锂离子电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种锂离子电池，其包括：电芯，以及至少一个绝缘金属结构。其中，电芯包括：阴极极片，包括阴极集流体以及设置在阴极集流体的表面上的含有阴极活性材料的阴极膜片；阳极极片，包括阳极集流体以及设置在阳极集流体的表面上的含有阳极活性材料的阳极膜片；以及隔离膜，位于阴极极片和阳极极片之间。各绝缘金属结构相对设置在电芯中的阴极极片和/或阳极极片的表面；其中，各绝缘金属结构包括：金属片，其强度高于阴极集流体和阳极集流体的强度；以及绝缘层，覆盖在金属片的上表面及下表面。通过设置绝缘金属结构可提高电芯的机械强度，可有效地减缓极片因受力而导致的破坏，从而降低极片短路的概率；同时不影响电芯的电化学性能。
【专利说明】锂离子电池【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种电池，尤其涉及一种锂离子电池。
【背景技术】
[0002]随着现代电子信息技术的不断发展，锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长等优点，成为现代电子信息产品不可缺少的化学电源。但是，随着电芯的容量或能量密度越来越高，电芯在不被预知的情况下发生破坏，从而导致电芯燃烧(比如电子产品被异物砸断或电芯侧面受到挤压的时候，电芯极有可能发生燃烧)，因此在一定程度上，导致现有的电芯越来越难以满足客户对电子产品的安全使用要求。
[0003]为了解决此问题，许多锂离子电池制造商往往通过降低电极的反应活性来改善电芯的安全性能，比如 选择安全性能较好的包覆材料，降低阴极的导电性能，极片上涂布一层能减缓阴极反应的物质，或电解液中加入改善安全性能的添加剂，也有人引入PTC阴极，所有这一系列措施虽然可以使电芯的安全性能得到一定程度上的改善，但却不得不降低电芯的电化学性能，比如电芯的倍率性能，高低温充放电性能，循环性能等却受到一定程度的影响。
实用新型内容
[0004]鉴于【背景技术】中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种锂离子电池，其能提高电芯的机械强度和电芯的安全性能，同时不影响电芯的电化学性能。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种锂离子电池，其包括:电芯，以及至少一个绝缘金属结构。其中，电芯包括:阴极极片，包括阴极集流体以及设置在阴极集流体的表面上的含有阴极活性材料的阴极膜片；阳极极片，包括阳极集流体以及设置在阳极集流体的表面上的含有阳极活性材料的阳极膜片；以及隔离膜，位于阴极极片和阳极极片之间。各绝缘金属结构相对设置在电芯中的阴极极片和/或阳极极片的表面；其中，各绝缘金属结构包括:金属片，其强度高于阴极集流体和阳极集流体的强度；以及绝缘层，覆盖在金属片的上表面及下表面。
[0006]本实用新型的有益效果如下:
[0007]通过在电芯中置入绝缘金属结构，可以明显地提高电芯的机械强度，当有外力砸向电芯时，可以有效地减缓极片因受力而导致的破坏，从而降低极片短路的概率；在改善电芯安全性能的同时，并不影响电芯的电化学性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为根据本实用新型的锂离子电池的一实施例的平面示意图；
[0009]图2为根据本实用新型的锂离子电池的一实施例的平面示意图；
[0010]图3为根据本实用新型的锂离子电池的一实施例的平面示意图；
[0011]图4为根据本实用新型的锂离子电池的一实施例的平面示意图；[0012]图5为根据本实用新型的锂离子电池的一实施例的平面示意图；
[0013]图6为根据本实用新型的锂离子电池的绝缘金属结构的立体示意图；以及
[0014]图7为实施例4的锂离子电池和对比例I的锂离子电池在室温下循环性能的比较图，其循环方式是0.5C充放电。
