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一种锂离子电池及其制备方法

文献发布时间:2023-06-19 16:09:34



技术领域

本发明涉及电池技术领域,具体是一种锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型二次电池,具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点,在便携式电器、电动工具、大型贮能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。

现有的电池的电芯采用卷绕制作而成,需要将正极极片,负极极片,隔膜卷绕成卷芯,在其前置步骤中,还涉及到配料匀浆,涂布,辊压,分条,制片,加工步骤繁琐,生产效率低。

发明内容

本申请实施例通过提供一种锂离子电池,解决了现有技术中电池的卷芯的制备需要涉及到配料匀浆,涂布,辊压,分条,制片,加工步骤繁琐的技术问题,实现了简化加工步骤,提高工作效率。

为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

一种锂离子电池,包括:

电极组件,包括第一活性物质层、第二活性物质层和用于分隔所述第一活性物质层与所述第二活性物质层的隔膜;

导电壳体,设置有开口,所述第一活性物质层涂覆于所述导电壳体的内壁;

导电部,与所述导电壳体的极性相反,所述导电部的一端伸入所述导电壳体的内部,另一端绝缘密封所述开口,所述导电部在位于所述导电壳体内的外表面上涂覆有所述第二活性物质层。

优选的,所述导电部包括第一主体部和第二主体部,所述第一主体部设置于所述导电壳体的内部,所述第二主体部设置于所述开口,所述第二活性物质层涂覆于所述第一主体部的外表面,所述第二主体部与所述开口绝缘连接。

优选的,所述第一活性物质层的厚度占所述电极组件径向厚度的40~55%。

优选的,所述第二活性物质层的厚度占所述电极组件径向厚度的45~60%。

优选的,所述隔膜的厚度为12~40μm。

优选的,所述壳体为铁或铁合金。

优选的,所述导电部为铝、铝合金、铁、铁合金中的一种。

优选的,所述第一活性物质层或所述第二活性物质层与所述隔膜之间形成有间隙。

优选的,所述间隙的宽度占所述电极组件径向厚度的1.5~3%。

本发明的另一目的在于:提供说明书前文所述的一种锂离子电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

将第一活性物质浆料压延至导电壳体的内壁,得到第一电极;

将第二活性物质浆料压延至导电部的外表面,得到第二电极;

将隔膜包裹在第一活性物质浆料或第二活性物质浆料上;

将第二电极沿导电壳体的长度方向装配到第一电极上,并使第一活性物质浆料、隔膜、第二活性物质依次设置于导电壳体和导电部之间;

对导电壳体与导电部的接触部分进行绝缘密封处理,得到电池。

与现有技术相比,本发明取得的有益效果为:

一种锂离子电池,通过把导电壳体和导电部当做电池的集流体,将第一活性物质层涂覆于导电壳体的内壁,第二活性物质层涂覆于导电部位于所述导电壳体内的外表面,有效的得到电池的极片,隔膜用于分隔第一活性物质层和第二活性物质层,当将导电部的一端通过开口装配到导电壳体上时,隔膜设置于第一活性物质层和第二活性物质层之间,导电部的另一端与开口绝缘密封,有效的完成对电池的组装,该电池结构简单,无需分条、制片、卷绕等工序进行加工,有效的节省加工工序和设备,从而提高生产效率,降低了生产成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A处的结构示意图。

图3为本发明电极组件膨胀前的结构示意图之一。

图4为本发明电极组件膨胀前的结构示意图之二。

图5为本发明电极组件膨胀后的结构示意图。

图6为本发明导电部的结构示意图。

附图标记:

1、电池;

2、电极组件;21、第一活性物质层;22、第二活性物质层;23、隔膜;

3、导电壳体;31、开口;32、侧壁;33、底壁;331、卷边部;332、压接部;

4、导电部;41、第一主体部;42、第二主体部;421、凸包;

5、间隙;

6、绝缘件。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

现有的锂离子电池包括壳体、顶盖、电芯,壳体上设置有开口,顶盖覆盖开口,并与壳体形成有容纳电芯的密闭空间。电芯包括正极片、负极片以及设置于正极片和负极片之间的隔膜,电芯可通过正极片、隔膜、负极片依次堆叠形成,或通过正极片、隔膜、负极片依次堆叠后卷绕形成。正极片包括正极集流体以及涂覆于正极集流体上的正极活性物质层,负极片包括负极集流体以及涂覆于负极集流体上的负极活性物质层。

