专利名称：新型结构动力型锂离子电池及其电芯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电池，特别是涉及一种新型结构动力型锂离子 电池。
背景技术：
化学电池是将化学能直接转变为电能的装置。化学电池主要包括作 为密封材料的壳体、壳体内的电解质溶液、以及浸在所述溶液中的正、 负电极或极片和连接电极的导线。在可充电化学电池中，还进一步包括 进行充电操作的电路板，而上述的电解质溶液和正、负电极等被总称为 电芯。
其中，现有锂离子电池是化学电池的一种，目前得到普遍应用。而
自1990年代SONY公司成功实现锂离子可充电电池(又称二次电池) 商业化生产以来，市场上主要生产的是小容量的锂离子可充电电池，其 容量小于2.3安时(Ah)。
对于应用在手机、笔记本电脑等电子产品上的小容量锂离子可充电 电池，其电芯内的极片一般采用巻绕式结构。随着社会的发展，人们对 移动能源的要求越来越高，例如电池容量希望能达到10Ah、 100Ah、 1000 Ah甚至更高。为得到高的电池容量，现有技术电池内的极片采用 叠片式的结构。如图1、图2、图3所示，所述叠片式电池包括正极片 ll和与之层叠的负极片12。所述正极片ll和负极片12之间釆用隔膜 13隔开。但是，叠片式结构会导致电池放电效率低以及电池极片毛刺多， 而巻绕体结构在用于大容量(大于10安时Ah)锂离子可充电电池时， 其电池的极片过长，生产难以操作和控制。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种容量大而且容易制作、 质量可靠的新型结构动力型锂离子电池及其电芯。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是提供一 种新型结构动力型锂离子电池，其包括多个巻绕体，每个巻绕体包括正 极片和负极片，所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述正极片、 负极片以及隔膜巻绕成块状，至少两个所述巻绕体的正极片内部并联， 并且所述至少两个巻绕体的负极片内部并联。
其中，所述正极片和负极片都包括活性物质、集流体以及粘结剂， 所述正极片的活性物质为磷酸亚铁锂，正极集流体为铝箔，所述负极片 的活性物质为中间相碳微球，负极集流体为铜箔，隔膜为三层复合的聚 丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜，粘结剂为阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯。
其中，所述正极片和负极片都包括活性物质，所述正极片的活性物 质为磷酸锰锂、三元材料氧化镍钴锰锂、锰酸锂、钴酸锂或硅酸锰酸锂， 所述负极片的活性物质为Ait石墨、天然石墨或钬酸锂，或者为人造石 墨和天然石墨的〉'昆合物。
其中，所述电池的壳体为自阻燃型硬质聚氯乙烯密封材料。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是提供 一种新型结构动力型锂离子电池的电芯，其包括多个巻绕体，每个巻绕 体包括正极片和负极片，所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述 正极片、负极片以及隔膜巻绕成块状，所述多个巻绕体的正极片内部并 联，并且所述多个巻绕体的负极片内部并联。
本实用新型的有益效果是区别于现有技术采用巻绕体结构的电池 难以取得大容量的性能、也区别于现有技术采用叠片式结构的电池产生 毛刺多的问题，本实用新型针对性提出一种新型的极片设置结构，即正 极片、负极片和隔膜采用多个巻绕体内部并联连接的结构，该结构可以 改善现有技术叠片式结构放电效率低、电池极片毛剌多的缺点，同时在 制作大容量电池时可解决单一巻绕体结构的^f及片过长、生产难以操作和 控制的缺点。采用本实用新型新型结构的锂离子电池，单个电芯容量可以达到40安时Ah以上，特别适合作为电动车的电动能源，也适合于钴 酸锂电池体系、锰酸锂电池体系、三元材料(氧化镍钴锰锂)电池体系、 磷酸亚铁锂电池体系、磷酸锰锂电池体系、硅酸锰锂电池体系等，应用 广泛。
