CN2768215Y - 一种锂离子电池的极片及含有该极片的锂离子电池 - Google Patents

Abstract

一种电池的极片及含有该极片的锂离子电池，其中，该极片的四个角均为圆滑的曲线角。由于采用了本实用新型提供的极片，所以在将正极极片、隔膜纸和负极极片通过卷绕或叠放形成极芯时，能够防止极片的四个尖角刺破隔膜纸而发生电池短路或者微短路，基本上完全消除了由于极片尖角刺穿隔膜造成的电池内部短路，大大提高了电池的安全性。

Description

一种锂离子电池的极片及含有该极片的锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池，具体地说，涉及一种锂离子电池的极片及含有该极片的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种化学电源，指分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。现有的锂离子电池按照其形状，主要分为方形锂离子电池和圆柱形锂离子电池。方形锂离子电池主要用于手机及动力设备中作为其电源。圆柱形锂离子电池则是笔记本电脑的主要电源之一。

锂离子电池包括共同密封在电池壳体内的非水电解液、正极极片、负极极片及位于正极极片和负极极片之间的隔膜，所述正极极片、负极极片和隔膜卷绕而成或层叠而成。

现有极片(包括正极极片和负极极片)的制作方法包括在宽幅极片上涂覆一种含有正极活性物质和粘合剂，或者负极活性物质和粘合剂的浆液，干燥，辊轧并分切，其平面图如图1所示。

现有极片一个明显的缺点是包括该极片的锂离子电池短路率较高，这严重影响了电池的合格率，增加了电池总的生产成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服包括现有极片的锂离子电池短路率较高的缺点，提供一种新的极片，包括该极片的锂离子电池短路率较低。本实用新型的另一个目的是提供一种包括该极片的锂离子电池。

本实用新型的设计人对锂离子电池短路率较高的原因进行了细致的分析，发现现有极片的形状是导致锂离子电池短路率较高的一个重要原因。现有极片的制备方法包括在宽幅极片上涂覆一种含有正极活性物质和粘合剂，或者负极活性物质和粘合剂的浆液，干燥，辊轧并分切，得到极片。该制备方法已经被世界各电池生产厂使用多年，并已经实现了自动化生产线，在分切极片时，都是采用锋利的裁切刀直接进行裁切，因而，最终制成如图1所示的极片，该极片为长条形极片，其四个角都为直角，且非常锋利。在将正极极片、负极极片和位于正极极片和负极极片之间的隔膜进行卷绕或层叠制成电芯，以及电池装配的过程中，稍有不慎，这四个锋利的直角就会刺穿隔膜，造成制得的电池短路或者微短路。研究还发现，即使在卷绕时没有隔膜被刺穿的现象，在电池的使用过程中，由于两个极片之间的隔膜总是承受两个极片的压力，也会发生隔膜被极片刺穿，导致电池短路的现象。为了解决这个问题，本实用新型提出了如下的方案。

本实用新型所提供的极片的展开形状为长条形，其中，该极片的四个角为圆滑的曲线角。

本实用新型所提供的锂离子电池包括正极极片和负极极片，其中，所述正极极片和负极极片为本实用新型提供的极片。

由于本实用新型所提供的极片的四个角为圆滑的曲线角，使得极片的四个角变得圆滑，极片与隔膜的接触由点接触变为面接触，因此，在电池的制备和使用过程中，隔膜不容易被刺穿，基本上完全消除了由于极片尖角刺穿隔膜造成的电池内部短路，大大提高了电池的安全性。。

附图说明

图1为现有极片的平面示意图。

图2为本实用新型提供的极片的平面示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型。

图2为本实用新型提供的极片的平面示意图。从中可以看出，极片四个角为圆滑的曲线角。

按照本实用新型提供的极片，所述曲线角为任意形式的曲线角，各个曲线角的曲率以及同一曲线角内的曲率可以相同也可以不同。一般来说，曲线角的曲率半径可以根据极片的宽度变化，例如可以在0.01-100L间变动，优选为(0.01-0.5)L。优选情况下，所述曲线角为圆角，圆的半径为(0.01-0.5)L，其中，L为极片的宽度。对于常规的锂离子电池来说，圆的半径的取值优选为0.01-100毫米，更优选为1-20毫米。