下面结合图1至图6根据本发明实施例的锂离子电池进行详细描述。

实施例一

请参阅图1~6,一种锂离子电池,包括导电壳体3、导电部4、电极组件2;电极组件2,包括第一活性物质层21、第二活性物质层22和用于分隔第一活性物质层21与第二活性物质层22的隔膜23;导电壳体3,设置有开口31,第一活性物质层21涂覆于导电壳体3的内壁;导电部4,与导电壳体3的极性相反,所述导电部4的一端伸入导电壳体3的内部,另一端绝缘密封开口31,导电部4在位于所述导电壳体3内的外表面上涂覆有第二活性物质层22。

与现有技术相比,本实施例为一种锂离子电池,通过把导电壳体3和导电部4当做电池1的集流体,将第一活性物质层21涂覆于导电壳体3的内壁,第二活性物质层22涂覆于导电部4位于所述导电壳体3内的外表面,有效的得到电池1的极片,隔膜23用于分隔第一活性物质层21和第二活性物质层22,当将导电部4的一端通过开口31装配到导电壳体3上时,隔膜23设置于第一活性物质层21和第二活性物质层22之间,导电部4的另一端与开口31绝缘密封,有效的完成对电池1的组装,该电池1结构简单,无需分条、制片、卷绕等工序进行加工,有效的节省加工工序和设备,从而提高生产效率,降低了生产成本。

本发明实施例的导电壳体3为具有开口31的筒状结构,导电部4安装于该筒状结构上,导电部4的上端与开口31绝缘连接,并与导电壳体3形成容纳电极组件2的密闭空间。

示例性地,导电壳体3包括侧壁32和底壁33,开口31设置于侧壁32的一端,底壁33连接于侧壁32远离开口31的另一端,侧壁32为管状结构,底壁33为板状结构,其形状与侧壁32的形状相对应。第一活性物质层21可涂覆于侧壁32和/或底壁33上。

侧壁32和底壁33可一体成型结构,即导电壳体3为一体成型的构件。当然,侧壁32和底壁33也可以为分开提供的两个构件,然后通过焊接、铆接、粘接等方式连接在一起。

本发明实施例的导电壳体3为铁或铁合金。通过导电壳体3为铁或铁合金的设置,有效的增加导电壳体3的选择,使用时,可根据实际需求进行设置。

本发明实施例的导电部4的横截面为T字型。

本发明实施例的导电部4包括第一主体部41和第二主体部42,第一主体部41设置于导电壳体3的内部,第二主体部42设置于开口31,第二活性物质层22涂覆于第一主体部41的外表面,第二主体部42与开口31绝缘连接。通过第一主体部41和第二主体部42的设置,第二活性物质层22涂覆于第一主体部41上,第一主体部41设置于导电壳体3内,第二主体部42设置于开口31,第二主体部42用于与开口31绝缘连接,并与导电壳体3形成容纳电极组件2的密闭空间,有效的实现对电池1的组装。

可选的,第一主体部41和第二主体部42为一体成型结构,即导电部4为一体成型的构件,与分体式构件相比,一体成型结构的第一主体部41和第二主体部42的连接牢固性较好,无需二次加工连接两个部件,有效的防止第一主体部41和第二主体部42从连接部断开,影响导电部4的过流效果导致电池1失效,从而提高电池1的质量。

需要说明的是,侧壁32包括形成在第二主体部42的下部处的卷边部331以及形成在第二主体部42的上部处的向内弯曲的压接部332,电池1墩封前,需要在导电壳体3的侧壁32上设置有卷边部331,为电池1墩封做准备,电池1墩封后,导电壳体3的侧壁32上形成有第二主体部42的上部处的向内弯曲的压接部332。

需要说明的是,侧壁32的卷边部331可通过滚槽机加工形成。

优选的,第二主体部42的顶部形成有凸包421,第二主体部42可通过凸包421与外部的电源连接,有效的提高第二主体部42的连接效果,防止因第二主体部42的端面低于压接部332的端面导致与外部电源接触不良。凸包421的横截面形状为方形、梯形、五边形、六边形中的一种,使用时,可根据实际需求进行设置。