图l是现有^t支术叠片式结构电池的立体示意图； 图2是图1中极片的示意图； 图3是图1中A-A'方向的剖视图4是本实用新型新型结构动力型锂离子电池电芯的立体示意图5是图4中电芯的侧面示意图6是图5电芯中一个巻绕体的立体示意图7是图6中B-B，方向的剖视图。
具体实施方式
本实用新型新型结构动力型锂离子电池包括多个巻绕体。每个巻绕 体包括正极片和负极片。所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述 正极片、负极片以及隔膜巻绕成块状。至少两个所述巻绕体的正极片内 部并联，并且所述至少两个巻绕体的负极片内部并联。
除上述内部并联的至少两个所述巻绕体的正负极片外，其他极片可 以采用叠片式结构。
当然，可以全部正极片都内部并联，全部负极片都内部并联。比如 参阅图4和图5，分别是本实用新型一种新型结构动力型锂离子电池内 电芯30的立体示意图和侧面示意图。所述电芯30包括多个巻绕体31， 所述多个巻绕体31采用内部并联的方式组合成电芯30。
参阅图6和图7，单个巻绕体31包括正极片312和与之层叠的负极 片313。所述正极片312和负极片313之间釆用隔膜311隔开，所述正 极片312、负极片313以及隔膜311巻绕成块状。
以上可以了解，区别于现有技术采用巻绕体结构的电池难以取得大 容量的性能、也区别于现有技术采用叠片式结构的电池产生毛刺多的问题，本实用新型针对性提出一种新型的极片设置结构，即正极片、负极 片和隔膜采用多个巻绕体内部并联连接的结构，该结构可以改善现有技 术叠片式结构》文电效率低、电池极片毛刺多的缺点，同时在制作大容量 电池时可解决单一巻绕体结构的极片过长、生产难以操作和控制的缺 点。
采用本实用新型新型结构的锂离子电池，单个电芯容量可以达到40 安时以上，特别适合作为电动车的电动能源，也适合于钴酸锂电池体系、 锰酸锂电池体系、三元材料(氧化镍钴锰锂)电池体系，磷酸亚铁锂电 池体系、磷酸锰锂电池体系、硅酸锰锂电池体系等，应用广泛。
所迷正极片和负极片都包括活性物质、集流体以及粘结剂。所述正 极片的活性物质为磷酸亚铁锂，正极集流体为铝箔。所述负极片的活性 物质为中间相碳微球，负极集流体为铜箔。隔膜为三层复合的聚丙烯/ 聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜。粘结剂为阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯，可以取
得较好的粘结效果。
或者，所述正极片的活性物质为磷酸锰锂、三元材料氧化镍钴锰锂、 锰酸锂或钴酸锂、硅酸锰锂；所述负极片的活性物质为人造石墨、天然 石墨或钬酸锂，或者为人造石墨和天然石墨的混合物。在采用钛酸锂作 为极片材料时，可以阻燃，电池安全性高。
所述电池包括作为密封材料的壳体(图未示)，所述壳体可以为自阻 燃型硬质聚氯乙烯塑料。下面举两个具体实施方式
，以方便进一步了解 本实用新型。
实施方式一
本实施例以正极片，负极片和隔膜采用多个巻绕体内部并联连接的 结构制造40安时的磷酸亚4失锂电池，采用IO个巻绕体内部并联连接， 电池的正极活性物质为磷酸亚铁锂，正极集流体为铝箔，电池的负极活 性物质为中间相碳微球，负极集流体为铜箔，隔膜为三层复合的(聚丙 烯/聚乙烯/聚丙烯)微孔隔膜，粘结剂为阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯， 以水作为粘结剂的溶剂，电解液为溶剂由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲 乙酉旨(EMC )、碳酸丙烯酉旨(PC )、碳酸二曱酉旨(DMC )、碳酸二乙酯(DEC )、 碳酸甲丙酯(MPC)、乙酸乙酯等加上锂盐六氟磷酸锂和添加剂丙磺酸内酉旨、碳酸亚乙埽酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(乙烯基碳酸亚乙酯，VEC)、 亚硫酸乙烯酯、硅胺烷类等物质组成。