鋰離子二次電池及其極片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種鋰離子二次電池極片，其包括集流體、涂布于集流體兩面的膜片，以及與集流體電連接的極耳，集流體上設(shè)有未涂布膜片的空白區(qū)域，空白區(qū)域上固定有至少一個(gè)與集流體電連接的導(dǎo)電片，導(dǎo)電片與固定處的集流體平面平行。此外，本實(shí)用新型還公開了一種使用上述結(jié)構(gòu)極片為正極片或負(fù)極片的鋰離子二次電池。本實(shí)用新型鋰離子二次電池極片在極片集流體的空白區(qū)域上電連接導(dǎo)電片，使電池在受到擠壓或?yàn)E用時(shí)，導(dǎo)電片刺破隔離膜而將正負(fù)極集流體的空白區(qū)域?qū)?，通過這種安全的正負(fù)極內(nèi)部短路快速釋放電池電量，從而避免了著火爆炸等安全事故的發(fā)生，有效地改善了電池的抗擠壓安全性。
【專利說明】鋰離子二次電池及其極片【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鋰離子二次電池，尤其是一種安全性較高的鋰離子二次電池及其極片。
【背景技術(shù)】
[0002]相比于其他類型的電池，鋰離子二次電池有著能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因此已經(jīng)成功商品化，并廣泛應(yīng)用在各種便攜式電器和動(dòng)力電源上。面對(duì)市場(chǎng)的變化和發(fā)展，鋰離子二次電池對(duì)能量密度的要求已經(jīng)越來越高，同時(shí)，其發(fā)展方向如高電壓、薄隔離膜、大容量等等，也使電池固有存在的安全問題變得更為嚴(yán)峻。例如，UL1642認(rèn)證要求鋰離子電芯必須通過側(cè)面擠壓測(cè)試，具體操作為使?jié)M充電芯的側(cè)面承受13KN的力擠壓，要求電芯最后不起火不爆炸。
[0003]通常，鋰離子電芯存在失效風(fēng)險(xiǎn)的原因在于，擠壓過程會(huì)導(dǎo)致電芯內(nèi)部極片的錯(cuò)舌L、破碎，使得陰極鋁箔碰到陽極石墨而導(dǎo)致起火。由于目前關(guān)于電池受擠壓時(shí)的安全改善，并沒有非常有效的辦法，因此鋰離子電池日益增長(zhǎng)的能量密度和越發(fā)廣泛的應(yīng)用，讓這一安全問題變得更為醒目和重要。
[0004]有鑒于此，確有必要提供一種安全性較高的鋰離子二次電池極片及使用該極片的鋰離子二次電池。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于:提供一種安全性較高的鋰離子二次電池極片及使用該極片的鋰離子二次電池，以解決鋰離子二次電池安全性不足的問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種鋰離子二次電池極片，其包括集流體、涂布于集流體兩面的膜片和與集流體電連接的極耳，所述集流體上設(shè)有未涂布膜片的空白區(qū)域，空白區(qū)域上固定有至少一個(gè)與集流體電連接的導(dǎo)電片，導(dǎo)電片與固定處的集流體平面平行。
[0007]作為本實(shí)用新型鋰離子二次電池極片的一種改進(jìn)，所述導(dǎo)電片具有至少一個(gè)棱角或尖刺，棱角或尖刺的延伸方向與導(dǎo)電片固定處的集流體平面平行。
[0008]作為本實(shí)用新型鋰離子二次電池極片的一種改進(jìn)，所述空白區(qū)域位于極片的頭部或尾部或頭尾兩部；導(dǎo)電片為一個(gè)或多個(gè)，分別安裝在極片頭部或尾部或頭尾兩部的空白區(qū)域上。
[0009]作為本實(shí)用新型鋰離子二次電池極片的一種改進(jìn)，所述極片為正極片或負(fù)極片。
[0010]作為本實(shí)用新型鋰離子二次電池極片的一種改進(jìn)，所述導(dǎo)電片為三角形、四邊形、多邊形或不規(guī)則形狀，導(dǎo)電片為鋼片、銅片、鎳片或鋁片。
[0011]作為本實(shí)用新型鋰離子二次電池極片的一種改進(jìn)，所述導(dǎo)電片的厚度為0.006~
0.5mm,周長(zhǎng)為 10 ~50mm。
