一种锂电池的极片结构及聚合物软包锂电池的制作方法

1.本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂电池的极片结构及聚合物软包锂电池。


背景技术：

2.随着锂电行业的快速发展，聚合物方形锂离子电池的技术、产品品质也是日益提高。眼看电子通讯设备的越发高端，伴随着的是对内置电有了更高更远的要求，如倍率的要求和循环寿命、安全性能、外观等等。而因为电子设备的多种多样在满足电池与产品匹配度的同时，在提高电芯本身的性能这一背景下对电池的技术、生产也是增加了挑战。
3.正极片、负极片作为锂离子电池的主要组件，是电池发挥储能的关键所在。正负极片由集流体和活性物质构成，正负极活性物质浆料通过涂布设备转移到由金属箔制成的集流体上，碾压、分切后通过卷绕或者叠片等工艺制成不同形状的锂离子电池，例如方形锂电池。电化学反应中正极活性物质颗粒内部的电子经过颗粒之间的传输后汇流到集流体上，然后通过外部回路传导到负极，完成一个完整的电化学反应。
4.如图1和图2所示，其中正极片头部和尾部均为正极集流体12、中间部位覆着正极活性物质11，负极片头部位置为负极集流体22，其余位置为负极活性物质21。这一设计是取决于电子设备对电池引流体位置的需求，通过超声波将电池引流体焊接在对应正负极片头部的空箔(集流体)上，正负极片卷绕装配后电芯引流体所在位置才能达到需求，而因为目前头部引流体此种结构，无法进一步的提升倍率性能、能量密度及循环寿命。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种锂电池的极片结构及聚合物软包锂电池，以解决现有产品倍率性能低的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供的一种锂电池的极片结构及聚合物软包锂电池的具体技术方案如下：
7.作为本发明的一个方面，提供了一种锂电池的极片结构，极片包括正极片和负极片，极片设置有集流体，所述集流体上涂布有活性物质，所述极片的中部预留有用于焊接引流体的间隙，所述间隙处活性物质空置，所述引流体以超声波方式焊接于集流体上。
8.进一步的，负极片的间隙比正极片的间隙小10mm。
9.进一步的，所述活性物质中还添加有导电剂和粘结剂。
10.进一步的，正极片的集流体为铝箔，负极片的集流体为铜箔。
11.作为本发明的另一个方面，提供了一种聚合物软包锂电池，包括上述的极片结构，正极片和负极片的头尾单双面对齐，正极片与负极片之间设有隔膜，外部封装有壳体，壳体内填充有电解液。
12.本发明提供的一种锂电池的极片结构及聚合物软包锂电池具有以下优点：
13.通过该方案，聚合物软包锂电池中的电芯组件正负极片头部超焊引流体改为中间
焊接，头部和尾部均为活性物质，相比现有结构，可以增大活性物质的覆盖面积，降低电池的内阻，使电流密度增大，电荷传递速度加快，从而提升能量密度和电池的倍率充放电性能。
附图说明
14.图1为现有技术中的正极片剖面结构示意图；
15.图2为现有技术中的负极片剖面结构示意图；
16.图3为本发明提供的正极片剖面结构示意图；
17.图4为本发明提供的负极片剖面结构示意图。
18.图中：11、正极活性物质；12、正极集流体；13、正极引流体；21、负极活性物质；22、负极集流体；23、负极引流体。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.参阅图3至图4，本发明提供了一种锂电池的极片结构，包括正极片和负极片，正极片包括有正极集流体12，正极集流体12上涂布有正极活性物质11，负极片包括有负极集流体22，负极集流体22上涂布有负极活性物质21；正极片的中部预留有用于焊接正极引流体13的间隙，负极片的中部预留有用于焊接负极引流体23的间隙，所述间隙处活性物质空置，引流体以超声波方式焊接于集流体上。集流体主要用于将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，集流体与活性物质充分接触，以此减小内阻。
