專利名稱：層疊式鋰離子二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鋰離子二次電池，更具體地說是涉及一種大容量的高安全性能層疊式鋰離子二次電池。
背景技術(shù)：
近年來，隨著各種便攜式電子產(chǎn)品的廣泛使用，作為這些產(chǎn)品的驅(qū)動電源，鋰離子二次電池因具有如電壓高、比能量大、自放電小以及無記憶效應(yīng)等優(yōu)越的性能而被廣泛使用。但是當(dāng)由于某種原因電池發(fā)生了內(nèi)部短路，就存在內(nèi)部電流上升，電池內(nèi)壓升高，引起電池爆炸或起火的危險發(fā)生。
中國專利96197204.1公開了一種使用PTC器件的電池，PTC器件在正常充電時電阻較小，當(dāng)電池在短路時，通過PTC器件的電流很大，使PTC器件在短時間內(nèi)溫度急劇升高，到一定溫度時，PTC器件的電阻突然增大，此時電路接近于斷路狀態(tài)，當(dāng)PTC器件溫度降下來以后，PTC器件又恢復(fù)到低電阻狀態(tài)，電路又可導(dǎo)通，使用PTC器件可以使電池在外部短路時斷開，并可耐多次短路電流的沖擊。
中國專利98801710.5公開了一種提供一種防爆型非水電解質(zhì)二次電池，其具有在過充電時安全可靠地切斷電池內(nèi)的電連接，同時在正常使用或高溫下保管之際不動作的通電切斷裝置。電池構(gòu)成為，在封口部上設(shè)置相互間機械地并電地結(jié)合的上下一對閥板(1、2)，當(dāng)電池殼體的內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，上下一對閥板(1、2)間的機械結(jié)合斷裂而切斷通電，并且設(shè)定成使前述上下一對網(wǎng)/閥板(1、2)間的機械結(jié)合斷裂的斷裂壓力，隨著電池的空間體積占有率的增加而降低。
中國專利99121937.6公開了一種二次電池的安全裝置，其特征在于在存放有電極部和液體電解質(zhì)的外殼上端開口處，通過密封墊板自下而上依次層疊具有安全閥的極板和蓋罩，將極板和蓋罩電連接的電流斷路器設(shè)在上述極板和蓋罩之間，該電流斷路器由于極板的可變部分的上升動作而受到壓力被剪斷，可以確保對電池的異常動作或爆炸的安全性。
中國專利01252383.6公開了一種防爆鋰離子電池，其中，電池蓋和/或電池蓋上設(shè)防爆安全閥。當(dāng)電池發(fā)生短路，內(nèi)部能量急劇放出時，電池內(nèi)部氣壓增大。當(dāng)內(nèi)部壓力達到防爆安全閥的承壓極限時，防爆安全閥開啟，排出高壓氣體，降低電池內(nèi)的壓力，從而達到防止電池爆炸的目的。
以上所公開的專利技術(shù)中，雖然可以在一定程度上提高電池的安全性，但是也存在一定的不足(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在電池或電池組中占用空間較大，影響電池的容量；(2)在電池短路發(fā)生以后，采取了安全措施，但是同時發(fā)生短路的電池就被損壞，不能直接繼續(xù)使用。
此外，以上所公開的專利技術(shù)中，電極組通常是由正極片、隔膜、負極片疊置后以卷繞方式形成電池極組芯，制造成圓柱形或方形的鋰離子二次電池通常為小容量電池；但電動汽車、電動自行車、通訊程控交換機、航空航天飛行器電源以及工業(yè)和家用貯能體系等大型設(shè)備驅(qū)動電源通常由若干大容量的電池串聯(lián)為電池組使用，而對于這類大容量電池來說，其安全性能要求高，如采用卷繞式結(jié)構(gòu)，其極片長達十幾米甚至幾十米，卷繞難度極高。而且，該結(jié)構(gòu)散熱面積小，不利于電池內(nèi)部熱量的排散，影響了電池的高倍率放電特性。故在經(jīng)常需要以較大電流充放電的場合中也不宜采用卷繞式結(jié)構(gòu)的電池。
此外，與其它二次電池相比，鋰離子電池的內(nèi)阻較高，因此在高倍率放電時電壓急劇下降，放電時間大大縮短，電池容量大幅降低。而常規(guī)電極的低通導(dǎo)能力是造成鋰離子二次電池內(nèi)阻偏高的主要原因之一。目前，大多數(shù)商品鋰離子二次電池均采用單個或多個極耳(也稱為集流體)作為電流引出方式，但是這樣電流的導(dǎo)出和引入局限在有限的幾個焊接點上，通導(dǎo)能力較低，且電池充放電過程中的電流分布不夠均勻。因此，高容量、高倍率放電特性和循環(huán)特性優(yōu)良的動力電池不易采用此種電流引出方式。
