专利名称：一种锂电池使用的异型结构的镀层铝极耳的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电池制造的技术领域，涉及一种锂电池用的异型结构的镀层铝极 耳，该极耳特别适用于大电流充放电的锂电池或锂离子电池，可最大限度地降低电池发热 引起的极耳的温度上升。
背景技术：
可移动电子设备的快速发展，对锂电池和锂离子电池提出了更高的要求。为了表 述的方便，这里所述的锂电池包括通常意义的锂电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池、软 包装锂离子电池、钢壳锂离子电池和塑料壳锂离子电池。按照电池的外形来分，目前国外市 场上锂电池主要有圆柱形、棱柱形、方形、钮扣式、薄型和超薄型。国内市场的锂电池主要有 三种类型，即钮扣式、方形和圆柱形。依据使用环境对锂电池的电化学性能及安全性的要求 不同，发展的锂电池分为液态和固态(或干态)两种。液态锂离子电池即采用液态电解质 的锂离子电池，固态锂离子电池(即聚合物锂离子电池)是在液态锂离子电池的基础上开 发出来的新一代电池。固态锂离子电池比液态锂离子电池具有更好的安全性能。由于电池 的能量密度和适用的范围受电池的内部结构的影响很大。从锂离子电池的结构来看，主要 分为卷绕式和层叠式两大类。液态锂离子电池大多采用卷绕式结构，固态锂离子电池既有 卷绕式，也有层叠式。在制备卷绕式锂离子电池时，把隔膜放在正极和负极的中间，连续地 环绕某一个中心线运动制备得到圆柱形、扁柱形或长条形型电池在制备层叠式锂离子电 池时，把正极、负极、隔膜裁减成相同大小的小单元，并把小单元连续叠加起来制备。在组装 电池时通常采用卷绕式和叠片式进行装配。电池的外壳常常采用三层以上复合薄膜。电池 封装采用热熔封方式，形成可包纳电池内部结构体的空间。制备锂电池和锂离子电池时，首先制成正极极片和负极极片，再采用铆接、超声波 点焊或激光焊等方式，在正极极片上连接用来传输电流的铝极耳，然后在铝极耳上用铆接、 超声波点焊或激光焊等方式连接上镍极耳，最后将镍极耳的另一头连接到IC电路板上。正 极极片到IC电路板之间存在“铝-铝”、“铝-镍”、“镍-铜”连接点或焊点。由于这些连接 点或焊点属于点连接，连接点或焊点的面积小，存在连接或焊接不牢、虚连接或虚焊、连接 点或焊点间接触电阻大、连接点或焊点易于在存放或使用过程被氧化等问题，使制备的电 池存在批次性能不稳定等问题。电池放电时，特别是进行大电流放电时，连接点或焊点存在 电阻过大、不均勻，导致发热量过大等问题，明显减弱了电池对外做功能力，使电池使用过 程的不安全性增强。在充电时，可能因连接点或焊点存在的上述问题而造成充电困难及充 电引起的发热、燃烧等安全隐患。实用新型专利ZL2008202125092涉及一种锂电池铝极耳，包括带状铝条，在铝条 的一端有化学镀镍层。实用新型专利200820215661. 6涉及一种一端有镍层的铝极耳， 实用新型专利200820009887. 0涉及一种一端表面覆上镍、铜、锡或其它可以直接上锡的 金属的铝极耳。专利200810236321. 6涉及一种一端镀有镍层的铝极耳。实用新型专利 200920058776. 3涉及一种不需转镍的铝极耳结构，其正极在铝极耳外还有一镍电镀层结构。实用新型专利200920042215. 4涉及一种聚合物锂电池用铝极耳卷料，该种铝极耳与卷