[0012]作為本實(shí)用新型鋰離子二次電池極片的一種改進(jìn)，所述導(dǎo)電片的厚度X與隔離膜的厚度 Y 的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:當(dāng) 0.006〈X ( 0.05mm 時(shí)，Υ=0.114Χ+0.0043 ;當(dāng) 0.05〈Χ〈0.5mm 時(shí)，Y=0.067X+0.007。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型還提供了一種鋰離子二次電池，其包括電池殼體、封裝在電池殼體內(nèi)的正極片、負(fù)極片、隔離膜及電解液，正極片包括正極集流體和涂布在正極集流體上的正極膜片，負(fù)極片包括負(fù)極集流體和涂布在負(fù)極集流體上的負(fù)極膜片，正負(fù)極集流體上分別設(shè)有未涂布膜片的空白區(qū)域，隔離膜間隔在相鄰的正極片和負(fù)極片之間；所述正極片或負(fù)極片為上述任一段落所述的鋰離子二次電池極片，其導(dǎo)電片面對(duì)另一極片的空白區(qū)域，并通過隔離膜與另一極片的空白區(qū)域隔離。
[0014]作為本實(shí)用新型鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述正極片、負(fù)極片和隔離膜彼此疊加后卷繞而形成裸電芯，；導(dǎo)電片設(shè)置在正極集流體頭部空白區(qū)域的卷繞內(nèi)側(cè)，其兩面分別對(duì)應(yīng)正極集流體和隔離膜。
[0015]作為本實(shí)用新型鋰離子二次電池的一種改進(jìn)，所述正極集流體為鋁箔，負(fù)極集流體為銅箔。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型鋰離子二次電池極片在極片集流體的空白區(qū)域上電連接導(dǎo)電片，使電池在受到擠壓或?yàn)E用時(shí)，導(dǎo)電片刺破隔離膜而將正負(fù)極集流體的空白區(qū)域?qū)?，通過這種安全的正負(fù)極內(nèi)部短路快速釋放電池電量，從而避免了著火爆炸等安全事故的發(fā)生，有效地改善了電池的抗擠壓安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型鋰離子二次電池、極片及其有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明，附圖中:
[0018]圖1為本實(shí)用新型鋰離子二次電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型鋰離子二次電池正極片的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本實(shí)用新型鋰離子二次電池正極片的卷繞起始端的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4為本實(shí)用新型鋰離子二次電池裸電芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5為本實(shí)用新型鋰離子二次電池裸電芯的受擠壓后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其有益技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是為了解釋本實(shí)用新型，并非為了限定本實(shí)用新型。
[0024]請(qǐng)參閱圖1至圖4，本實(shí)用新型鋰離子二次電池包括電池殼體10、封裝在電池殼體10內(nèi)的正極片20、負(fù)極片30、隔離膜40及電解液。
[0025]正極片20包括正極集流體22、涂布在正極集流體22上的正極膜片24和焊接在正極集流體22上的正極極耳25。正極集流體22的頭部、尾部或頭尾兩部設(shè)有未涂布正極膜片24的空白區(qū)域26。正極集流體22為鋁箔或其他可用材質(zhì)。
[0026]負(fù)極片30包括負(fù)極集流體、涂布在負(fù)極集流體上的負(fù)極膜片和焊接在負(fù)極集流體上的負(fù)極極耳35。負(fù)極集流體的頭部、尾部或頭尾兩部設(shè)有未涂布負(fù)極膜片的空白區(qū)域。負(fù)極集流體為銅箔或其他可用材質(zhì)。[0027]隔離膜40為PP、PE類多孔聚合物材質(zhì)。