更為重要的是在大容量電池設(shè)計中，如動力電池，其安全性能是必須考慮的首要因素。在常見的鋰離子二次電池中，用作電流引出的極耳是以焊接方式連接到正負極蓋板上。電池在跌落、振蕩過程中，極芯極易發(fā)生竄動，致使正負極片發(fā)生形變，造成電池內(nèi)部短路。同時，受力部位集中在極耳的焊接點上，易使焊點脫落，從而引發(fā)一系列安全問題。因此，必須在設(shè)計上采取有效的措施以杜絕此類安全隱患。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于改進現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子二次電池極芯發(fā)生竄動，致使正負極片發(fā)生形變，造成電池內(nèi)部短路以及集流體的焊接點脫落而引發(fā)一系列安全問題，從而提供一種高安全性能的層疊式鋰離子二次電池；本實用新型的進一步目的在于改進層疊式鋰離子二次電池的正、負極的集流體結(jié)構(gòu)，使電池受短路等破壞僅局限于發(fā)生某一正、負電極對的集流體上，對其他正、負電極對無影響，該電池可繼續(xù)直接使用，而電池容量沒有太大變化。
本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種層疊式鋰離子二次電池，包括在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的負極、在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的正極、隔膜以及非水電解液，收納于電池外殼中，其中正極、隔膜與負極依次以平板層疊放置形成由數(shù)組正、負電極對組成的層疊式極芯，極芯由夾緊具固定收納于電池外殼中；由正、負電極的金屬基板所延伸出來的細頸部為正、負極的集流體，經(jīng)反向?qū)盈B放置使正、負極的集流體分別位于極芯兩端；極芯兩端各包括一集電部件，該集電部件包括連接塊、夾片及連接片，夾片是沿極片重疊方向?qū)㈦姵氐恼?、負電極集流體夾緊在連接塊側(cè)壁上并通過連接片與電池極柱相連導(dǎo)通。
所述的夾緊具為上下端開口的盒式結(jié)構(gòu)，通過單側(cè)邊螺釘緊固方式夾緊極芯。
所述的夾緊具進一步改進為兩端均有突出部位，突出高度與夾緊具側(cè)壁高度之和等于電池高度減去其上下蓋板厚度。
所述的夾緊具還可以進一步改進為由不銹鋼板或銅板或鋁板材質(zhì)制成，外側(cè)壁打有凹印痕。
所述的隔膜進一步改進為單邊開口袋式隔膜套，層疊排布的正、負極極片至少其中之一極的極片插入該袋式隔膜套中并形成層疊式極芯。
所述的正、負極集流體、連接塊、夾片、連接片與電池極柱之間是通過螺釘緊固或鉚釘鉚合或螺釘緊固加焊接或鉚釘鉚合加焊接的方式連接為一體。
所述的連接片進一步改進為由多層金屬箔重疊而成的軟性連接片。
本實用新型的技術(shù)方案還應(yīng)當(dāng)改進以下一種層疊式鋰離子二次電池，包括在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的負極、在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的正極、隔膜以及非水電解液，收納于電池外殼中，其中正極、隔膜與負極依次以平板層疊放置形成由數(shù)組正、負電極對組成的層疊式極芯，極芯由夾緊具固定收納于電池外殼中；由正、負電極的金屬基板所延伸出來的細頸部為正、負極的集流體，經(jīng)反向?qū)盈B放置使正、負極的集流體分別位于極芯兩端；在正極或負極的集流體中設(shè)有一段電阻較大的區(qū)域A，使某一正、負電極對的集流體在通過設(shè)定的較大電流值時因該區(qū)域電阻受熱過度自動熔斷，或者降低由正、負電極對在短路所產(chǎn)生的電流。
所述的區(qū)域A的橫截面應(yīng)當(dāng)小于該集流體中其它區(qū)域的橫截面，其可以以缺口方式形成區(qū)域A的橫截面變小。