盘之间有一段镍金属或镀镍层。由于正极极片到IC电路板之间的连接部位主要起着导电和散热作用。在大电流 充放电时，以上连接部位可能受热膨胀，影响连接性能的好坏，造成连接点接触电阻的变 化，因此，在采用镀层铝极耳的锂电池中，铝条、铝与镀层之间形成合金的界面以及镀层本 身的电阻率、导热系数及线膨胀系数均对导电和散热作用有影响。从电阻率来看，在20°C时，常见金属的电阻率分别为铜1.678 μ Ω · cm，铝 2. 65 μ Ω · cm,镁 4· 39 μ Ω · cm,镍 6· 93 μ Ω · cm((Hohn Α. Dean, Lange' s Chemistry Handbook,第15版，出版社=McGraw-Hill, 1999年)，铝合金的电阻率分别为，铝硅镍合金 5. 95 μ Ω · cm，铝铜镍合金5. 95 μ Ω · cm，铝镁镍合金9. 12 μ Ω · cm(郑峰主编，铝与铝合 金速查手册，化学工业出版社，北京2008.7.第1版))，可见，通常铝合金的电阻率比纯铝 和纯铜的大一倍以上，而与镍的电阻率相差不大。在极耳上通过大电流时，铝条与镀层中间 形成的合金部位的发热量大。而当镀层为镍层时，镀镍层的发热量也较大。从25 °C金属的导热系数来看，金属银429W/ (m · K)、铜40 Iff/ (m · K)、铝237W/ (m · K)、镁 156W/ (m · K)、镍 90. 9ff/ (m · K) (Hohn A. Dean, Lange，s Chemistry Handbook, 第15版，出版社=McGraw-Hill, 1999年)，铝合金的导热系数分别为，铝硅镍合金159. Iff/ (m · K)，铝铜镍合金113W/ (m · K)，铝镁镍合金92. IW/ (m · K)。可见，铝合金的导热系数比 纯铝和纯铜的小得多，比金属镍的大一些。当极耳上各部分产生的热量相同时，铝条与铜镀 层的散热速率快，铝合金及镀镍层的散热速率最慢。从线膨胀系数来看，在25°C和100°C时，金属铝分别为0. 5μπι/(πι·Κ)和12. Oym/ (πι·Κ)。而在该温度区间，铜12 μ m/(m· K)(陈闰发，印制电路信息，2008，(4) :31_55)，镍 13. 5ym/ (m-K)(孟庆昌等，理化检验(物理分册)，2008，44 (6) :283_289)，而在20 200°C 温度区间，铝合金的线膨胀系数分别为，铝硅合金在21.5μπι/(πι·Κ) 22.5μπι/(πι·Κ)区 间，铝铜镍合金在19. 51 μ m/ (m · K) 21. 87 μ m/ (m · K)区间，铝镁镍合金25. 6 μ m/ (m · K) (郑峰主编，铝与铝合金速查手册，化学工业出版社，北京2008. 7.第1版)。在锂电池可 能产生的100 200°C高温下，铝合金区的线膨胀率是金属镍、铜和铝的一倍以上。在极耳 受热膨胀过程中，铝、铝合金界面层、镀镍或镀铜中不同材料间会因膨胀系数的不同而形成 内应力，如果铝、合金层、镍或铜间的粘结力不足以抵抗这种内应力，就可能导致分层，使极 耳内部的接触电阻明显增大，进一步增大该部位的发热量。可见，采用镀镍铝极耳的锂电池中，往往是镀层与铝条中间的合金层的电阻率最 大，产生的热量最大，而散热效果不好，使这一膨胀率最大的部位产生内用力，造成接触不 良好。因此，同样大小的长条形的镀镍铝极耳，在大电流放电条件下，容易因发热而产生高