电池的密封材质(外壳，电池壳 盖)为自阻燃型硬质聚氯乙烯塑料，所制得的电池外形如图四所示。 10个巻绕体内部并联连接的结构的各部件尺寸 单个巻绕体的正极极片尺寸宽134mmx长800mm。 单个巻绕体的负极极片尺寸宽135mmx长980mm。 单个巻绕体的隔膜纸尺寸厚0.4mmx宽150mmx总长(约)L7M。 单个巻绕体的正极面密度约40mg/cm2。 单个巻绕体的负极面密度约21mg/cm2。 单个巻绕体的总尺寸厚3mmx宽97mmx长150mm。 10个巻绕体并联后的总尺寸厚31.5mmx宽97mmx长150mm。 单个巻绕体的容量4安时。 IO个巻绕体并联后的容量40安时。 电池的总尺寸厚47mmx宽115mmx高185mm。
实施方式二
将实施例一中采用10个巻绕体内部并联连接的结构，改为采用5 个巻绕体内部并联连接的结构，其余不变。
5个巻绕体内部并联连接的结构的各部件尺寸
单个巻绕体的正极极片尺寸宽134mmx长1600mm。
单个巻绕体的负极极片尺寸宽135mmx长1780mm。
单个巻绕体的隔膜纸尺寸厚0.4mmx宽150mmx总长(约)3.4M。
单个巻绕体的正极面密度约40mg/cm2。
单个巻绕体的负极面密度约21mg/cm2。
单个巻绕体的总尺寸厚6mmx宽97mmx长150mm。
5个巻绕体并联后的总尺寸厚31mmx宽97mmx长150mm。
单个巻绕体的容量8安时。
5个巻绕体并联后的容量40安时。
电池的总尺寸厚47mmx宽U5mmx高185mm。以下举两个现有^支术巻绕式和叠片式电芯结构例子，以对比上述本 实用新型实施方式。
比较实施例一用叠片工艺制造40安时的磷酸亚4失锂电池，电池的 各部件尺寸
单个正极极片尺寸宽94mmx长134mm。总的正极片数量82片。 单个极极片尺寸宽95mmx长135mm。总的负极片数量83片。 隔膜纸尺寸厚0.4mmx宽150mmx总长(约)17M。 正才及面密度约40mg/cm2。 负极面密度约21mg/cm2。
叠片体的总尺寸厚30mmx宽97mmx长150mm。 电池的总尺寸厚47mmx宽115mmx高185mm。
比较实施例二用巻绕工艺工艺制造40安时的磷酸亚铁锂电池，电 池的各部件尺寸
正极极片尺寸宽134mmx长7700mm。 负极极片尺寸宽135mmx长7880mm。 隔膜纸尺寸厚0.4mmx宽150mmx总长(约)17M。 正极面密度约40mg/cm2。 负极面密度约21mg/cm2。
巻绕体的总尺寸厚30mmx宽97mmx长150mm。 电池的总尺寸厚47mmx宽115mmx高185mm。
从上面的比较可以知道，采用现有技术叠片工艺制造40安时的磷酸 亚铁锂电池时，总的正极片数量82片，总的负极片数量83片，极片片 数多，产生毛刺的几率高，生产成本也高。而采用现有技术单个巻绕体 工艺制造40安时的磷酸亚铁锂电池时，电池正极极片长达7.7米，负极 极片长达7.8米。极片强度低，7.8米太长易断，生产中难以控制。采用 本实用新型其中一个实施方式的多个巻绕体内部并联连接的结构制造 40安时的磷酸亚铁锂电池时，电池正极极片长0.8米，负极极片长0.82米，总的正极片数量10片，总的负极片数量10片。说明多个巻绕体内
部并联连接的结构可以解决现有技术叠片工艺极片片数多和单个巻绕 体工艺的极片太长易断的缺点。
在更多实施方式中，可以将负极活性物质中间相碳微球改为石黑类
物质，如人造石墨(比如石油焦、高纯石墨、针状焦、G4料、碳纤维等)、 天然石墨(如包覆的天然石墨等)或钛酸锂、或者是人造石墨和天然石墨 的混合物。
或者将电池的密封材质(外壳，电池壳盖)的自阻燃型石更质聚氯乙 烯塑料替换为不锈钢，或改为铝塑复合膜或铝壳材质，其余不变。
而正负极片的粘结剂阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯可以替换为聚偏氟 乙烯，溶剂用N-甲基吡咯垸酮。
本实用新型化学电池容量可以做成10Ah(安时)、100Ah(安时)、1000 Ah(安时)甚至更高，电池的尺寸则相应调整。
