专利名称：锂离子二次电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及锂离子二次电池，尤其涉及一种容量衰减慢、循环性能优秀的锂离子二次电池。
背景技术：
锂离子二次电池作为各类电子设备的能源被广泛使用的同时，人们对电池性能的要求也越来越高。无论是具有容量大，能量密度高的圆柱型锂离子二次电池，还是适宜各类电子产品的方形锂离子二次电池，人们出于其使用时间及使用寿命的考虑，不仅要求电池初始容量要高，而且还要求电池在反复充放电中容量衰减慢，表现出良好的循环性能，延长电池的使用寿命。
目前的各电池生产厂家都在尽量地增加电池中正、负极活性材料的含量，目的是提高电池的容量。而这种做法就使得电池壳内有效的空间内收纳的正、负极越来越拥挤，虽然电池的初始容量较高，但充放电使用中由于极片的拥挤以及极片的膨胀，就使得极片间的电解液被挤出，最终导致电池的容量快速衰减，大大缩短了电池的循环寿命。
而锂离子电池正常的充放电必须要求在正、负极片间有适量的电解液来支持。电解液量不足就会造成电极充放电不充分，从而使电池的容量发生衰减，缩减使用寿命，同时也会因为电池内阻的增加而使电池在充放电过充中产生大量的热使电池的温度过高而损坏电池。
在日本专利公开号为平1-294373的专利中，提出了要使非水二次电池内平均每1AH容量设计0.3cc以上空隙，但该空隙设置在电池上端部或漩涡状电池芯中间部位，大小由加入电解液的量调节。这样使得电池在反复充放电时产生的气体有空间容纳，而不会使电池破损，从而提高电池充放电使用中的可信赖性。然而这种做法仍然不能保证极片间的电解液的量，在极片发生膨胀时电解液还会被挤出至电池上端或中间部位，无法参与储放电反应，无法从根本上解决电池容量衰减快的问题，电池的可循环次数依然没有得到改善。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种容量衰减慢、循环性能优秀的锂离子二次电池。
本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的一种锂离子二次电池，包括由正极片、负极片、隔膜形成的极芯组件及电解液共同收纳在电池壳内，其中，所述的极芯组件在电池壳内沿片的重叠方向上留有间隙，其间隙宽度为极芯组件重叠部分厚度的3～20％。
进一步为所述的极芯组件在片的重叠方向上留有的间隙均匀地分布于重叠的片与片之间。
进一步的优选间隙宽度为极芯组件重叠部分厚度的5～15％。
本实用新型锂离子二次电池的优点在于通过在极芯组件的正、负极片间留有适当的间隙，可以确保电池在注入电解液后以及此后的充放电过程中极片之间的电解液不被挤出，从而获得容量衰减慢、循环性能优秀的锂离子二次电池。
图1为本实用新型锂离子二次电池一种具体实施方式
的剖面示意图。
图2为图1锂离子二次电池的横断面俯视图。
图3为图1中电池的涡卷状极芯组件放入电池壳内的俯视状态图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
请参考图1与图2，为本实用新型一种具体实施方式
的锂离子二次电池的剖面示意图。该电池为圆柱形电池，包括由正极片1、负极片2、隔膜3形成的极芯组件4及电解液共同收纳在电池壳5内，其中极芯组件4为涡卷状，由正、负极片与隔膜卷饶而成，在电池壳内沿片的重叠方向上留有间隙，即沿涡卷状极芯组件4的径向留有间隙6。该间隙较为均匀地分布于每一卷的极片间，其间隙宽度为极芯组件重叠部分厚度的3～20％。对于该圆柱型电池其极芯组件重叠部分厚度为涡卷状极芯组件的理想外径。其理想外径指卷饶中，正、负极片及隔膜饶一定直径的中心轴无间隙地紧密卷饶得到的极芯组件外径(请参考图3中所示极芯组件)。
在该锂离子二次电池中，正、负极片间共留有极芯组件理想外径的3～20％的间隙宽度，可以确保电池在注入电解液后以及此后的充放电过程中极片之间的电解液不被挤出。如果该间隙过大，超过极芯组件理想外径的20％，电池在充放电过程中正负极片上的活性物质容易从集电体上剥离甚至脱落，从而使锂离子电池的容量发生损失，最终缩短锂离子电池的循环寿命；如果该空间过小，小于极芯组件理想外径的3％，将起不到防止电解液挤出的作用。在实际中，优选间隙宽度为极芯组件重叠部分厚度的5～15％。具有这样间隙宽度的极芯制作的电池，容量衰减慢、循环性能优秀。
在锂离子二次电池中，圆柱形电池的极片较长，一般采用卷饶方式制成涡卷状极芯结构。此种电池在设计时就更要留出其极芯理想外径3～20％的间隙，这样的电池不但可以保持不错的初始容量，而且容量衰减速度大大减慢，循环性能大大提高。
