一種疊片式電池的極芯及軟包裝電池的制作方法

本實用新型涉及一種疊片式電池的極芯及含有該極芯的軟包裝電池。

背景技術：

電池作為高比能量化學電源已經廣泛應用于移動通訊、筆記本電腦、攝像機、照相機、便攜式儀器儀表等領域，也是各國大力研究的電動汽車、空間電源的首選配套電源，成為可替代能源的首選，因此人們對二次電池的性能要求越來越高。

疊片式電池是一類由正、負極片一層一層相間疊加，各層極片間穿插隔膜例如Z字型隔膜而成的電池，相對于傳統的卷繞式電池，疊片式電池由于每個極片上都有集電部引出電流，從而使得電流分布更加均勻，有利于大倍率充放電，同時不需要卷繞，避免了極芯側面極片轉折中產生的內應力，一定程度上改善了電池的循環性能。但疊片式電池的技術仍不成熟，電池的安全性能仍需進一步提高。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有疊片式電池的極芯安全性能仍需進一步提高的缺點，提供一種更安全的疊片式電池的極芯及含有該極芯的軟包裝電池。

本申請的發明人在研究的過程中發現，疊片式電池一般設計正極基體的尺寸要小于負極基體的尺寸，裸露的正極集電部一般為鋁箔易產生毛刺，極易刺穿隔膜，尤其是采用較薄的隔膜或在較高溫度下隔膜的力學性能變弱時，這樣就容易導致鋁箔接近負極片的負極活性材料與負極片發生短路，由于該短路的內阻較小，極易引起電池熱失控。同時，極芯在充放電過程中會發熱，而隔膜也會發生熱收縮，也極易引起鋁箔與負極片的短路，而引起熱失控。從而通過研發，提出如下技術方案：

本實用新型的第一個目的是提供一種疊片式電池的極芯，其中該極芯包括以片狀形式依次間隔層疊的若干正極片和若干負極片，所述正極片、負極片間間隔有隔膜；所述正極片包括表面涂敷有正極活性材料的正極基體和由正極基體延伸出來的正極集電部，所述正極集電部連接正極基體的端部表面涂覆有正極活性材料，遠離正極基體的端部表面未涂敷有正極活性材料；所述負極片包括表面涂敷有負極活性材料的負極基體和由負極基體延伸出來的負極集電部，所述負極集電部表面未涂敷有負極活性材料。

優選，正極集電部上涂覆有正極活性材料的高度為h，所述正極基體的高度為h1，所述負極基體的高度為h2，所述隔膜的高度為h3，(h2-h1)/2<h<(h3-h1)/2。

優選，正極集電部上涂覆有正極活性材料的高度為0.5mm-2mm。

優選，負極基體高于正極基體。

優選，正極集電部垂直于正極基體；所述負極集電部垂直于負極基體。

優選，正極片包括一個正極集電部，多個所述正極片的正極集電部位置對應，相互平行；所述負極片包括一個負極集電部，多個所述負極片的負極集電部位置對應，相互平行；所述正極集電部與負極集電部的位置錯開；所述正極集電部未涂敷有正極活性材料的端部連接有引出電流的正極耳；所述負極集電部遠離負極基體的端部連接有引出電流的負極耳。

優選，多個所述正極片的正極集電部彼此重合形成一組，一組重合的正極集電部與相應的一個正極耳電連接；多個所述負極片的負極集電部彼此重合形成一組，一組重合的負極集電部與相應的一個負極耳電連接。

優選，正極基體的邊角為圓弧角；所述負極基體的邊角為圓弧角。

本實用新型的第二個目的是提供一種軟包裝電池，所述電池包括由包裝材料包裹的極芯，其中，所述極芯為上述極芯。

本實用新型通過在鋁箔正極集電部上連接正極基體端留有一定高度的正極活性材料大大降低了電池在制造使用過程中正極集電部與負極片短路的幾率，大大改善了電池的安全性。

附圖說明

附圖1為本實用新型一種優選實施方式的正極片、隔膜、負極片的層疊結構示意圖。

附圖2為本實用新型一種優選實施方式的正極片、隔膜、負極片的結構示意圖。

附圖3為本實用新型一種優選實施方式的正極片的結構示意圖。

附圖4為本實用新型一種優選實施方式的負極片的結構示意圖。

附圖5為本實用新型一種優選實施方式的鋁塑膜包裝結構示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型提供了一種疊片式電池的極芯，如附圖1所示，該極芯包括以片狀形式依次間隔層疊的若干正極片1和若干負極片2，所述正極片、負極片間間隔有隔膜3，間隔的隔膜3可以是裁切的與正負極片適配的片狀隔膜，也可以是如附圖1所示的Z字型隔膜。