本实用新型中，所述隔膜可以采用40nm厚的PP/PE/PP三层复合隔 膜，按正极、隔膜、负极、隔膜、正极循环交替形式进行叠片。隔膜可 以为连续的S形状。
本实用新型应用于磷酸锰锂锂离子电池时，可以做成方型外壳，其 上盖与下壳体可以采用PVC专用胶水粘按在一起，或用加热的金属片将 上盖与下壳体热熔按在一起。最后壳体内装入上述结构形式的正负极片 和隔膜叠片体，再进行真空烘千，注入非水电解液，将注液口用双重(两 级)密封圈密封好。
以上所述4又为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型 的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或 等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括 在本实用新型的专利保护范围内。
权利要求1.一种新型结构动力型锂离子电池，其特征在于，包括多个卷绕体，每个卷绕体包括正极片和负极片，所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述正极片、负极片以及隔膜卷绕成块状，至少两个所述卷绕体的正极片内部并联，并且所述至少两个卷绕体的负极片内部并联。
2. 根据权利要求1所述的电池，其特征在于所述正极片和负极 片都包括活性物质、集流体以及粘结剂，所述正极片的活性物质为磷酸 亚铁锂，正极集流体为铝箔，所述负极片的活性物质为中间相碳微球， 负极集流体为铜箔，隔膜为三层复合的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜， 粘结剂为阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯。
3. 根据权利要求1所述的电池，其特征在于所述正极片和负极 片都包括活性物质，所述正极片的活性物质为磷酸锰锂、三元材料氧化 镍钴锰锂、锰酸锂、钴酸锂或硅酸锰酸锂，所述负极片的活性物质为人 造石墨、天然石墨或钬酸锂，或者为人造石墨和天然石墨的混合物。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的电池，其特征在于所述电 池的壳体为自阻燃型硬质聚氯乙烯密封材料。
5. —种新型结构动力型锂离子电池的电芯，其特征在于包括多 个巻绕体，每个巻绕体包括正极片和负极片，所述正极片和负极片之间 采用隔膜隔开，所述正极片、负极片以及隔膜巻绕成块状，所述多个巻 绕体的正极片内部并联，并且所述多个巻绕体的负极片内部并联。
6. 根据权利要求5所述的电芯，其特征在于所述正极片和负极 片都包括活性物质、集流体以及粘结剂，所述正极片的活性物质为磷酸 亚铁锂，正极集流体为铝箔，所述负极片的活性物质为中间相碳微球， 负极集流体为铜箔，隔膜为三层复合的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔隔膜， 粘结剂为阿拉伯胶和改性聚氧化乙烯。
7. 根据权利要求5所述的电芯，其特征在于所述正极片和负极 片都包括活性物质，所述正极片的活性物质为磷酸锰锂、三元材料、锰 酸锂、钴酸锂或硅酸锰酸锂，所述负极片的活性物质为人造石墨、天然 石墨或钛酸锂，或者为人造石墨和天然石墨的混合物。
专利摘要本实用新型公开一种新型结构动力型锂离子电池及其电芯。所述新型结构动力型锂离子电池包括多个卷绕体，每个卷绕体包括正极片和负极片，所述正极片和负极片之间采用隔膜隔开，所述正极片、负极片以及隔膜卷绕成块状，至少两个所述卷绕体的正极片内部并联，并且所述至少两个卷绕体的负极片内部并联。本实用新型电池容量大而且容易制作、质量可靠。
文档编号H01M2/26GK201383526SQ20092013538
公开日2010年1月13日 申请日期2009年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者吴建平, 吴有星, 吴永文, 姚培新, 庄云南, 张贵萍, 曾国权, 振 李, 赖志鑫, 刚 邓, 黄子欣 申请人:优科能源(漳州)有限公司