[0015]其中，附图标记说明如下:
[0016]I电芯122阳极膜片
[0017]11阴极极片13隔离膜
[0018]111阴极集流体2绝缘金属结构
[0019]112阴极膜片21金属片
[0020]12阳极极片22绝缘层
[0021]121阳极集流体
【具体实施方式】
[0022]下面参照附图来详细说明根据本实用新型的锂离子电池。
[0023]参照图1至图6， 根据本实用新型的锂离子电池包括电芯I以及至少一个绝缘金属结构2。电芯I包括:阴极极片11，包括阴极集流体111以及设置在阴极集流体111的表面上的含有阴极活性材料的阴极膜片112 ;阳极极片12，包括阳极集流体121以及设置在阳极集流体121的表面上的含有阳极活性材料的阳极膜片122 ;以及隔离膜13，位于阴极极片11和阳极极片12之间。各绝缘金属结构2相对设置在电芯I中的阴极极片11和/或阳极极片12的表面；其中，各绝缘金属结构2包括:金属片21，其强度高于阴极集流体111和阳极集流体121的强度；以及绝缘层22，覆盖在金属片21的上表面及下表面。应注意的是，尽管图1至图5中示出为一个绝缘金属结构2，但是绝缘金属结构2的数量可以视具体实际情况确定为不止一个。还需说明的是，为了便于说明且为了清楚起见，图1至图5中尤其是图4和图5中，示出的是绝缘金属结构2的相对设置的空间位置关系。
[0024]通过采用强度高于阴极集流体111和阳极集流体121的强度的金属片21的绝缘金属结构2，可以明显地提高电芯的机械强度，当有外力砸向电芯I时，可以有效地减缓电芯I因受力而导致的破坏，从而降低阴极极片11和阳极极片12短路的概率，改善了电芯I的安全性能。
[0025]通过采用绝缘层22，可防止金属片21与阴极极片11或阳极极片12接触形成回路导致的自放电或内短路，同时，还可防止金属片21边缘毛刺与阴极极片11或阳极极片12接触形成回路导致的微短路。
[0026]在根据本实用新型的锂离子电池中，还可包括:电解液；以及包装袋，封装电芯I并容纳电解液以使电解液浸润阴极膜片112和阳极膜片122。
[0027]在绝缘金属结构2的一实施例中，金属片21可选自钢片、铁片、铬片、钼片、钛合金片、猛合金片中的一种。
[0028]在一实施例中，绝缘层22可为尼龙层。
[0029]在绝缘金属结构2的一实施例中，各绝缘金属结构2的边缘可包覆有绝缘胶(未示出)。绝缘金属结构2的边缘应比较光滑，当边缘比较尖锐或锋利产生毛刺时，采用绝缘胶可将边缘毛刺覆盖，从而防止金属片21与阴极极片11或阳极极片12接触形成回路导致的自放电或内短路。
[0030]在根据本实用新型的锂离子电池的一实施例中，参照图1至图3，当电芯I为卷绕式电芯时，一个绝缘金属结构2相对设置在卷绕式电芯的起始端处的不具有阴极膜片112的阴极极片11的表面或不具有阳极膜片122的阳极极片12的表面，该一个绝缘金属结构2的厚度小于或等于电芯I的阴极膜片112与阳极膜片122的厚度之和。具体地，在图1中，一个绝缘金属结构2通过隔离膜13隔开间接设置在卷绕式电芯的起始端处的不具有阳极膜片122的阳极极片12的表面；当然对于不同的锂离子电池电芯结构，一个绝缘金属结构2可通过隔离膜13隔开间接设置在卷绕式电芯的起始端处的不具有阴极膜片112的阴极极片11的表面。在图2和图3中，一个绝缘金属结构2直接设置在卷绕式电芯的起始端处的不具有阴极膜片112的阴极极片11的表面(参照图3)或不具有阳极膜片122的阳极极片12的表面(参照图2)。
[0031]在根据本实用新型的锂离子电池的一实施例中，参照图4和图5，一个绝缘金属结构2可直接设置在阴极极片11的阴极膜片112的起始位置至终了位置之间的表面(参照图4)和/或阳极极片12的阳极膜片122的起始位置至终了位置之间的表面(参照图5)，该一个绝缘金属结构2所在的阴极极片11表面或阳极极片12表面的阴极膜片112或阳极膜片122的厚度与绝缘金属结构2的厚度之和小于或等于未设置有绝缘金属结构2的阴极极片