对于方形锂离子二次电池，其极芯无论是卷饶式还是层叠式，或其他方式，只要有片与片重叠的部分，采用本实用新型都会取得一定的效果。而对于方形电池来讲，片的重叠方向为极芯组件层叠的方向(一般为电池的厚度方向)，重叠部分厚度为电池厚度方向极芯组件的厚度。
下面以圆柱形锂离子二次电池的制作及测试为例，进一步对本实用新型进行说明。
实施例设计并制作采用本实用新型的圆柱形锂离子二次电池18650型(可参考图1)，首先确定电池正、负极片、隔膜的厚度和长度的关系，然后进行电池制作。设以下参数TR间隙宽度；TC电池壳内径；TD卷绕后电池极芯的理想外径；TP组装时正极片的平均厚度；
LP组装时正极片的总长度；TN组装时负极片的平均厚度；LN组装时负极片的总长度；TS组装时隔膜的平均厚度；LS组装时隔膜的总长度；D卷绕电池极片时所用卷针的直径。
P间隙率，P＝TR/TD其中电池壳内径TC＝17.6mm，根据该圆柱形电池的结构，有如下公式成立1、TR＝TC-TD2、TP×LP+TN×LN+TS×TS=14π(TD2-D2)]]>即TD=4(TP×LP+TN×LN+TS×LS)+πD2π]]>先根据本实用新型给定P值在，然后求得TD，得到正极片、负极片及隔膜的厚度和长度的相对关系，再根据电池的其它性能要求进行调整后即可得出正极片、负极片及隔膜的厚度和长度参数。
在本实施例中，正极采用正极活性物质LiCoO2，导电剂乙炔黑，黏结剂PVDF按重量比100∶7∶5在NMP中混合均匀。在厚度为20μm的铝箔上双面敷料，涂抹均匀。在真空烤箱中烘烤干燥，之后进行压制。
负极采用负极活性物质石墨，黏结剂PVDF按重量比100∶10在NMP中混合均匀。在厚度为15μm的铜箔上双面敷料，涂抹均匀，在真空烤箱中烘烤干燥。真空干燥后进行压制。
隔膜采用25μm厚的PP/PE/PP材料。
根据该电池给定其片厚正极TP＝0.160mm，负极LP＝0.150mm，隔膜TS＝0.025mm。再根据上述公式确定片长，见下表1
表1
以上表中，P值分别取2％、3％、4％、5％、8％、10％、13％、15％、16％、20％、22％、25％，制作电池A、B、C、D、E、F、G、H、I、G、K、L。在制作过程中，将正、负极片及隔膜卷饶成涡卷状极芯组件，首先得到理想极芯(见图3)，将其置于电池壳内，由于其周边与电池壳内壁留有间隙6’(此间隙宽度既为TR)。极芯组件在电池壳内开始松开，使得间隙6’较为均匀地分布于重叠的片与片之间，注入电解液，电池极片的每一卷间将会有一点间隙以储存电解液。
比较例制作比较例电池，该电池极芯组件间没有留出间隙，除正、负极片及隔膜长度分别为605mm，670mm，1320mm之外，其余同实施例电池。但该电池卷饶后，涡卷状极芯的理想外径接近电池壳内径17.6mm，没有间隙。
电池性能测试将上述实施例、比较例电池作循环性能测试以1CmA的电流作连续的充放电测试，记录当电池的容量降到其初始容量的80％时所经过的循环次数。测试结果见下表2
表2
由上表可以看出本实用新型电池，极芯间隙率为3～20％时，电池容量为初始容量的80％时的循环次数在250次以上；极芯间隙率为5～15％时，电池容量为初始容量的80％时的循环次数在350次以上。其循环性能优秀，容量衰减慢。
上述实施方式只是体现本实用新型技术方案的一种方案，对于本技术领域的技术人员来讲，无论其对极芯组件结构做何种更改，只要在本实用新型技术范围内，均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种锂离子二次电池，包括由正极片、负极片、隔膜形成的极芯组件及电解液共同收纳在电池壳内，其特征在于所述的极芯组件在电池壳内沿片的重叠方向上留有间隙，其间隙宽度为极芯组件重叠部分厚度的3-20％。
2.如权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于所述的极芯组件在片的重叠方向上留有的间隙均匀地分布于重叠的片与片之间。
3.如权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于所述的极芯组件在电池壳内沿片的重叠方向上留有的间隙宽度为极芯组件重叠部分厚度的5～15％。
专利摘要一种锂离子二次电池，包括由正极片、负极片、隔膜形成的极芯组件及电解液共同收纳在电池壳内，其中所述的极芯组件在电池壳内沿片的重叠方向上留有间隙，该间隙宽度为极芯组件重叠部分厚度的3～20％。该电池具有容量衰减慢、循环性能优秀的优点。
文档编号H01M10/38GK2672885SQ200320125348
公开日2005年1月19日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年12月26日
发明者刘卫平, 刘斯源, 陈署初, 彭高平, 邓鹏 申请人:比亚迪股份有限公司