CN102227031A - 一种具有高倍率放电特性的锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高倍率放电特性的锂离子电池，包括壳体和位于壳体内的电芯，电芯由正极极片、负极极片、隔膜卷绕而成；正极极片上设有正极极耳，负极极片上设有负极极耳，所述正极极耳的数量为三个或以上，每个正极极耳分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，每个正极极耳的外露长度不同；所述负极极耳的数量与正极极耳相同，每个负极极耳分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，每个负极极耳的外露长度不同；所述负极极片将正极极片完全包住。优点是：其电芯适用于卷绕结构的方型和圆柱型锂离子二次电池低内阻、高倍率放电要求；设计工艺简单，易批量生产；极耳的增加或减少可随着电池的结构的大小、尺寸大小及放电电流大小的要求而进行改变。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子二次电池，尤其是一种具有高倍率放电特性的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有自放电率低、循环性能好的优良特性，近年来得到迅速的发展和应用。许多电动工具和电池配套设备厂家对锂离子二次电池的要求不断提高，如锂电池充电式电钻、起子机、电动螺丝刀等需要瞬间启动，故需对设备提供较大电流。随着石油、汽油等不可再生能源的逐渐减少并面临枯竭的境地，故需要一种更加清洁，可再生的能源替代，随着锂离子二次电池在电动自行车行业的实用，并逐渐成熟，电动出租车、电动大巴、混合动力车也小批量的在使用，而这些电动交通工具在启动、爬坡、加速时也需要瞬间能提供大电流放电。
现有传统锂离子二次电池的电极片设计只有单个正极极耳和单个负极极耳，这种结构的电池在小倍率或倍率不是很高的放电情况下，电池的内阻对电池能量密度影响不是很明显，但是在高倍率放电时极化现象严重，由于极化引起的压降使电池电压低到电池极限电压下限时，会降低电池的能量释放，若内阻过大时，在大倍率放电时会导致电池温度过高来不及散热而损坏电池内部结构和降低电池的电性能和安全性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有高倍率放电特性的锂离子电池，是一种具有低内阻、高倍率放电特性的锂离子二次电池。
按照本发明提供的技术方案，一种具有高倍率放电特性的锂离子电池包括壳体和位于壳体内的电芯，所述电芯由正极极片、负极极片、隔膜卷绕而成；所述正极极片上设有正极极耳，所述负极极片上设有负极极耳，所述正极极耳的数量为三个以上，每个正极极耳分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，每个正极极耳的外露长度不同；所述负极极耳的数量与正极极耳相同，每个负极极耳分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，每个负极极耳的外露长度不同；所述负极极片将正极极片完全包住。
作为优选，所述负极极片片的宽度减正极极片的宽度≥0.5mm。所述正极极耳包括第一正极极耳、第二正极极耳和第三正极极耳，所述第一正极极耳、第二正极极耳和第三正极极耳分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，第一正极极耳、第二正极极耳、第三正极极耳的外露长度不同；所述负极极耳包括第一负极极耳、第二负极极耳和第三负极极耳，所述第一负极极耳、第二负极极耳和第三负极极耳分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，第一负极极耳、第二负极极耳、第三负极极耳的外露长度不同。
本发明的优点是：本发明的电芯适用于卷绕结构的方型和圆柱型锂离子二次电池低内阻、高倍率放电要求的电池设计；其设计工艺简单，操作简便，容易批量生产；极耳的增加或减少可随着电池的结构的大小、尺寸大小及放电电流大小的要求而进行改变。
附图说明
图1是本发明电池负极极片设计结构图。
图2是本发明电池正极极片设计结构图。
图3是本发明的电芯结构图。
图4是本发明实施例与比较例循环曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
锂离子电池主要由正极片、负极片、非水电解液、隔膜和外壳组成。在极芯套入电池壳里，注入电解液并套好密封完成，然后将电池化成分容。
本发明所述锂离子电池包括壳体和位于壳体内的电芯，所述电芯由正极极片、负极极片、隔膜卷绕而成；如图3所示，所述正极极片上设有正极极耳，所述负极极片上设有负极极耳，所述正极极耳包括第一正极极耳1、第二正极极耳2和第三正极极耳3，所述第一正极极耳1、第二正极极耳2和第三正极极耳3分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，3个正极极耳的外露长度不同，如第三正极极耳的外露长度＝第二正极极耳的外露长度+2mm＝第一正极极耳的外露长度+4mm。所述负极极耳包括第一负极极耳4、第二负极极耳5和第三负极极耳6，所述第一负极极耳4、第二负极极耳5和第三负极极耳6分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，3个负极极耳的外露长度不同，如第三负极极耳的外露长度＝第二负极极耳的外露长度+2mm＝第一负极极耳的外露长度+4mm；所述负极极片将正极极片完全包住。
该电池的电极片的设计三个或三个以上的正极极耳和负极极耳，并进行有效的分布和对位，采用这种方法制作出来的锂离子二次电池，会使内阻明显的降低，并且电流密度分布均匀，高倍率放电性能将明显提升，可以满足高倍率放电设备的要求，如电动工具、电动汽车、混合动力汽车等。
