專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電池芯及二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種以提高體積能量密度、及降低成本為目的的扁平形卷繞電池芯及具有該電池芯的二次電池。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，人們?yōu)榱颂岣唧w積能量密度，以提高放電特性，在電極芯結(jié)構(gòu)上做了很多改進(jìn)。以新型實(shí)用的鋰二次電池為例，其中很多場(chǎng)合應(yīng)用到扁平形(或方形)電池，而且要求電池做的越來(lái)越薄。在方形的電池外殼中，一般都收裝有扁平形卷繞的電池芯，包括正極片，負(fù)極片和位于正負(fù)極片之間的隔膜。此種扁平形卷繞電池芯結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用如下方法制作，使用截面為圓形的并在其直徑方向設(shè)置了狹縫的卷針，在所述狹縫中穿過(guò)帶狀隔膜，通過(guò)一邊在隔膜的各個(gè)面上咬住正負(fù)極片，一邊卷繞，形成圓柱形的卷繞電極體，在除去所述卷針后，對(duì)電極體加壓成形，即形成如圖1所示的扁平形卷繞電池芯。
但是，用該方法制造的如圖1所示的電池芯，在電極體中央部形成四片隔膜重合的形狀，其中的三片隔膜都屬于對(duì)絕緣沒(méi)有貢獻(xiàn)的多余部分，因此卷繞電極體的厚度增加，從而使體積變大，造成體積能量密度變低的問(wèn)題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，公開(kāi)號(hào)為CN1574441A的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種扁平形卷繞電極體的制造方法，通過(guò)該方法制造的扁平形卷繞電極體如圖2所示。即，當(dāng)從短徑方向透視扁平形卷繞電極體的卷繞中心時(shí)，位于最內(nèi)側(cè)的同極的電極板之間夾隔兩片隔膜而相互面對(duì)。根據(jù)所述構(gòu)成，當(dāng)從短徑方向透視所述扁平形卷繞電極體的卷繞中心時(shí)，由于存在于位于最內(nèi)側(cè)的同極的電極板之間的隔膜與以往的技術(shù)四片相比，減少到兩片，因此可以提高體積能量密度。
現(xiàn)在較常見(jiàn)的制造扁平形卷繞電極體的方法是直接采用平板形卷針對(duì)正負(fù)極片和隔膜進(jìn)行卷繞。如圖3所示，使用兩塊平板疊置在一起的平板形卷針，先將一張隔膜對(duì)折成雙層，將隔膜的對(duì)折部分固定在兩塊平板形卷針之間，并保證隔膜對(duì)折部分的前端超出卷針幾毫米，將一電極片放在對(duì)折的隔膜之間，開(kāi)始卷繞，卷至少許后，將另一電極片放置在隔膜的另一面，電極片前端頂住隔膜對(duì)折部分的，繼續(xù)卷繞，形成扁平形的卷繞電極體，在除去所述平板形卷針后，對(duì)電極體稍微加壓成形，即形成如圖4所示的扁平形卷繞電極體。根據(jù)所述構(gòu)成，當(dāng)從短徑方向透視所述扁平形卷繞電極體的卷繞中心時(shí)，由于存在于位于最內(nèi)側(cè)的一電極板兩面的隔膜與以往的技術(shù)相比，減少到一面是一片，另一面是三片，因此可以提高體積能量密度。
但是，用上述兩種方法制造的如圖2、圖4所示的電極體，在電極體中央一電極板的兩面形成共四片隔膜的形狀，其中的兩片隔膜都屬于對(duì)電池芯沒(méi)有貢獻(xiàn)的多余部分，因此，沒(méi)有最大發(fā)揮空間效用，依然造成體積能量密度變低的問(wèn)題。此外，在大規(guī)模生產(chǎn)中，這些多余部分原材料所占用的不低的成本也是一個(gè)須待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服生產(chǎn)成本和體積能量密度低的缺點(diǎn)，從而提供一種能降低隔膜成本且體積能量密度高的電池芯。
本實(shí)用新型要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種能降低隔膜成本且體積能量密度高的二次電池。
為解決第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種電池芯，包括由正極片、負(fù)極片和位于它們之間的隔膜卷繞而成的扁平形電極體，其中，位于所述電極體最內(nèi)層的相鄰電極片之間夾隔一層起絕緣作用的隔膜。