[0028]請(qǐng)參閱圖4，正極片20、負(fù)極片30和隔離膜40彼此疊加后卷繞而形成裸電芯，其中，隔離膜40間隔在相鄰的正極片20和負(fù)極片30之間。
[0029]為了提高電池的安全性，本實(shí)用新型鋰離子二次電池還在正極片20頭部的空白區(qū)域26上焊接有導(dǎo)電片60，導(dǎo)電片60以與正極集流體22表面平行的方式焊接在正極片20頭部空白區(qū)域26的卷繞內(nèi)側(cè)。在卷繞好的電芯中，導(dǎo)電片60面對(duì)負(fù)極片30的空白區(qū)域，并通過隔離膜40與負(fù)極片30的空白區(qū)域隔離。導(dǎo)電片60的厚度優(yōu)選為0.006?0.5mm,大小則以周長(zhǎng)在10?50mm之間為宜。
[0030]請(qǐng)參閱圖5，當(dāng)本實(shí)用新型鋰離子二次電池受到側(cè)面擠壓、碰撞或折疊時(shí)，電池中的正極片20和負(fù)極片30會(huì)發(fā)生部分變形，此時(shí)導(dǎo)電片60會(huì)因?yàn)閼?yīng)力作用而發(fā)生彎曲變形甚至斷裂；因?yàn)楦綦x膜40的強(qiáng)度不大，所以導(dǎo)電片60的棱角或斷裂處會(huì)撕碎和穿透隔離膜40而直接與相鄰負(fù)極片30的集流體空白區(qū)域接觸，形成安全的銅箔對(duì)鋁箔短路模式；銅箔對(duì)鋁箔的短路具有內(nèi)阻大、發(fā)熱少的特點(diǎn)，其產(chǎn)生的局部溫升遠(yuǎn)低于電解液和極片的著火點(diǎn)，因此不僅能夠在第一時(shí)間將電池電量按照這種最為安全的方式消耗完，而且能夠有效避免著火、爆炸等事故的發(fā)生?？梢姡緦?shí)用新型鋰離子電池設(shè)置在集流體空白區(qū)域處的導(dǎo)電片60能夠明顯改善電池的安全性能，使得電池在濫用破壞下，依舊能夠安全放電完畢，而不至于發(fā)生高電量下鋁箔對(duì)石墨這種危險(xiǎn)短路或其他危險(xiǎn)的情形，也就避免了電池因熱失控而造成安全風(fēng)險(xiǎn)。
[0031]雖然圖示實(shí)施方式中的導(dǎo)電片60為設(shè)于正極片20頭部空白區(qū)域26的三角形導(dǎo)電片，但在其他不同實(shí)施方式中:導(dǎo)電片60也可以設(shè)置在正極片20尾部的空白區(qū)域26，或設(shè)置在負(fù)極片30的頭部或尾部的空白區(qū)域，或同時(shí)設(shè)置在不同極片20、30的不同空白區(qū)域26上；導(dǎo)電片60的形狀可以為任何規(guī)則或不規(guī)則形狀，包括但不限于三角形、四邊形、多邊形、圓形等，但優(yōu)選為帶棱角或尖刺的形狀，安裝后的導(dǎo)電片60上的棱角或尖刺延伸方向與導(dǎo)電片60固定處的集流體22表面平行；導(dǎo)電片60可以是鋼片、銅片、鎳片、鋁片或其他類型的金屬片。
[0032]另外，每一電池可以在正極片20和/或負(fù)極片30上設(shè)置多個(gè)導(dǎo)電片60，這樣既能夠增大電池受擠壓時(shí)形成安全內(nèi)短路的概率，也有一定可能造成多點(diǎn)內(nèi)短路，從而使被擠壓濫用中的電池能夠更快速地將電量放出，大幅度地提高電池的安全性。
[0033]為了保證在電池受到擠壓或?yàn)E用時(shí)，導(dǎo)電片60剛好能夠刺穿隔離膜40而造成正負(fù)極集流體內(nèi)短路，導(dǎo)電片60的厚度X與隔離膜40的厚度Y存在以下對(duì)應(yīng)關(guān)系:當(dāng)
0.006〈X ( 0.05mm 時(shí)，Y=0.114X+0.0043 ;當(dāng) 0.05〈X〈0.5mm 時(shí)，Y=0.067X+0.007。
[0034]為檢驗(yàn)本實(shí)用新型鋰離子二次電池的安全性能，選取軟包電池505070 (指厚5mm、長(zhǎng)70mm、寬50mm的電池)作為評(píng)估對(duì)象，評(píng)估方法為組裝本實(shí)用新型所描述的帶導(dǎo)電片60的鋰離子二次電芯作為實(shí)施例，并利用相同材料體系和工序手段組裝不帶導(dǎo)電片60的傳統(tǒng)電芯作為對(duì)比例，之后隨機(jī)選取合格電芯進(jìn)行擠壓和撞擊測(cè)試，統(tǒng)計(jì)失效燃燒比例，測(cè)試結(jié)果如表I所示。