其中，正極片1包括表面涂敷有正極活性材料的正極基體11和由正極基體11延伸出來的正極集電部12，如附圖4所示負極片2包括表面涂敷有負極活性材料的負極基體21和由負極基體21延伸出來的負極集電部22。現有疊片式電池的正極集電部12、負極集電部22上均不涂覆活性材料，用于焊接極耳，本實用新型的改進處之一，如附圖3所示正極集電部12連接正極基體11的端部表面涂覆有正極活性材料，遠離正極基體11的端部表面未涂敷有正極活性材料，即在正極集電部12上連接正極基體11端留有一定高度的正極活性材料大大降低了電池在制造使用過程中正極集電部12與負極片2短路的幾率，大大改善了電池的安全性。負極集電部22未變，即負極集電部22表面未涂敷有負極活性材料。

如附圖2所示，定義正極集電部12上涂覆有正極活性材料的高度為h，所述正極基體11的高度為h1，所述負極基體21的高度為h2，所述隔膜3的高度為h3，本實用新型優選 (h2-h1)/2<h<(h3-h1)/2，既有利于提高電池的安全性能又有利于極耳的點焊和封裝。具體的，進一步優選正極集電部12上涂覆有正極活性材料的高度為0.5mm-2mm。

正極集電部12與正極基體11可以是通過裁切得到的一體結構，負極集電部22與負極基體21也類似。一些實施例中，優選，正極集電部12垂直于正極基體11，負極集電部22垂直于負極基體21。

一些實施例中，正極片1包括一個正極集電部12，多個所述正極片1的正極集電部12位置對應，相互平行；在正極集電部12未涂敷有正極活性材料的端部連接有引出電流的正極耳13；具體的，多個所述正極片1的正極集電部12彼此重合形成一組，一組重合的正極集電部12與相應的一個正極耳13電連接。類似的，負極片2包括一個負極集電部22，多個所述負極片2的負極集電部22位置對應，相互平行；所述負極集電部22遠離負極基體21的端部連接有引出電流的負極耳23。多個所述負極片2的負極集電部22彼此重合形成一組，一組重合的負極集電部22與相應的一個負極耳23電連接。

一般，正極集電部12與負極集電部22的位置錯開，便于正、負極耳的引出。

正極基體11、負極基體21可以為方形基體，一般為長方形，寬度和長度可根據實際條件設置，一些實施例中，負極基體21高于正極基體11。優選，正極基體11的邊角為圓弧角；所述負極基體21的邊角為圓弧角，可以適當增加極片的長寬，不會造成在軟包殼4圓弧頂處擠壓，既可以增加電池的容量，又不會對電池性能產生影響。本實用新型的正極基體11所使用的集流體沒有限制，例如可以選用現有技術常用的鋁箔等；負極基體21所使用的集流體也沒有限制，例如可以選用現有技術常用的銅箔等。

本實用新型的正極活性材料、負極活性材料沒有特別限制，可以為本領域常見的正負極活性材料，在此不再贅述。

具體的制備可以將正負極活性物質，導電劑，粘結劑按一定比例在溶劑中攪拌混合均勻得到正負極漿料，均勻涂敷在正、負極集流體上，加熱烘烤揮發除去溶劑，裁切后形成正、負極片。

隔膜3設置于正極片1和負極片2之間，具有電絕緣性能和液體保持性能。所述隔膜3可以選自鋰離子電池中所用的各種隔膜，如聚烯烴微多孔膜、聚乙烯氈、玻璃纖維氈、或超細玻璃纖維紙。所述隔膜的位置、性質和種類為本領域技術人員所公知。

具體的極芯本實用新型可以通過以下方式來實現：

把正極活性材料（鈷酸鋰，磷酸鐵鋰，錳酸鋰等），粘結劑（PVDF等），導電劑（碳黑，碳納米管等）混于溶劑（N-甲基吡咯烷酮等）中，高速分散配置成正極漿料，涂覆于鋁箔上，烘干模切成正極片1，正極集電部12上留有一定高度的正極活性材料，正極集電部12上留料高度h，(h2-h1)/2<h<(h3-h1)/2， h2,h1,h3分別為負極基體21，正極基體11，隔膜3的高度。把負極活性材料（石墨等），粘結劑（SBR等），增稠劑（CMC等），導電劑（碳黑，碳納米管）混于水中，高速分散制成負極漿料，涂覆于銅箔上，烘干后模切成負極片2。模切時極片四角圓弧化處理，其弧度的圓弧半徑為R2，1/2R1<R2<2R1，R1為軟包殼4四角的圓弧半徑，其尺寸一般為0.5mm到2mm，然后一層正極片1一層負極片2交替層疊，中間用隔膜3隔開，再分別對正極集電部12、負極集電部22壓緊、預焊等，如圖5所示，再分別在正極集電部12、負極集電部22上點焊上極耳。