本实用新型提供的极片中，四个曲线角可以采用机械领域任意熟知的方法制备，如采用如成型R角切刀切出或者磨出该曲线角的方法，或者制成模具，用模具使所述极片成型的方法。

其中，正极极片的组成为本领域技术人员所公知，一般来说，正极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所公知，例如可以选自铝箔。所述正极活性材料为本领域技术人员所公知，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常规的正极活性物质，如Li_xNi_1-yCoO₂(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、Li_mMn_2-nB_nO₂(其中，B为过渡金属，0.9≤m≤1.1，0≤n≤1.0)、Li_1+aM_bMn_2-bO₄(其中，-0.1≤a≤0.2，0≤b≤1.0，M为锂、硼、镁、铝、钛、铬、铁、钴、镍、铜、锌、镓、钇、氟、碘、硫元素中的一种或几种。所述粘合剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如含氟树脂和聚烯烃化合物，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。一般来说，所述粘合剂的含量为正极活性物质的0.01-8重量％，优选为1-5重量％。所述正极活性材料还可以包括正极助剂，所述正极助剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述正极助剂可以选自导电剂(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％。

负极极片的组成为本领域技术人员所公知，一般来说，负极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所公知，例如可以选自铜箔。所述负极活性材料为本领域技术人员所公知，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规的负极活性物质，如天然石墨、人造石墨、石油焦、有机裂解碳、中间相碳微球、碳纤维、锡合金、硅合金中的一种或几种。所述粘合剂可以选自锂离子电池常规的粘合剂，如聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羟甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。一般来说，所述粘合剂的含量为负极活性物质的0.01-8重量％，优选为1-5重量％。

所述隔膜设置于正极和负极之间，它具有电绝缘性能和液体保持性能，它选自锂离子电池中所用的各种隔膜，如聚烯烃微多孔膜、聚乙烯毡、玻璃纤维毡、或超细玻璃纤维纸。所述隔膜为本领域技术人员所公知。

所述正极极片和负极极片可以商购得到，也可以采用常规的方法制备，只是将正极极片和负极极片的直角改进为本实用新型所述的曲线角即可。

常规的正极极片的制备方法包括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，干燥，辊轧并分切，得到正极极片。其中，所述含有正极活性物质和粘合剂的浆液的溶剂可以选自常规的溶剂，如可以选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)以及水和醇类中的一种或几种。溶剂的用量能够使所述浆料能够涂覆到所述集电体上即可。一般来说，溶剂的用量使浆液中正极活性物质的含量为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℃。辊轧是为了是商购的宽幅极片辊轧成正极极片所需的厚度，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。

负极极片的制备方法与正极极片的制备方法相同，只是用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。

所述非水电解液为电解质锂盐和非水溶剂的混合溶液，可以使用本领域常规的非水电解液。比如电解质锂盐可以选自六氟磷酸锂(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。

按照本实用新型提供的电池，除了包括所述正极极片和负极极片之外，还包括锂离子电池通常包括的其它组件，如非水电解液和隔膜，所述非水电解液、正极极片、负极极片及位于正极极片和负极极片之间的隔膜共同密封在电池壳体内。正极极片、负极极片及位于正极极片和负极极片之间的隔膜的卷绕或层叠方法，以及电池的装配方法为本领域技术人员所公知，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。

实例1

本实例说明本实用新型提供的极片和锂离子电池。

(1)正极极片的制备

100份重量正极活性成分LiCoO₂、4份重量粘接剂PVDF、4份重量导电剂乙炔黑加入到40份重量NMP中，然后在真空搅拌机中搅拌形成稳定、均一的分散正极浆料。将该浆料均匀地涂布在宽幅铝箔(宽为500毫米，厚度为0.2毫米)上，然后，120℃烘干、在辊轧机上辊轧成厚度为0.1毫米的极片，在分切机上分切为433×44×0.1毫米的正极极片，并采用成型模具将正极极片的四个角切成如图2所示的曲线角，该曲线角为一圆角，圆角的半径为3毫米正极极片上正极活性成分LiCoO₂的含量为7.5克。