所述的區(qū)域A還可以涂布化學(xué)物質(zhì)涂層，該涂層為高溫下可與集流體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的使該區(qū)域A的電阻增大的試劑。
所述的化學(xué)物質(zhì)涂層為MnO2、Co2O3、Co3O4和LiCO3、Co(NO3)2、Ni(NO3)2、NiNO2、Cr2O3、Li2MnO4、LiCrO4、Li2FeO4、Fe3O4、Mn2(SO4)3、LiNO3、苯酚、乙二酸鋰、苯醌、己二酮、鄰苯二甲酸酐、乙二酸酐、氧化吡啶、8-羥基喹啉、六次甲基四胺、苯胺、鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、對硝基苯酚其中一種或幾種。
所述的區(qū)域A亦可以表面覆蓋耐高溫膠布以減少該區(qū)域的熱量散失。
本實用新型的技術(shù)方案還應(yīng)當(dāng)改進以下一種層疊式鋰離子二次電池，包括在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的負極、在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的正極、隔膜以及非水電解液，收納于電池外殼中，其中正極、隔膜與負極依次以平板層疊放置形成由數(shù)組正、負電極對組成的層疊式極芯，極芯由夾緊具固定收納于電池外殼中；由正、負電極的金屬基板所延伸出來的細頸部為正、負極的集流體，經(jīng)反向?qū)盈B放置使正、負極的集流體分別位于極芯兩端；在正極或負極的集流體中設(shè)有一段PTC區(qū)域B，使某一正、負電極對的集流體在短路時在所產(chǎn)生的高溫度致該區(qū)域電阻倍增而降低電流，溫度降低后，集流體可繼續(xù)工作。
在上述所涉及的層疊式鋰離子二次電池中，其它組成部分進一步改進如下，其中所述的正極含有一種鋰與過渡金屬的層狀復(fù)合氧化物的活性物質(zhì)，可以與鋰離子進行可逆的反應(yīng)。此類活性物質(zhì)材料的實例包括選自通式為LixNi1-yCoyO2(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、LixMn2-yByO2(其中，B為過渡金屬，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)的鋰與過渡金屬的層狀復(fù)合氧化物。
所述的負極含有一種能夠使鋰離子反復(fù)嵌入和脫嵌的石墨化碳系材料作為活性物質(zhì)。此類活性物質(zhì)材料的實例包括選自為天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、中間相碳纖維。
所述的電解液為含有鋰鹽的鏈狀酸酯和環(huán)狀酸酯的混合溶液，其中鋰鹽包括高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、氯鋁酸鋰、鹵化鋰、氟烴基氟氧磷酸鋰及氟烴基磺酸鋰之一或其混合物；鏈狀酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二苯酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機酯類其中之一或其混合物；環(huán)狀酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亞乙烯酯、γ-丁內(nèi)酯、磺內(nèi)酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環(huán)狀有機酯類其中之一或其混合物。
本實用新型層疊式鋰離子二次電池的優(yōu)點在于1)該電池內(nèi)阻較低，具有優(yōu)良的高倍率放電性能，大電流放電時的溫度上升也不明顯，同時安全性能良好。此種結(jié)構(gòu)制作的電池，適用于高容量、高功率輸出的應(yīng)用場合，尤其適用于汽車用動力電池；2)該電池內(nèi)部發(fā)生短路時，該集流體的結(jié)構(gòu)可以阻止電池內(nèi)部電流升高，從而大大提高電池的安全性能；3)電池內(nèi)部發(fā)生短路后，該電池可直接繼續(xù)使用，而電池容量沒有太大變化。