11表面的阴极膜片112或阳极极片12表面的阳极膜片122的厚度。
[0032]在根据本实用新型的锂离子电池的一实施例中，各绝缘金属结构2的边缘不超出电芯I的对应的阴极极片11或阳极极片12的表面的边缘(即沿与图1的纸面垂直的方向)。
[0033]在绝缘金属结构2的一实施例中，绝缘金属结构2的厚度为90 μ m?300 μ m。在另一实施例中，设置在金属片21的上表面及下表面的绝缘层22的厚度分别为15μπι?30 μ m,金属片21的厚度为60 μ m?270 μ m。
[0034]在根据本实用新型的锂离子电池的一实施例中，自绝缘金属结构2至电芯I表面的距离为电芯I厚度的1/4?3/4。优选地，自绝缘金属结构2至电芯I表面的距离为电芯I厚度的1/2。
[0035]在根据本实用新型的锂离子电池中，电芯I可为卷绕式电芯、叠片式电芯、一部分为叠片式而另一部分为卷绕式电芯中的一种。
[0036]最后给出根据本实用新型的锂离子电池的实施例、对比例及测试结果。
[0037]实施例1
[0038]A阴极极片11的制备
[0039]按照常规锂离子电池的制作方法和工序，将钴酸锂(LiCo02)、导电碳、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)以质量比96:2:2加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合搅拌均匀制成阴极活性材料浆料涂覆在12 μ m厚的阴极集流体铝箔的正反两个表面上，之后进行辊压、烘干、裁剪，成为阴极极片。
[0040]B阳极极片12的制备
[0041]将石墨、导电碳、粘结剂丁苯橡胶、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)以质量比95.7:1:3.1:0.2加入去离子水中混合搅拌均匀制成阳极活性材料浆料，将阳极活性材料浆料涂覆在8μπι厚的阳极集流体铜箔的正反两个表面上，之后进行辊压、烘干、裁剪，成为阳极极片。[0042]C隔离膜13的准备
[0043]采用16 μ m的聚丙烯(PP)隔离膜。
[0044]D电芯I的制备
[0045]采用卷绕式工艺制备，绝缘金属结构2放置在至电芯I表面的距离为电芯I厚度的1/2处，即放置在卷绕电芯的起始端处且该处对应的阳极极片12无膜片(参照图1)，而其它处的阴极极片的膜片厚度为180 μ m，阳极极片的膜片厚度为120 μ m，绝缘金属结构2的厚度为90 μ m，其中，绝缘层22为尼龙层，单层绝缘层22的厚度为15 μ m,金属片21为钢片，金属片21的厚度为60 μ m，绝缘金属结构2为一长方体，且其边缘不超过阳极极片12的表面的边缘(即沿与图1的纸面垂直的方向)。
[0046]E锂离子电池的制备
[0047]将卷绕式工艺制成的裸电芯装入铝塑膜制成的包装袋中，向包装袋内注入电解液，以六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，乙烯碳酸酯(EC)和丙烯碳酸酯(PO、二甲基碳酸酯(DMC)，甲基乙酸酯(MA)的质量比为形成电解液，再经化成、陈化、排气、整形等工艺制得锂离子电池，容量为4.0Ah,电压范围为3.0?4.35V。
[0048]实施例2
[0049]除以下不同外，其余同实施例1。
[0050]与实施例1不同之处在于，在步骤D (即电芯I的制备)中，实施例2中的绝缘金属结构2的厚度为150 μ m，其中，单层绝缘层22的厚度为20 μ m,金属片21的厚度为110 μ m。
[0051]实施例3
[0052]除以下不同外，其余同实施例1。
[0053]与实施例1不同之处在于，在步骤D (即电芯I的制备)中，实施例3中的绝缘金属结构2的厚度为200 μ m，其中，单层绝缘层22的厚度为20 μ m,金属片21的厚度为160 μ m。
[0054]实施例4
[0055]除以下不同外，其余同实施例1。