(2)负极极片的制备

将100份重量负极活性成分天然石墨、4份重量粘接剂PTFE、4份重量导电剂炭黑加入到40份重量DMSO中，再加入0.3份重量分散剂(聚异丁烯丁二酰亚胺∶聚环氧乙烷醚＝1∶1)，然后在真空搅拌机中搅拌形成稳定、均一的分散负极浆料A2。将该浆料均匀地涂布在宽幅铜箔(宽为500毫米，厚度为0.2毫米)上，然后，120℃烘干，在辊轧机上辊轧成厚度为0.1毫米的极片，然后，在分切机上分切为400×45×0.1毫米的负极极片，并采用成型模具将负极极片切成与(1)所述正极极片相同的形状。正极极片上负极活性成分天然石墨的含量为3.6克。

(3)电极片芯的制备

将(1)和(2)制备的正极极片、负极极片和隔膜聚丙烯膜(厚度为0.01毫米，出品)卷绕成电极片芯。

(4)电池的装配

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)得到的电极片芯置于50×34×5毫米的方形电池壳内，注入上述非水电解液，密封，制成锂离子电池。共制备20000个同样的电池。

实例2

本实例说明本实用新型提供的极片和锂离子电池。

按照实例1的方法制备极片和锂离子电池，不同的只是将正极极片和负极极片的四个角都切成如图2所示的曲线角，该曲线角为一圆角，圆角的半径为18毫米共制备20000个同样的电池。

实例3

本实例说明本实用新型提供的极片和锂离子电池。

按照实例1的方法制备极片和锂离子电池，不同的只是将正极极片和负极极片的四个角都切成如图2所示的曲线角，该曲线角由互相连接的两个圆角组成，两个圆角的半径分别为4毫米和5毫米。共制备20000个同样的电池。

对比例1

本对比例说明现有技术的极片和锂离子电池。

按照实例1的方法制备极片和锂离子电池，不同的只是在制备正极极片和负极极片时，都没有将极片切出曲线角的步骤。共制备20000个同样的电池。

实例4-6

下面的实例说明本实用新型提供的电池的短路率。

对实例1-3制备的电池的短路率进行了测定。测定方法为用万用表测电池内阻，内阻小于20兆欧的电池为短路电池，分拣出20000个电池中发生短路的电池，然后，将发生短路的电池拆开，分析其发生短路的原因，得到由于极片尖角刺穿隔膜造成电池内部短路的电池的个数。结果如下：实例1制备的20000个电池的短路率为0％；实例2制备的20000个电池的短路率为0％；实例3制备的20000个电池的短路率为0.0％。其中，短路率指由于极片尖角刺穿隔膜造成电池内部短路的短路率，即短路率＝由于极片尖角刺穿隔膜造成电池内部短路的电池个数/20000。

对比例2

本对比例说明现有技术电池的短路率。

按实例4-6的方法测定对比例1制备的20000个电池的短路率，其短路率为0.03％。

实例4-6和对比例2的结果表明，本实用新型提供的电池基本上完全消除了由于极片尖角刺穿隔膜造成的电池内部短路，大大提高了电池的安全性。

Claims (7)

1.一种电池的极片，其展开的形状为长条形，其特征在于，该极片的四个角均为圆滑的曲线角。

2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，曲线角的曲率半径为(0.01-100)L，其中，L为极片的宽度。

3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于，所述曲线角为圆角。

4.根据权利要求3所述的极片，其特征在于，所述圆角的半径为(0.01-0.5)L。

5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于，所述圆角的半径为0.01-100毫米。

6.根据权利要求5所述的极片，其特征在于，所述圆角的半径为1-20毫米。

7.一种锂离子电池，该电池包括正极极片和负极极片，其特征在于，所述正极极片和负极极片为权利要求1-6中任一项所述的极片。

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