如图1，2所示，本发明的多极耳设计包括：第一正极极耳1、第二正极极耳2、第三正极极耳3，负极极耳与正极类同，包括第一负极极耳4、第二负极极耳5和第三负极极耳6。图1中X、Y、Z表示负极极耳的外露长度，Z＝Y+2＝X+4，L＝A1+A2+B+C+3d，d为涂布时预留的空白，以便焊接使用，d的尺寸为2mm～25mm，W为负极片的宽度，W值依据电池的总体高度而进行设计。
图2中P、Q、F表示正极极耳的外露长度，F＝Q+2＝F+4，L1＝D1+D2+E+F+3k，k为涂布时预留的空白，以便焊接使用，k的尺寸为2mm～25mm，W2为正极片的宽度，W2值依据电池的总体高度而进行设计。W-W2≥0.5mm。
第一负极极耳4、第二负极极耳5和第三负极极耳6为镍片，镀镍铜片、铜片、铜镍复合片、多层铜箔焊接或铆接在一起制作的引出片，第一正极极耳1、第二正极极耳2、第三正极极耳3为铝片，多层铝箔焊接或铆接在一起制作的引出片。
上述极片是按以下方式卷绕的：首先将负极极片先卷绕卷针内，首卷长度在0.5～2.5圈，A2段对应D2段位置，B段对应F段，C段对应E段，A1段对应D1段。卷绕完毕后，用终止胶带将电芯粘牢，进入下一道工序。正极极耳的焊接位置按照上述设计的对位位置进行分布，分布的原则按照电流的输出密度要求进行，负极的设计方法与正极一致。
所述的正极极片材质为铝箔或铝网，负极极片材质为铜箔或铜网。
制作工艺为：将规定量的PVDF(聚偏氟乙烯)，投入到NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，启动打浆机，并按一定的速率将PVDF完全溶解于NMP中，将磷酸铁锂材料加入该溶液中，充分混合制成浆料，其组成为LiFePO4∶PVDF∶乙炔黑∶Super-P(超级炭黑)＝91∶4∶3∶2。再将该浆料以间歇涂布的方法均匀地涂布在18μm的铝箔上，于100℃下干燥。辊压后得到厚度为100μm的正极片，在如图2中k的位置焊接5*0.15铝极耳。
将规定量的PVDF(聚偏氟乙烯)，投入到纯水中，启动打浆机，并按一定的速率将PVDF完全溶解于纯水中，将MCMB(中间相碳微球)加入该溶液中，充分混合制成浆料，其组成为MCMB∶PVDF∶VGCF(纳米超长碳纤维)＝95∶4∶1。再将该浆料以间歇涂布的方法均匀地涂布在12μm的铜箔上，于100℃下干燥。辊压后得到厚度为90μm的负极片，在如图1中d的位置焊接4*0.10铜极耳。
将上述正、负极片卷绕成锂离子电池的电芯，并套入外壳中，点焊，电解液注入电池壳中制得型号为IFR26650的锂离子二次电池。
本发明的比较例使用与本实施方式类似的工艺制备电池，但是没有三个极耳，而是在三个极耳的任意一极耳位置进行单极耳焊接工艺制得IFR26650锂离子电池。
以下为实施例及比较例电池循环性能测试及相关数据比较。
一、循环性能测试。
采用上述三极耳和单极耳制作出的电池化成并分容后，对实施例及比较例电池按如下步骤进行容量测试，：
(1)在22℃环境下，以1C恒流恒压充电，要求上限电压为3.9V，截止电流0.05C，搁置5分钟；
(2)以20C恒流放电至2.0V，搁置5分钟；
(3)重复以上步骤500次，测得实施例及比较例的容量维持率如表所示。
上述实施例中，电池500次循环后，容量维持率为98.7％；对比例中，电池370次循环后，容量维持率只有84.5％左右，如图4所示为改进前后电池循环寿命比较，a为单极耳4A放电循环曲线，b为三极耳4A放电循环曲线。
二、循环测试内阻性能。
使用内阻测试仪准确测量实施例及比较例电池内阻值，在22℃环境下，电池循环500次，再次准确测量电池内阻值，测试结果如表所示。
总之，与现有锂离子电池技术相比，本发明具有如下优点：
1、多极耳后，放电的电流密度将增大，放电电流分布均匀，特别适合大电流放电；
2、通过改善多极耳而对极化影响低的效果，从而改善电池的循环性能、大电流放电性能和安全性能等；
3、引导了电流的方向，在单位有效面积的极片上，多极耳设计缩短了电流的流动距离，进一步提高了输出功率；
4、该电池在发生短路的情况后，仍可继续使用，电池的额定容量变化不大。
本发明实施例与比较例电池循环前后数据表。
Claims (3)
1.一种具有高倍率放电特性的锂离子电池，包括壳体和位于壳体内的电芯，所述电芯由正极极片、负极极片、隔膜卷绕而成；所述正极极片上设有正极极耳，所述负极极片上设有负极极耳，其特征是：所述正极极耳的数量为三个以上，每个正极极耳分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，每个正极极耳的外露长度不同；所述负极极耳的数量与正极极耳相同，每个负极极耳分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，每个负极极耳的外露长度不同；所述负极极片将正极极片完全包住。
2.如权利要求1所述一种具有高倍率放电特性的锂离子电池，其特征是所述负极极片的宽度减正极极片的宽度≥0.5mm。
3.如权利要求1所述一种具有高倍率放电特性的锂离子电池，其特征是所述正极极耳包括第一正极极耳、第二正极极耳和第三正极极耳，所述第一正极极耳、第二正极极耳和第三正极极耳分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，第一正极极耳、第二正极极耳、第三正极极耳的外露长度不同；所述负极极耳包括第一负极极耳、第二负极极耳和第三负极极耳，所述第一负极极耳、第二负极极耳和第三负极极耳分别由一个或多个极耳重叠焊接而成，第一负极极耳、第二负极极耳、第三负极极耳的外露长度不同。
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