(zhǎng)度比負(fù)極極耳的寬度長(zhǎng)至少2_，防止內(nèi)短路。 作為本實(shí)用新型圓柱型鋰離子電池用電芯的一種改進(jìn)，所述正極膜片A和正極膜片B的頭部和尾部均貼有絕緣膠，以防止空白正極集流體和負(fù)極膜片或負(fù)極集流體接觸導(dǎo)致的內(nèi)短路。作為本實(shí)用新型圓柱型鋰離子電池用電芯的一種改進(jìn)，所述正極膜片A和正極膜片B尾部的絕緣膠長(zhǎng)度比極耳上貼有的絕緣膠長(zhǎng)至少2mm。作為本實(shí)用新型圓柱型鋰離子電池用電芯的一種改進(jìn)，所述負(fù)極集流體為銅箔，所述正極集流體為鋁箔。作為本實(shí)用新型圓柱型鋰離子電池用電芯的一種改進(jìn)，所述銅箔的延伸率小于2%，因?yàn)槿翥~箔的延伸率太大，在電芯卷繞時(shí)，容易因?yàn)橥饬抖由?，到了電池進(jìn)行充放電時(shí)，為了釋放應(yīng)力，銅箔會(huì)縮短，可能導(dǎo)致內(nèi)短路。作為本實(shí)用新型圓柱型鋰離子電池用電芯的一種改進(jìn)，電芯最外圈銅箔的長(zhǎng)度大于最外圈鋁箔的長(zhǎng)度，也就是位于最外圈的是負(fù)極片。
以下結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型及其有益技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖I為現(xiàn)有技術(shù)中圓柱形鋰離子電池正極片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中圓柱形鋰離子電池負(fù)極片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的圓柱形鋰離子電池的正極片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的圓柱形鋰離子電池的負(fù)極片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型圓柱形鋰離子電池用電芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖3、4和5所示，本實(shí)用新型一種圓柱形鋰離子電池用電芯，包括相互卷繞的負(fù)極片70、正極片60，以及位于所述負(fù)極片70和正極片60之間的隔膜80，所述正極片60包括正極集流體62和涂覆在所述正極集流體62 —面的正極膜片A 64和涂覆在所述正極集流體另一面的正極膜片B 65，正極膜片A 64和正極膜片B65中的正極活性物質(zhì)可以是LiCo02、LiMn2O4, LiNiCoMnO2及他們經(jīng)過(guò)體相摻雜和表面修飾改型的化合物、LiFePO4和LiMnPO4等正極活性物質(zhì)中的一種或者多種。所述負(fù)極片70包括負(fù)極集流體72和涂覆在所述負(fù)極集流體72 —面的負(fù)極膜片A 74和涂覆在所述負(fù)極集流體72另一面的負(fù)極膜片B 75，負(fù)極活性物質(zhì)可以是石墨、碳纖維、硬碳和硅碳合金中的一種或者多種。所述正極片60和負(fù)極片70上均固定連接有極耳，即正極片60上的正極膜片A的起頭端焊接有正極極耳66，正極極耳66上貼有絕緣膠68，并且正極極耳66相對(duì)應(yīng)的正極集流體62的背面貼有絕緣膠68 ;負(fù)極片70上固定連接有負(fù)極極耳76，負(fù)極極耳76可以焊接在負(fù)極集流體72的任一面；所述負(fù)極膜片A 74和負(fù)極膜片B 75的長(zhǎng)度相等，且二者為齊頭涂布；所述正極膜片A 64和正極膜片B 65的頭部平齊，長(zhǎng)度不相等(正極膜片A 64的長(zhǎng)度大于正極膜片B65)，且二者的長(zhǎng)度差大于等于卷繞后最外圈膜片的周長(zhǎng)，所述負(fù)極片70的負(fù)極極耳76固定于負(fù)極片70尾部的空白集流體上，負(fù)極極耳76的位置與所述負(fù)極膜片A 74或負(fù)極膜片B 75尾部之間的距離為2 5mm,優(yōu)選為2 3mm。所述負(fù)極片70的負(fù)極極耳76上或負(fù)極極耳76對(duì)應(yīng)的負(fù)極集流體72背面上貼有絕緣膠78。絕緣膠78的起始粘貼位置為負(fù)極膜片A 64或負(fù)極膜片B 65上距負(fù)極膜片A64或負(fù)極膜片B 65尾部Omm 2mm的位置，并且絕緣膠78的長(zhǎng)度比負(fù)極極耳76的寬度志超需要超過(guò)2mm以上。所述正極膜片A 64和正極膜片B 65的頭部和尾部均貼有絕緣膠68。正極膜片A64和正極膜片B 65的頭端和尾端所貼的絕緣膠68蓋住膜片部分的長(zhǎng)度為0. 5mm 2mm為且。所述正極膜片A 64尾部和正極膜片B 65尾部的絕緣膠68長(zhǎng)度比正極極耳66上貼有的絕緣膠68長(zhǎng)至少2mm。所述負(fù)極集流體72為銅箔，所述正極集流體62為鋁箔，所述銅箔的延伸率小于2%，且電芯最外圈銅箔的長(zhǎng)度大于最外圈鋁箔的長(zhǎng)度。在生產(chǎn)電池時(shí)，將貼有絕緣膠68的正極片60、負(fù)極片70和隔膜80按照正極片60、隔膜80和負(fù)極片70的順序間隔疊加后，卷繞成圓柱形鋰離子電芯。卷繞好的電芯如圖5 所示，其中，最外圈銅箔的長(zhǎng)度超過(guò)最外圈鋁箔的長(zhǎng)度，其長(zhǎng)度差在2mm以上，以2mm IOmm為宜。負(fù)極膜片A 74和負(fù)極膜片B 75尾端的絕緣膠78的長(zhǎng)度小于正極膜片A 64和正極膜片B 65尾端的絕緣膠68的長(zhǎng)度，其長(zhǎng)度差在2mm以上，以2mm IOmm為宜，并且正極膜A 64尾端的絕緣膠68的長(zhǎng)度要大于正極膜片B 65尾端的絕緣膠68的長(zhǎng)度，其長(zhǎng)度差在2mm以上，以2mm IOmm為宜。以上的實(shí)施方式是將負(fù)極極耳76焊接在負(fù)極膜片A 74所在面，絕緣膠78貼在負(fù)極膜片B 75所在面，當(dāng)然也可以將負(fù)極極耳76焊接在負(fù)極膜片B 75所在面，絕緣膠78貼在負(fù)極膜片A 74所在面，或者負(fù)極極耳76與絕緣膠78在負(fù)極膜片A 74和負(fù)極膜片B 75的同一面。