发明内容为了克服以上不足，在兼顾减小铝材的使用量、铝材体积和铝材散热速度的条件 下，本实用新型专利采用异型结构的锂电池和锂离子电池用的镀层铝极耳，其特征在于锂 电池用的异型结构的镀层铝极耳的铝基层的形状为十字型、双十字形、丰字形或φ字型的 异型结构，其突出部分为“翅膀”。铝极耳的一端及“翅膀”通过电镀或化学镀的方法镀上镍、
4镍合金、铜或铜合金的镀层。依据对锂电池进行大电流放电的要求不同，异型结构的镀层铝极耳的“翅膀”的大 小可以不同，也可以是左右对称或不对称的一对或多对；异型结构的镀层铝极耳的一端及 “翅膀”已通过电镀或化学镀的方法镀上镍、镍合金、铜或铜合金镀层；镀层铝极耳上的镀层 与铝条的厚度可以不同或相同。所述的锂电池包括通常意义的锂电池和锂离子电池，这里的锂离子电池是聚合物 锂离子电池、软包装锂离子电池、钢壳锂离子电池或塑料壳锂离子电池。在由多个电芯组成的锂电池中，这些异型结构的镀层铝极耳伸出的各种形状的 “翅膀”可以通过铆接、超声波点焊或激光焊的方法组合起来，起类似散热片的作用，大大 增强了电池的安全性。在这种锂电池中，异型结构的镀层铝极耳的铝条一端与电池正极极 片通过铆接、超声波点焊或激光焊的方法连接，而含有镀层的另一端与IC电路板间通过铆 接、超声波点焊或激光焊的方法连接。
图1是本实用新型所述含有镀层的十字形异型结构的铝极耳俯视图。图2是本实用新型所述含有镀层的十字形异型结构的铝极耳侧视图。图3是本实用新型所述含有镀层的双十字形异型结构的铝极耳俯视图。图4是本实用新型所述含有镀层的双十字形异型结构的铝极耳侧视图。图5是本实用新型所述含有镀层的不对称双十字形异型结构的铝极耳俯视图。图6是本实用新型所述含有镀层的Φ字型异型结构的铝极耳侧视图。图7是本实用新型所述含有镀层的双十字形异型结构的铝极耳在卷绕式电池中 连接结构示意图。图8是本实用新型所述含有镀层的双十字形异型结构的铝极耳在层叠式电池中 连接结构示意图。图1中，1为镀层，2为铝基层。图2、3、4、5、6中数字符号标识与图1相同。图7中，a为铝塑膜包装袋，b为涂覆正极活性物质的铝箔，c为隔膜，d为涂覆负 极活性物质的铜箔，e为焊点或连接点，f为含有镀层铝极耳的铝基层，g为负极集流体，h 为密封胶，i为IC电路板，j为镀层铝极耳的镀层。图8中，a为铝塑膜包装袋，b为涂覆正极活性物质的铝箔，c为隔膜，d为涂覆负 极活性物质的铜箔，e为焊点或连接点，f为镀层铝极耳的铝基层，g为负极集流体，h为密 封胶，i为IC电路板，j为镀层铝极耳的镀层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型专利进行进一步的说明。实施例仅是 对本实用新型专利的进一步补充和说明，而不是对本实用新型专利的限制。实施例1取有一片双十字形异型结构的镀镍铝极耳，如图3所示，其“翅膀”及一端已电镀 上镍镀层1。镀有镍镀层1的一端通过超声波点焊的方式焊接到IC电路板上，而该极耳的
5铝基层2的一端用超声波点焊的方式焊接到卷绕式电池的正极极片上，制得含有双十字形 异型结构的镀镍铝极耳的卷绕式锂离子电池，如图7所示。当双十字形异型结构的镀镍铝极耳的主体是长条形(长X宽X厚为 80mm X 5mm X0. 1mm)，其翅膀为(长X宽X厚为5_X1_X0. 1mm)的长条形，通过5安电 流后，在含有双十字形异型结构的镀镍铝极耳的电池中，极耳的温度比仅含有长条形镀镍 铝极耳(长χ宽χ厚81mmX5mmX0. 