本发明实施例的导电部4为铝、铝合金、铁、铁合金中的一种。通过导电部4为铝、铝合金、铁、铁合金中的一种的设置,有效的增加导电部4的选择,使用时,可根据实际需求进行设置。

本发明实施例的导电壳体3的开口31与导电部4之间设置有绝缘件6,绝缘件6用于对导电壳体3的开口31与导电部4之间进行绝缘,有效的防止导电壳体3与导电部4发生接触导致电池1短路。可选的,绝缘件6为PP或PE中的一种。

导电壳体3与导电部4的极性至少包括以下方式:

第一种:当导电壳体3为负极,导电部4为正极时:

第一活性物质层21包括第一活性材料、导电剂、粘结剂,其中,第一活性材料为碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物中一种或多种。

第二活性物质层22包括第二活性材料、导电剂、粘结剂,其中,第二活性材料为钴酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂、磷酸镍锂、锰酸锂、三元材料中的一种或几种。

导电剂为导电碳黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种。导电碳黑可选自乙炔黑、科琴黑、SuperP、SuperS、350G中的一种或几种。粘结剂包括丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化橡胶、聚氨酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇、海藻酸、海藻酸钠中的一种或几种。

第二种:当导电壳体3为正极,导电部4为负极时:

与第一种不同的是:

第一活性材料为钴酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂、磷酸镍锂、锰酸锂、三元材料中的一种或几种。

第二活性材料为碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物中一种或多种。

需要说明的是,三元材料是指由三种化学成分(元素),组分(单质及化合物)或部分(零件)组成的材料整体,包括合金、无机非金属材料、有机材料、高分子复合材料等,其应用广泛。锂电池1三元正极材料一般为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂,所使用的原料的比例可以根据实际需要调整。

本发明实施例的第一活性物质层21的厚度占电极组件2径向厚度的40~55%。通过第一活性物质层21的厚度设置,第一活性物质层21的厚度占电极组件2径向厚度的40~55%,可选的,第一活性物质层21的厚度占电极组件2径向厚度的40~43%、43~46%、46~49%、49~52%、52~55%,第一活性物质层21的厚度不能太厚,也不能太薄,当第一活性物质层21的厚度过厚,容易影响第二活性物质层22的厚度,使第二活性物质层22的厚度过薄,当第一活性物质层21的厚度过薄时,也容易影响第二活性物质层22的厚度,使第二活性物质层22的厚度过厚,因此,第一活性物质层21的厚度占电极组件2径向厚度的40~55%时,第一活性物质层21的厚度最优。

本发明实施例的第二活性物质层22的厚度占电极组件2径向厚度的45~60%。通过第二活性物质层22的厚度设置,第二活性物质层22的厚度占电极组件2径向厚度的45~60%,可选的,第一活性物质层21的厚度占电极组件2径向厚度的45~48%、48~51%、51~54%、54~57%、57~60%,第二活性物质层22的厚度不能太厚,也不能太薄,当第二活性物质层22的厚度过厚,容易影响第一活性物质层21的厚度,使第一活性物质层21的厚度过薄,当第二活性物质层22的厚度过薄时,也容易影响第一活性物质层21的厚度,使第一活性物质层21的厚度过厚,因此,第二活性物质层22的厚度占电极组件2径向厚度的45~60%时,第而活性物质层的厚度最优。

本发明实施例的隔膜23可为筒状结构,筒状结构的隔膜23可直接套设在第一活性物质层21或第二活性物质层22上,也可为浆料,浆料的隔膜23可通过涂覆的方式设置于第一活性物质层21或第二活性物质层22上。

本发明实施例的浆料的隔膜23包括陶瓷粉和PVDF或陶瓷粉和PTFE,有效的提高隔膜23的热稳定性和电池1的续航能力,使隔膜23在150℃烘烤下其本身形态不会发生变化,并且能有效地防止内部发生短路,提高安全性能;循环充电次数的增加,隔膜23容量保持率依然较为稳定,因此隔膜23优秀的润湿性及保液性,能很好的提高电池1的容量并其保持性能。