為了驗(yàn)證改進(jìn)效果，按照以上改進(jìn)后的設(shè)計(jì)制作了 300個(gè)圓柱形18650電池，經(jīng)過(guò)300次充放電循環(huán)后，拆解電池，結(jié)果并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電芯負(fù)極片70斷裂的現(xiàn)象，由此證明了本實(shí)用新型確實(shí)有效的解決了負(fù)極片70斷裂的問(wèn)題。綜上所述，本實(shí)用新型通過(guò)改變負(fù)極極耳76的位置以及正負(fù)極膜片的涂覆方式，減少了銅箔易斷裂處的應(yīng)力集中效應(yīng)，顯著降低了銅箔易斷裂處的應(yīng)變力，使得電池在充電和使用過(guò)程中銅箔幾乎不受到電池拉伸應(yīng)力和剪切應(yīng)力的共同作用，銅箔的晶界不被破壞，從而保證了電池使用過(guò)程中正常的電壓和電流的輸出，提高了電池的可靠性。需要說(shuō)明的是，根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)的揭示和闡述，本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本實(shí)用新型并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型的一些等同修改和變更也應(yīng)當(dāng)在本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說(shuō)明書(shū)中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求1.一種圓柱形鋰離子電池用電芯，包括相互卷繞的負(fù)極片、正極片，以及位于所述負(fù)極片和正極片之間的隔膜，所述正極片包括正極集流體和涂覆在所述正極集流體一面的正極膜片A和涂覆在所述正極集流體另一面的正極膜片B，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體和涂覆在所述負(fù)極集流體一面的負(fù)極膜片A和涂覆在所述負(fù)極集流體另一面的負(fù)極膜片B，所述正極片和負(fù)極片上均固定連接有極耳，其特征在于所述負(fù)極膜片A和負(fù)極膜片B的長(zhǎng)度相等，且二者為齊頭涂布；所述正極膜片A和正極膜片B的頭部平齊，長(zhǎng)度不相等，且二者的長(zhǎng)度差大于等于卷繞后最外圈膜片的周長(zhǎng)，所述負(fù)極片的極耳固定于負(fù)極片尾部的空白集流體上，負(fù)極極耳的位置與所述負(fù)極膜片A或負(fù)極膜片B尾部之間的距離為2 5mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圓柱形鋰離子電池用電芯，其特征在于負(fù)極極耳的位置與所述負(fù)極膜片A或負(fù)極膜片B尾部之間的距離為2 3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圓柱形鋰離子電池用電芯，其特征在于所述負(fù)極片的極耳上貼有絕緣膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圓柱形鋰離子電池用電芯，其特征在于所述負(fù)極片的極耳 對(duì)應(yīng)的負(fù)極集流體背面上貼有絕緣膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的圓柱形鋰離子電池用電芯，其特征在于所述絕緣膠的長(zhǎng)度比負(fù)極極耳的寬度長(zhǎng)至少2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的圓柱形鋰離子電池用電芯，其特征在于所述正極膜片A和正極膜片B的頭部和尾部均貼有絕緣膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓柱形鋰離子電池用電芯，其特征在于所述正極膜片A和正極膜片B尾部的絕緣膠長(zhǎng)度比極耳上貼有的絕緣膠長(zhǎng)度長(zhǎng)至少2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圓柱形鋰離子電池用電芯，其特征在于所述負(fù)極集流體為銅箔，所述正極集流體為鋁箔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圓柱形鋰離子電池用電芯，其特征在于所述銅箔的延伸率小于2%。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圓柱形鋰離子電池用電芯，其特征在于電芯最外圈銅箔的長(zhǎng)度大于最外圈鋁箔的長(zhǎng)度。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種圓柱形鋰離子電池用電芯，包括相互卷繞的負(fù)極片、正極片，以及位于所述負(fù)極片和正極片之間的隔膜，所述正極片和負(fù)極片上均固定連接有極耳，所述負(fù)極膜片A和負(fù)極膜片B的長(zhǎng)度相等，且二者為齊頭涂布；所述正極膜片A和正極膜片B的頭部平齊，且二者的長(zhǎng)度差大于等于卷繞后最外圈膜片的周長(zhǎng)，所述負(fù)極極耳的位置與所述負(fù)極膜片A或負(fù)極膜片B尾部之間的距離為2～5mm。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型通過(guò)改變負(fù)極極耳的位置和正負(fù)極極片的涂布方式，減少了銅箔易斷裂處的應(yīng)力集中效應(yīng)，顯著降低了銅箔易斷裂處的應(yīng)變力，使得銅箔的晶界不被破壞，從而保證了電池使用過(guò)程中正常的電壓和電流的輸出。
文檔編號(hào)H01M2/26GK202495507SQ20122004498
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者李厚萍, 齊巍 申請(qǐng)人:東莞新能源科技有限公司