為解決第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種二次電池，包括殼體、收納于殼體的電池芯和電解液，其中，所述電池芯，包括由正極片、負(fù)極片和位于它們之間的隔膜卷繞而成的扁平形電極體，其中，位于所述電極體最內(nèi)層的相鄰電極片之間夾隔一層起絕緣作用的隔膜。
上述電池芯和二次電池中，所述正極片包括正極集電體和涂覆在正極集電體上的含鋰金屬氧化物層。
上述電池芯和二次電池中，所述負(fù)極片包括負(fù)極集電體和涂覆在負(fù)極集電體上的可嵌入脫出鋰的活性物質(zhì)層。
上述電池芯和二次電池中，所述隔膜為可使鋰離子自由穿過(guò)的微孔有機(jī)聚合物膜。優(yōu)選為微孔聚丙烯膜、微孔聚乙烯膜或他們的復(fù)合膜。
由于采用了以上的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，帶來(lái)了如下的有益效果本實(shí)用新型避免了現(xiàn)有技術(shù)在電極體中央電極板的兩面形成多層隔膜情況。在電池芯的最里層對(duì)應(yīng)的相鄰極片之間只有一層隔膜，節(jié)省了隔膜被極片夾隔的多余層的部分，所以提高了空間利用率，提高了電池體積能量密度，并節(jié)省了材料和生產(chǎn)成本。

下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1是第一種現(xiàn)有技術(shù)扁平形卷繞電池芯結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是第二種現(xiàn)有技術(shù)扁平形卷繞電池芯結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是第三種現(xiàn)有技術(shù)扁平形卷繞電池芯的制作示意圖；圖4是第三種現(xiàn)有技術(shù)扁平形卷繞電池芯結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型扁平形卷繞電池芯的制作示意圖；圖6是本實(shí)用新型扁平形卷繞電池芯結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，正極片-1，負(fù)極片-2，隔膜-3，殼體-4。
具體實(shí)施方式構(gòu)成本使用新型電池芯和二次電池所用的電池部件沒(méi)有特定的限制，可以使用以往使用的各種構(gòu)成部件，優(yōu)選使用鋰二次電池及其常規(guī)構(gòu)件。
比如，作為正極材料，可以使用含有鋰的可充放電鋰電池中通常使用的任何材料。例如LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4等復(fù)合金屬氧化物或含有鋰的層間化合物等。另外，正極材料中還可含有少量的導(dǎo)電劑，作為導(dǎo)電劑，只要在所構(gòu)成的電池內(nèi)，不發(fā)生化學(xué)變化的導(dǎo)電性材料即可，例如乙炔黑、石墨粉和導(dǎo)電性碳纖維等。通過(guò)將該鋰化合物粉末、導(dǎo)電粉末和粘合劑混合的漿料涂布到正極集電體(比如鋁箔)上，干燥后，進(jìn)行適當(dāng)加工，可制成鋰二次電池的正極片。
作為負(fù)極材料，可以使用可吸收釋放鋰的可充放電鋰電池中通常使用的任何材料。比如鋰合金、碳材料、無(wú)機(jī)氧化物等。常規(guī)鋰二次電池負(fù)極材料多采用碳材料，如天然石墨或人造石墨等。通過(guò)將該碳負(fù)極材料和粘合劑混合的漿料涂布到負(fù)極集電體(比如銅箔)上，干燥后，進(jìn)行適當(dāng)加工，可制成鋰二次電池的負(fù)極片。
作為隔膜，可以使用可充放電鋰電池中通常使用的任何材料。比如可以為可使鋰離子自由穿過(guò)的微孔有機(jī)聚合物膜。優(yōu)選為微孔聚丙烯膜、微孔聚乙烯膜或他們的復(fù)合膜。
非水電解液通過(guò)適當(dāng)組合有機(jī)溶劑與溶質(zhì)來(lái)使用，可以使用可充放電鋰電池中通常使用的任何非水電解液。作為非水溶劑，可舉含有碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯和甲基乙基碳酸酯等溶劑，作為電解質(zhì)溶質(zhì)，可舉六氟磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)和三氟甲烷磺酸鋰(LiCF3SO3)等。