圖1為本實用新型層疊式鋰離子二次電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型層疊式鋰離子二次電池的電池極片示意圖。
圖3為本實用新型層疊式鋰離子二次電池的夾緊具結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本實用新型層疊式鋰離子二次電池的極芯體與電池殼及電池蓋板的配合示意圖。
圖5為本實用新型層疊式鋰離子二次電池含區(qū)域A的極片示意圖。
具體實施方式下面將對本實用新型層疊式鋰離子二次電池進行詳細說明。
實施例1標(biāo)號的說明如下1 層疊式電池極芯 2 夾緊具3 電池殼 4，4’連接片5，5’連接塊 6，6’夾片7，7’隔圈8，8’電池蓋板9 袋式隔膜套 10極片11 電極集流體 12突出部位13，13’極柱請參考圖1，本實用新型層疊式鋰離子二次電池，其包括一層疊式電池極芯1，一夾緊具2，一電池殼3，上下端各一連接片4，4’，各一連接塊5，5’，各一夾片6，6’，各一隔圈7，7’，各一電池蓋板8，8’，各一極柱13，13’。
請參考圖2，本實用新型層疊式鋰離子二次電池通過袋式隔膜套9形成層疊式電池極芯1，即通過將正、負極片10至少其中之一極插入袋式隔膜套9中并層疊放置。這樣就可以將原本很長的極片分成若干個小片，從而大大降低電池裝配難度。該袋式隔膜套9是通過高溫熔接隔膜周邊方式形成單邊開口袋式結(jié)構(gòu)的。極片10由開口邊插入，電極集流體11露在外面，袋式隔膜套9的其它周邊熔接牢固，完全地隔離了電池正、負極片10。因此，袋式隔膜套9的優(yōu)越性在于(1)生產(chǎn)工藝簡單易行；(2)可以有效地防止電池內(nèi)部短路，提高安全性能。另外，方型層疊式結(jié)構(gòu)增加了散熱面積，有利于提高電池的高倍率放電特性。
請參考圖3，該夾緊具2為上下端開口的盒式結(jié)構(gòu)，用于夾緊上述層疊式極芯1，該夾緊具2由不銹鋼板或銅板或鋁板材質(zhì)制成，外側(cè)壁打有凹印痕，通過單側(cè)邊螺釘緊固方式夾緊極芯。這樣不僅能有效地防止極芯的竄動，避免正負極片在電池跌落、振蕩過程中發(fā)生形變而造成電池內(nèi)部短路，而且盒式單邊緊固的方式有效地節(jié)省了電池的內(nèi)部有效空間，為電池的大容量提供便利。與此同時，夾緊具兩側(cè)均有突出部位12，在電池裝配中(請參考圖4)，上下兩電池蓋板8，8’與電池殼3焊接的同時，兩端的突出部位12頂在電池蓋板8，8’的兩側(cè)，使整個極芯體不能上下竄動，同時夾緊具外壁與電池殼內(nèi)壁緊密配合從而形成一具有牢固極芯的電池體。
連接片4，4’是由多層金屬箔重疊而成的軟性連接片，在導(dǎo)電性能及柔韌性上均優(yōu)于常用的其他方式。這樣結(jié)構(gòu)的電池在震動較大的環(huán)境下使用時，電池集電結(jié)構(gòu)各部位受力得到進一步分散。連接片連接點處幾乎不受力的作用，不易脫落，極大地提高了電池的安全性能。
在本實用新型中，層疊式鋰離子二次電池兩端的正、負電極集流體分別通過夾片6，6’沿極片重疊方向夾緊在連接塊5，5’的側(cè)壁上，并以焊接加螺釘緊固或焊接加鉚釘鉚合的方式連接為一體，從而形成集電結(jié)構(gòu)。連接塊5，5’為鋁或銅材質(zhì)的T型結(jié)構(gòu)，該種連接塊的受力面決定了其不受正、負極集流體強度的影響，而且工藝簡單，既充分地保證了充放電過程中電流的均勻分布，又有效地消除了接觸電阻的影響，使電池內(nèi)阻大大降低。
本實用新型層疊式鋰離子二次電池的正極片的備制過程將PVDF溶解在NMP中，將LiCoO2和乙炔黑加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為LiCoO2∶乙炔黑∶PVDF＝92∶4∶4。將該漿料均勻地涂布在20μm的鋁箔兩側(cè)，于120℃下干燥3小時。壓延后得到大小為220×120mm2，厚度為160μm的正極片。再將正極片端緣的敷料層刮去，露出寬20mm的鋁箔。
本實用新型層疊式鋰離子二次電池的負極片的備制過程將PVDF溶解在NMP中，將人造石墨加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為人造石墨∶PVDF＝95∶5。再將該漿料均勻地涂布在20μm的銅箔兩側(cè)，于120℃下干燥3小時。壓延后得到大小為220×120mm2，厚度為160μm的負極片。再將此負極片端緣的敷料層刮去，露出寬20mm的銅箔。