1mm)的电池的极耳的温度低12°C以上，改善了电池 的安全性。实施例2取有一片十字形异型结构的镀铜铝极耳，如图1所示，其“翅膀”及一端已电镀上 铜镀层1。镀有铜镀层1的一端通过超声波点焊的方式焊接到IC电路板上，而该极耳的铝 基层2 —端用超声波点焊的方式焊接到卷绕式电池的正极极片上，制得含有十字形异型结 构的镀铜的铝极耳的层叠式锂离子电池，如图8所示。当十字形异型结构的镀铜铝极耳的主体是长条形(长X宽X厚为 80mmX 5mmX0. 1mm)，其翅膀为半圆形(半径为5mm、厚为0. Imm)，通过5安电流后，在含有 十字形异型结构的镀铜的铝极耳的电池中，极耳的温度比仅含有长条形镀铜铝极耳(长X 宽X厚为81mmX5mmX0. 1mm)的电池的极耳的温度低10°C以上，改善了电池的安全性。实施例3取有一片不对称双十字形异型结构镀镍锡的铝极耳，如图5所示，其“翅膀”及一 端已电镀上镍锡合金镀层1。镀有镍锡合金镀层1的一端用超声波点焊的方式焊接到IC电 路板上，而该极耳的铝基层2 —端用超声波点焊的方式焊接到卷绕式电池的正极极片上， 制得含有不对称双十字形异型结构的镀镍锡的铝极耳的卷绕式锂离子电池。当不对称双十字形异型结构铝极耳的主体是长条形(长X宽X厚为 IOOmmX 2mmX0. 1mm)，其翅膀也为长条形(长X宽X厚为5mmX5mmX0. 1mm)，通过5安电 流后，在含有不对称双十字形异型结构镀镍锡的铝极耳的电池中，极耳的温度比仅含有长 条形镀镍锡的铝极耳(长X宽X厚为100mmX5mmX0. 1mm)的电池的极耳的温度低8 °C以 上，改善了电池的安全性。
权利要求一种锂电池使用的异型结构的镀层铝极耳，是在铝基层的基础上，镀上导电合金，其特征在于异型结构的镀层铝极耳的铝基层的形状为十字型、双十字形、丰字形或Φ字型的异型结构，其突出部分为“翅膀”，铝极耳的一端通过电镀或化学镀的方法镀上镍、镍合金、铜或铜合金镀层。
2.根据权利要求1所述的锂电池使用的异型结构的镀层铝极耳，其特征在于所述的异 型结构铝极耳的“翅膀”的大小可以不同，也可以是左右对称或不对称的一对或多对。
3.根据权利要求1所述的锂电池使用的异型结构的镀层铝极耳，其特征在于铝极耳上 电镀或化学镀的镍、镍合金、铜或铜合金层和铝片的厚度可以不同或相同。
4.根据权利要求1所述的锂电池使用的异型结构的镀层铝极耳，其特征在于所述的锂 电池是锂电池或锂离子电池；这里的锂离子电池是聚合物锂离子电池、软包装锂离子电池、 钢壳锂离子电池或塑料壳锂离子电池。
专利摘要本实用新型属于电池制造领域，涉及一种锂电池使用的异型结构的镀层铝极耳。其特征在于锂电池的铝极耳的铝基层形状为十字型、双十字形、丰字形或Φ字型的异型结构，其突出部分为“翅膀”。铝极耳的一端及“翅膀”已镀上镍、镍合金、铜或铜合金镀层。铝极耳的“翅膀”的大小可以不同，也可以是左右对称或不对称的一对或多对；铝极耳上镀层与铝条的厚度可以不同或相同。锂电池包括锂电池和锂离子电池，这里的锂离子电池是聚合物锂离子电池、软包装锂离子电池、钢壳锂离子电池或塑料壳锂离子电池。采用异型结构的镀层铝极耳的电池中，伸出的各种形状的“翅膀”可以起类似散热片的作用，大大增强了电池的安全性。
文档编号H01M2/26GK201749891SQ201020269678
公开日2011年2月16日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者童君开 申请人:童君开