[0056]与实施例1不同之处在于，在步骤D (即电芯I的制备)中，实施例4中的绝缘金属结构2的厚度为250 μ m，其中，单层绝缘层22的厚度为20 μ m,金属片21的厚度为210 μ m。
[0057]实施例5
[0058]除以下不同外，其余同实施例1。
[0059]与实施例1不同之处在于，在步骤D (即电芯I的制备)中，实施例5中的绝缘金属结构2的厚度为300 μ m，其中，单层绝缘层22的厚度为20 μ m,金属片21的厚度为260 μ m。
[0060]实施例6
[0061]A阴极极片11的制备
[0062]同实施例1。
[0063]B阳极极片12的制备
[0064]同实施例1。
[0065]C隔离膜13的准备
[0066]同实施例1。
[0067]D电芯I的制备
[0068]采用叠片式工艺制备，绝缘金属结构2放置在至电芯I表面的距离为电芯I厚度的1/2处，且对应的阴极极片11的膜片厚度为其他极片膜片厚度的1/2，即90 μ m，绝缘金属结构2的厚度为也为90 μ m。其中，单层绝缘层22的厚度为15 μ m，金属片21的厚度为60 μ m0
[0069]E锂离子电池的制备
[0070]将叠片式工艺制成的裸电芯装入铝塑膜制成的包装袋中，向包装袋内注入电解液，以六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，乙烯碳酸酯(EC)和丙烯碳酸酯(PO、二甲基碳酸酯(DMC)，甲基乙酸酯(MA)的质量比为形成电解液，再经化成、陈化、排气、整形等工艺制得锂离子电池，容量为4.0Ah,电压范围为3.0?4.35V。
[0071]实施例7
[0072]A阴极极片11的制备
[0073]同实施例1。
[0074]B阳极极片12的制备
[0075]同实施例1。
[0076]C隔离膜13的准备
[0077]同实施例1。
[0078]D电芯I的制备
[0079]采用叠片式与卷绕式组合工艺制备，绝缘金属结构2放置在至电芯I表面的距离为电芯I厚度的1/2处，且对应的阳极极片无膜片，绝缘金属结构2的厚度为100 μ m。其中，单层绝缘层22的厚度为20 μ m,金属片21的厚度为60 μ m。
[0080]E锂离子电池的制备
[0081]将叠片式与卷绕式组合工艺制成的裸电芯装入铝塑膜制成的包装袋中，向包装袋内注入电解液，以六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，乙烯碳酸酯(EC)和丙烯碳酸酯(PC)、二甲基碳酸酯(DMC)，甲基乙酸酯(MA)的质量比为1:1:2:1，形成电解液，再经化成、陈化、排气、整形等工艺制得锂离子电池，容量为4.0Ah,电压范围为3.0?4.35V。
[0082]对比例I
[0083]与实施例1不同之处在于，在步骤D (即电芯I的制备)中，无绝缘金属结构2，其余同实施例1。
[0084]对比例2
[0085]与实施例6不同之处在于，在步骤D (即电芯I的制备)中，无绝缘金属结构2，其余同实施例6。
[0086]对比例3
[0087]与实施例7不同之处在于，在步骤D (即电芯I的制备)中，无绝缘金属结构2，其余同实施例7。
[0088]下面给出实施例1-7和对比例1-3的测试过程。
[0089](I)倍率测试:
[0090]分别将对比例与实施例中电芯进行倍率测试，倍率测试条件为:室温下采用0.5C进行充电，然后分别以0.2C以及1.5C的放电倍率放电，充放电电压范围为:3.0-4.2V。
[0091](2)弯折力测试:
[0092]分别将对比例与实施例中电芯进行弯折测试，弯折条件为:将一外力作用于电芯侧面，并向下施压，直到电芯向下弯曲10度即可停止，并记录此时电芯所受力大小。测试数量为每组1000个。
[0093](3)撞击测试:
[0094]分别将对比例与实施例中电芯进行撞击测试，撞击条件为:将电芯0.5C满充至
4.2V,然后将电芯放在一平面上,将一直径15.8mm的铁棒横放在电芯的中心,让一质量为
9.1Kg的铁锤从61 ±2.5cm的高度跌落到铁棒上。测试数量为每组1000个。