本发明实施例的隔膜23的厚度为12~40μm。通过隔膜23的厚度设置,隔膜23的厚度为12~40μm,可选的,隔膜23的厚度为12~16μm、16~20μm、20~24μm、24~28μm、28~32μm、32~36μm、36~40μm,当隔膜23的厚度为12~40μm时,隔膜23的厚度适中,有效的防止因隔膜23的厚度过大影响第一活性物质层21和第二活性物质层22的厚度,从而影响电池1的能量密度,同时,有效的防止因隔膜23的厚度过小导致在电池1的使用过程中不能起到隔离第一活性物质层21和第二活性物质层22的作用。

需要说明的是,上述的第一活性物质21的厚度、第二活性物质层22的厚度、电极组件2径向厚度均为电极组件2为膨胀前的尺寸。

本发明实施例的第一活性物质层21或第二活性物质层22与隔膜23之间形成有间隙5。通过间隙5的设置,间隙5设置于第一活性物质层21或第二活性物质层22与隔膜23之间,在将导电部4装配到导电壳体3上时,间隙5可有效的防止隔膜23与第一活性物质层21或第二活性物质层22产生刮碰,同时,间隙5也可以为电解液的注入、电极组件2的膨胀预留空间。

本发明实施例的间隙5的宽度占电极组件2径向厚度的1.5~3%。通过间隙5宽度设置,间隙5的宽度为电极组件2径向厚度的1.5~3%,可选的,间隙5的宽度为电极组件2径向厚度的1.5~1.8%、1.8~2.1%、2.1~2.4%、2.4~2.7%、2.7~3%,间隙5的宽度不能过大或过小,当间隙5的宽度过大时,在电极组件2膨胀过后,第一活性物质层21或第二活性物质层22与隔膜23无法接触,导致电池1失效,当间隙5的宽度过小时,为电解液预留的空间不足,电极组件2无法充分膨胀,进而影响电池1的能量密度。

需要说明的是,本发明的防爆阀设置于导电壳体3上,可位于导电壳体3的侧壁32或底壁33,可通过激光刻蚀,或激光焊接的方式在壳体100的底部形成防爆阀,激光刻蚀的图案可以设置为圆弧形、三角形、方形、梯形、椭圆形、波浪线等,使用时,可根据实际需求进行选择。

实施例二

一种锂离子电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

将第一活性物质浆料压延至导电壳体3的内壁,得到第一电极;

将第二活性物质浆料压延至导电部4的外表面,得到第二电极;

将隔膜23包裹在第一活性物质浆料或第二活性物质浆料上;

将第二电极沿导电壳体3的长度方向装配到第一电极上,并使第一活性物质浆料、隔膜、第二活性物质依次设置于导电壳体3和导电部4之间;

对导电壳体3与导电部4的接触部分进行绝缘密封处理,得到电池1。

与现有技术相比,本实施例为实施例一的一种锂离子电池的制备方法,通过该方法制备得到实施例一的锂离子电池1,该方法无需分条、制片、卷绕等工序进行加工,有效的节省加工工序和设备,从而提高生产效率,降低了生产成本。

本发明实施例的第一活性物质浆料可通过第一活性材料、导电剂、粘结剂在搅拌机或真空混合机中混合制得;第二活性物质浆料可通过第二活性材料、导电剂、粘结剂在搅拌机或真空混合机中混合制得;隔膜23可以通过陶瓷粉和PVDF或陶瓷粉和PTFE在搅拌机或真空混合机中混合制得。

需要说明的是,将第一电极和第二电极放入辊槽机进行干燥后,将电解液注入第一电极中,并将第二电极安装于第一电极上,有效的完成电池1组装。

循环性能测试:

在45±2℃下,将锂离子电池1以1C恒流充电至4.25V,之后以4.25V恒压充电至电流为0.05C,静置5min,然后以1C恒流放电至2.8V,此为一个充放电循环过程,此次的放电容量为首次循环的放电容量。将锂离子电池1按照上述方法进行100次循环充放电测试,记录每一次循环的放电容量。

循环容量保持率(%)=第100次循环的放电容量/首次循环的放电容量×100%。

对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

技术分类

06120114722659