21.通过该方案，聚合物软包锂电池中的电芯组件正负极片头部超焊引流体改为中间焊接，头部和尾部均为活性物质，相比现有结构，可以增大活性物质的覆盖面积，降低电池的内阻，使电流密度增大，电荷传递速度加快，从而提升能量密度和电池的倍率充放电性能。
22.极片结构改变了以往的涂布方式，头尾单双面对齐，中间留空集流体间隙焊接引流体，无需错对涂敷活性物质。
23.进一步的，为了保证安全性能，负极间隙比正极间隙小10mm，保证负极可以完全包覆正极活性物质11，避免造成析锂。根据电池引流体中心间距以及电芯宽度和正负极片厚度，计算好引流体应焊接在卷绕第几层时可进行准确焊接以保证电池中心间距。
24.电芯在装配卷绕过程时电芯收尾由原来正极片尾部的空箔(集流体)收尾，改为本发明中电芯所使用的锂电池隔膜进行包覆收尾，不仅满足电芯组装的物理要求，同时用来包覆的隔膜可以吸附更多的电解液，使得电池有更长的循环寿命和倍率性能。
25.进一步的，为了防止正负极活性物质21在循环过程中发生脱落，为了保证电池的正常工作电压和循环寿命，活性物质中还添加有导电剂和粘结剂。
26.该极片结构均为涂敷活性物质再加上隔膜收尾还可以大大改善原有的外观平整问题。
27.在本发明中，正极片的材料可以为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等。
28.在本发明中，负极片的材料可以为层状石墨、金属单质及金属氧化物，如石墨、中间相碳微球和钛酸锂等。
29.在本发明中，正极集流体12优选为铝箔，负极集流体22优选为铜箔，其纯度＞98％。
30.进一步的，在负极集流体22表面还设有用于减缓侵蚀的保护层，保护层包括掺杂有含氮的碳材料，离集流体越近，氮元素的含量越高，此种结构可以防止锂枝晶的生长。
31.锂枝晶是锂电池在充电过程中锂离子还原时形成的树枝状金属锂，也称为析锂。锂枝晶生长是影响锂电池安全性和稳定性的根本问题之一，锂枝晶的生长会导致锂离子电池在循环过程中电极和电解液界面的不稳定，破坏生成的固体电解质界面(sei)膜，锂枝晶在生长过程中会不断消耗电解液并导致金属锂的不可逆沉积，形成死锂造成低库伦效率；锂枝晶的形成甚至还会刺穿隔膜导致锂离子电池内部短接，造成电池的热失控引发燃烧爆炸。
32.当含氮量越高，锂沉积的位点越多，有利于锂离子的沉积，由此来抵消由于锂离子在负极中分布的不均的状况，使得锂离子可以均匀沉积，防止锂枝晶的生长，可避免电池发生短路。
33.一种聚合物软包锂电池，包括上述的极片结构，正极片与负极片之间设有隔膜，外部封装有壳体，壳体内填充有电解液。隔膜可以吸附更多的电解液，使得电池有更长的循环寿命和倍率性能。电解液为溶有电解质锂盐的有机溶剂，提供锂离子；隔膜位于正负极片之间，防止正负极片直接接触，且允许锂离子通过；壳体用于封装。
34.其中，电解液作为电池的“血液”，不仅在正负极输送和传导电流，而且在很大程度上决定电池的工作机制，电解液的浸润效果、保液量的多少影响电池的倍率充放电性能、循环寿命。
35.在本发明中，电解液为有机溶剂、电解质锂盐及及添加剂等原料。
36.有机溶剂可为环状碳酸酯、线性碳酸酯、羧酸酯、亚硫酸酯和氟代溶剂中的一种或多种。
37.电解质锂盐可以为lipf6、lipf4、libob、liodfb、litfsi、li2dfb和lifsi中的一种或多种。
38.添加剂为成膜添加剂、防过充添加剂、阻燃添加剂和电解液稳定剂的一种或多种。
39.实验结果对比：
40.在表1中，为改进之前电解液吸附量，工艺标准保液量≥1.7g/(ah)。
41.表1
[0042][0043]
在表2中，为改进之后电解液吸附量，工艺标准保液量≥1.7g/(ah)。
[0044]
表2
[0045][0046]
可以看出，本发明提供的一种锂电池的极片结构及聚合物软包锂电池，通过所述电芯装配方式提高电解液对电芯的浸润效果和电解液的吸附量，从而提升了电芯能量密度、倍率充放电性能和循环寿命。另外，该结构可以改善聚合物软包锂离子电池的外观平整度。
[0047]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。