[0095]表1给出实施例1-7和对比例1-3的测试结果。
[0096]表1实施例1-7和对比例1-3的测试结果
[0097]
【权利要求】
1.一种锂离子电池，包括: 电芯(1)，包括: 阴极极片(11)，包括阴极集流体(111)以及设置在阴极集流体(111)的表面上的含有阴极活性材料的阴极膜片(112)； 阳极极片(12)，包括阳极集流体(121)以及设置在阳极集流体(121)的表面上的含有阳极活性材料的阳极膜片(122);以及 隔离膜(13)，位于阴极极片(11)和阳极极片(12)之间； 其特征在于，锂离子电池还包括: 至少一个绝缘金属结构(2)，各绝缘金属结构(2)相对设置在电芯(I)中的阴极极片(11)和/或阳极极片(12)的表面； 其中，各绝缘金属结构(2)包括: 金属片(21)，其强度高于阴极集流体(111)和阳极集流体(121)的强度；以及 绝缘层(22)，覆盖在金属片(21)的上表面及下表面。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于， 金属片(21)选自钢片、铁片、络片、怕片、钦合金片、猛合金片中的一种； 绝缘层(22)为尼龙层。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，各绝缘金属结构(2)的边缘包覆有热塑性聚酯绝缘胶。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，当电芯(I)为卷绕式电芯时，一个绝缘金属结构(2)相对设置在卷绕式电芯的起始端处的不具有阴极膜片(112)的阴极极片(11)的表面或不具有阳极膜片(122)的阳极极片(12)的表面，该一个绝缘金属结构(2)的厚度小于或等于电芯(I)的阴极膜片(112)与阳极膜片(122)的厚度之和。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，一个绝缘金属结构(2)直接设置在阴极极片(11)的阴极膜片(112)的起始位置至终了位置之间的表面和/或阳极极片(12)的阳极膜片(122)的起始位置至终了位置之间的表面，该一个绝缘金属结构(2)所在的阴极极片(11)表面或阳极极片(12)表面的阴极膜片(112)或阳极膜片(122)的厚度与绝缘金属结构(2)的厚度之和小于或等于未设置有绝缘金属结构(2)的阴极极片(11)表面的阴极膜片(112)或阳极极片(12)表面的阳极膜片(122)的厚度。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，各绝缘金属结构(2)的边缘不超出电芯(I)的对应的阴极极片(11)或阳极极片(12 )的表面的边缘。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，绝缘金属结构(2)的厚度为90 μ m ?300 μ m。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，设置在金属片(21)的上表面及下表面的绝缘层(22)的厚度分别为15μπι?30μπι，金属片(21)的厚度为60 μ m?270 μ m。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，自绝缘金属结构(2)至电芯(I)表面的距离为电芯(I)厚度的1/4?3/4。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，自绝缘金属结构(2)至电芯(I)表面的距离为电芯(I)厚度的1/2。
【文档编号】H01M10/0525GK203574063SQ201320800920
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】李枝贤, 李明 申请人:东莞新能源科技有限公司