上述制作方法，一些制作工序是可以相互調整的。

本實用新型同時提供了一種軟包裝電池，所述電池包括由包裝材料包裹的極芯，其中，所述極芯為上述極芯。其中，包裝材料本實用新型沒有限制，例如可以為鋁塑膜。一些實施例中，包裝材料形成的包裝殼4邊角為圓弧角，優選，正極基體11的邊角為圓弧角；負極基體21的邊角為圓弧角。進一步優選，正極基體11的圓弧角弧度半徑為R2；所述負極基體21的圓弧角弧度半徑為R2；所述包裝殼4的圓弧角弧度半徑為R1；1/2R1<R2<2R1，既保證了電池的能量密度，又防止極片在軟包殼4四角圓弧處受到擠壓。具體的，優選，正極基體11的圓弧角弧度半徑為0.25mm-4mm；所述負極基體21的圓弧角弧度半徑為0.25mm- 4mm。

優選，包裝殼4的圓弧角弧度半徑為0.5mm-2mm。

該電池的制備方法除了極芯按照本實用新型提供的方法制備之外，其它步驟為本領域技術人員所公知。再把所得的極芯放入軟包鋁塑膜中包裝，如附圖5所示，包裝殼4邊角為圓弧角，再頂封側封形成頂封邊41和側封邊，具體形狀如現有技術，再經過烘烤注液化成等公知步驟制成疊片電池。所用電解液包括乙烯碳酸酯，丙烯碳酸酯等環狀碳酸酯，碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，碳酸甲乙酯等鏈狀碳酸酯，六氟磷酸鋰，四氟硼酸鋰，高氯酸鋰等鋰鹽以及亞乙烯碳酸酯，碳酸乙烯亞乙酯等成膜添加劑。

下面結合實施例對本實用新型的疊片式電池做更進一步的描述。

實施例1

將鈷酸鋰2000g,PVDF 40g,炭黑40g,混于N-甲基吡咯烷酮中，高速分散制成正極漿料，涂覆在鋁箔集流體上烘干，再模切成片狀正極片1，正極基體11四周角圓弧角半徑1.5mm。正極基體11長（高）87mm,正極基體11寬39mm,正極基體11厚120um，正極集電部12的鋁箔上留料高度h1.5mm。將石墨1000g,SBR30g,炭黑20g混于水中，高速分散配置成負極漿料，涂覆在銅箔集流體上，再模切成片狀負極片2，負極基體21四周角圓弧角半徑1.5mm，負極基體21長（高）89mm, 負極基體21寬40mm，負極基體21厚150um.對所裁切好的正負極片交替疊片，中間Z字型穿插91mm寬（高）的9+2陶瓷隔膜3，極片總數33，正極片16，負極片17。放入鋁塑膜后，包裝殼4四周角R1角為1.5mm,封邊，烘烤，注電解液等公知步驟制成電池。電解液為碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯/碳酸甲乙酯/亞乙烯碳酸酯=40/30/30/2,溶有1mol/L 六氟磷酸鋰。

實驗2

采用與實施例1相同的方法和步驟制備電池樣品，不同的是正極片1、負極片2的四周角圓弧角圓弧半徑均為1.2mm. 正極集電部12的鋁箔上留料高度為1.8 mm。

實驗3

采用與實施例1相同的方法和步驟制備電池樣品，不同的是正極片1、負極片2的四周角圓弧角圓弧半徑均為0.8mm. 正極集電部12的鋁箔上留料高度為1.1mm。

對比例1

采用與實施例1相同的方法和步驟制備電池樣品，不同的是正極片1、負極片2不做圓弧化處理。

對比例2

采用與實施例1相同的方法和步驟制備電池樣品，不同的是正極集電部12的鋁箔上不留料。

對比例3

采用與實施例1相同的方法和步驟制備電池樣品，不同的是正極基體11寬38.5mm，負極基體21寬39.5mm。

性能測試

1、四頂角擠壓

極芯套入軟包殼后，頂角X射線探測，入極片發生褶皺變形則為受到擠壓，沒有褶皺變形，則為無擠壓。

2、電池容量測試

以1000mA電流充電至4.4V，截至電流100mA,在以1500 mA電流放電至3V，記錄電池容量。

3、爐溫測試

每個實施例及對比例分別取10個電池樣品在130℃下放置60分鐘，記錄不燃燒不爆炸電池個數，個數越多則安全性能越好。

測試結果如表1。

表1

從上述測試結果我們明顯可以看出本實用新型制備的電池的容量高，安全性能好，且簡單易行，特別適合商業應用。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。