[0035]表1、實(shí)施例和對(duì)比例電芯安全性測(cè)試結(jié)果
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子二次電池極片，包括集流體、涂布于集流體兩面的膜片和與集流體電連接的極耳，其特征在于:所述集流體上設(shè)有未涂布膜片的空白區(qū)域，空白區(qū)域上固定有至少一個(gè)與集流體電連接的導(dǎo)電片，導(dǎo)電片與固定處的集流體平面平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池極片，其特征在于:所述導(dǎo)電片具有至少一個(gè)棱角或尖刺，棱角或尖刺的延伸方向與導(dǎo)電片固定處的集流體平面平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池極片，其特征在于:所述空白區(qū)域位于極片的頭部或尾部或頭尾兩部；導(dǎo)電片為一個(gè)或多個(gè)，分別安裝在極片頭部或尾部或頭尾兩部的空白區(qū)域上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池極片，其特征在于:所述極片為正極片或負(fù)極片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池極片，其特征在于:所述導(dǎo)電片為三角形、四邊形或多邊形，導(dǎo)電片為鋼片、銅片、鎳片或鋁片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池極片，其特征在于:所述導(dǎo)電片的厚度為0.006 ?0.5mm,周長(zhǎng)為 10 ?50mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子二次電池極片，其特征在于:所述導(dǎo)電片的厚度X與隔離膜的厚度Y的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:當(dāng)0.006<X ( 0.05mm時(shí)，Y = 0.114X+0.0043 ;當(dāng)0.05〈X〈0.5mm 時(shí)，Y = 0.067X+0.007。
8.一種鋰離子二次電池，其包括電池殼體、封裝在電池殼體內(nèi)的正極片、負(fù)極片、隔離膜及電解液，正極片包括正極集流體和涂布在正極集流體上的正極膜片，負(fù)極片包括負(fù)極集流體和涂布在負(fù)極集流體上的負(fù)極膜片，正負(fù)極集流體上分別設(shè)有未涂布膜片的空白區(qū)域，隔離膜間隔在相鄰的正極片和負(fù)極片之間，其特征在于:所述正極片或負(fù)極片為權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的鋰離子二次電池極片，其導(dǎo)電片面對(duì)另一極片的空白區(qū)域，并通過隔離膜與另一極片的空白區(qū)域隔離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子二次電池，其特征在于:所述正極片、負(fù)極片和隔離膜彼此疊加后卷繞而形成裸電芯，；導(dǎo)電片設(shè)置在正極集流體頭部空白區(qū)域的卷繞內(nèi)側(cè)，其兩面分別對(duì)應(yīng)正極集流體和隔離膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子二次電池，其特征在于:所述正極集流體為鋁箔，負(fù)極集流體為銅箔。
【文檔編號(hào)】H01M2/34GK203787505SQ201320892947
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】肖洋, 魏強(qiáng), 李小芳, 王會(huì)勤, 明幫生, 王敦強(qiáng) 申請(qǐng)人:東莞新能源科技有限公司