實(shí)施例1以制作LP043048A型電池為例，該型號(hào)使用寬度為23mm的平板形卷針。如圖5所示，卷繞電池芯所用的平板形卷針包括主卷針6和副卷針5，主卷針6和副卷針5疊置在一起構(gòu)成平板形卷針。卷繞前，先將隔膜對(duì)折成上下兩層，然后將下層隔膜用兩平板卷針夾緊，固定在卷繞機(jī)上，再把負(fù)極片(圖中未示出)放置在上下兩片隔膜之間，負(fù)極片與上下隔膜對(duì)齊，開(kāi)始卷繞，卷繞少許之后，再把正極片放置在上層隔膜上，并與隔膜和負(fù)極片對(duì)齊，繼續(xù)卷繞，形成扁平形的卷繞電極體，在除去所述平板形卷針后，對(duì)電極體稍微加壓成形，即形成如圖6所示的扁平形卷繞電極體。
將上述方法制得的電池芯收納于外殼4內(nèi)，注入電解液，封口、化成并分容，便制備出本實(shí)用新型的鋰二次電池。
比較例1如圖3所示，使用兩塊平板疊置在一起的平板形卷針，先將一張隔膜對(duì)折成雙層，將隔膜的對(duì)折部分固定在兩塊平板形卷針之間，并使隔膜對(duì)折部分的前端超出卷針幾毫米，再把負(fù)極片(圖中未示出)放置在上下兩片隔膜之間，負(fù)極片與上下隔膜對(duì)齊，開(kāi)始卷繞，卷繞少許之后，再把正極片(圖中未示出)放置在上層隔膜上，并與隔膜和負(fù)極片對(duì)齊，繼續(xù)卷繞，形成扁平形的卷繞電極體，在除去所述平板形卷針后，對(duì)電極體稍微加壓成形，即形成如圖4所示的扁平形卷繞電極體。
比較例1中，需要使用隔膜的長(zhǎng)度為666mm，實(shí)施例1中，需要使用隔膜的長(zhǎng)度為610mm。實(shí)施例和比較例中，極芯的寬度一致，而隔膜的長(zhǎng)度卻節(jié)省了56mm，節(jié)省率為56/666＝8.41％，利用率為56/610＝9.18％。即對(duì)于同樣的隔膜長(zhǎng)度，如果原方法可以卷10000支電池，新方法可以卷10918支電池，多卷918支電池。因而大大提高了隔膜的利用率，降低了電池內(nèi)的隔膜成本。另一方面，也充分利用了電池內(nèi)部空間，提高了電池空間利用率，從而提高了電池的體積能量密度。
本使用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)所涉及到的有關(guān)電池的成本和體積能量密度問(wèn)題。在保證鋰離子電池的品質(zhì)的同時(shí)通過(guò)改進(jìn)電芯在卷繞時(shí)的隔膜使用方法，從而在電池總體卷繞圈數(shù)不變的情況下最大限度地降低了隔膜的長(zhǎng)度，達(dá)到降低電池成本和體積能量密度的目的。該方法的操作技術(shù)成熟，員工使用時(shí)非常簡(jiǎn)單，不影響生產(chǎn)效率。
權(quán)利要求1.一種電池芯，包括由正極片、負(fù)極片和位于它們之間的隔膜卷繞而成的扁平形電極體，其特征在于，位于所述電極體最內(nèi)層的相鄰電極片之間夾隔一層起絕緣作用的隔膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池芯，其特征在于，所述正極片包括正極集電體和涂覆在正極集電體上的含鋰的金屬氧化物或?qū)娱g化合物層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池芯，其特征在于，所述負(fù)極片包括負(fù)極集電體和涂覆在負(fù)極集電體上的可吸收釋放鋰的活性物質(zhì)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池芯，其特征在于，所述隔膜為可使鋰離子自由穿過(guò)的微孔有機(jī)聚合物膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池芯，其特征在于，所述微孔有機(jī)聚合物膜包括微孔聚丙烯膜、微孔聚乙烯膜或他們的復(fù)合膜。
6.一種二次電池，包括殼體、收納于殼體的電池芯和電解液，其特征在于，所述電池芯選自權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的電池芯。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及了一種電池芯，包括由正極片、負(fù)極片和位于它們之間的隔膜卷繞而成的扁平形電極體，其中，位于所述電極體最內(nèi)層的相鄰電極片之間夾隔一層起絕緣作用的隔膜。本實(shí)用新型還涉及了一種二次電池，包括殼體、收納于殼體的電池芯和電解液，其中，所述電池芯采用上述的電池芯。本實(shí)用新型的電池芯及二次電池可以有效的提高體積能量密度、及降低成本。
文檔編號(hào)H01M10/04GK2809895SQ20052014407
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者劉衛(wèi)平, 肖宏, 何昱臣 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司