本實用新型層疊式鋰離子二次電池的組裝方法是將上述的正、負極片分別裝入以40μm厚的微孔性聚丙烯材料制成的袋式隔膜袋中，層疊放置整齊并由夾緊具2夾緊制成電池極芯體。此時極芯體兩端分別露出鋁箔和銅箔的正、負電極集流體，沿極片重疊方向分別對電池的正、負電極集流體用螺釘及夾片緊固于上下連接塊上以形成正、負兩極的集電結(jié)構(gòu)。將電池極芯體套進電池殼，兩端分別裝配電池連接片4，4’、隔圈7，7’、蓋板8，8’等配件后把電池蓋板焊接在電池殼端口。極芯體外壁與電池殼內(nèi)壁緊密配合，極芯體上夾緊具兩端的突出部位頂在電池蓋板兩側(cè)。當(dāng)裝配好電池后，將LiPF6按1mol/dm3的濃度溶解在EC/DEC＝1∶1的混合溶劑中所形成的電解液注入電池殼中，密封，制成100Ah方型層疊式鋰離子動力電池。
電池特性測試放電性能將按上述方法制成的方型鋰離子動力電池以20A的恒定電流充電至4.1V，在電壓升至4.1V后以恒定電壓充電，截至電流0.5A；再以20A的恒定電流放電，截至電壓3.0V。測量初始容量和電池內(nèi)阻。
負荷特性將按上述方法制成的方型鋰離子二次電池以20A的恒定電流充電至4.1V，在電壓升至4.1V后以恒定電壓充電，截至電流0.5A；再以100A的恒定電流放電，截至電壓3.0V。測定在高負荷條件下的容量維持率和放電時溫度上升的幅度。
安全特性跌落測試將按上述方法制成的方型鋰離子動力電池以20A的恒定電流充電至4.1V，在電壓升至4.1V后以恒定電壓充電，截至電流0.5A；測量跌落前電池的內(nèi)阻和電壓；然后將電池以其中一個面水平地從高度為1m的跌落平臺自由跌落至混凝土地面上，每六個面分別向下水平自由跌落一次為1個循環(huán)，每跌落一個循環(huán)后分別測量電池的內(nèi)阻和電壓，同時在跌落過程中仔細觀察電池有無漏液、發(fā)熱、冒煙及爆炸等現(xiàn)象發(fā)生；先后共跌落3個循環(huán)。
以上試驗的結(jié)果如表1所示。
表1
實施例2附圖符號說明14極片 15 集流體16區(qū)域A 17 耐高溫膠布層下面將對本實用新型層疊式鋰離子二次電池進行詳細地說明。
如圖5所示，極片14中設(shè)有集流體15，集流體15中設(shè)有區(qū)域A，記為16，區(qū)域A為集流體15中電阻較大的區(qū)域。
分析認為，電池內(nèi)部短路首先在內(nèi)部的一個或幾個點上發(fā)生，對于層疊式電池，表現(xiàn)為某一片極片上電流劇升，若此時該片上集流體中有電阻較大的區(qū)域，則可以阻止該片上電流的升高，從而可以防止其它極片上電流的升高，提高了電池的安全性能；所以當(dāng)電池發(fā)生短路后，該電池可以直接繼續(xù)使用，而電池容量不會發(fā)生太大變化。
區(qū)域A為集流體15中電阻較大的區(qū)域，其實現(xiàn)方式可以有多種，例如，減少該處集流體的橫截面積在集流體中開槽，在集流體中沖孔等。
集流體15上覆蓋耐高溫膠布層17，可以防止該集流體中熱量的散失，同時防止相鄰極片中集流體溫度的升高，從而大大提高電池的安全性能；覆蓋耐高溫膠布層17還可以提高集流體15的強度。
可以在區(qū)域A涂布化學(xué)物質(zhì)涂層，當(dāng)電池內(nèi)部發(fā)生短路時，電池內(nèi)部溫度迅速升高，在達到一定溫度時，該涂層與區(qū)域A的集流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物的電阻遠大于該處集流體的電阻，由于電流的劇升，使該處集流體迅速熔斷，或者由于電阻的增大而降低電流，從而達到提高電池安全性的目的。
化學(xué)物質(zhì)涂層的化學(xué)成分可以為氧化劑，也可以為在高溫下可與集流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的試劑，但該試劑不能妨礙正常的電極反應(yīng)，不能對該電池產(chǎn)生任何不良影響，該涂層可以為MnO2、Co2O3、Co3O4和LiCO3、Co(NO3)2、Ni(NO3)2、NiNO2、Cr2O3、Li2MnO4、LiCrO4、Li2FeO4、Fe3O4、Mn2(SO4)3、LiNO3、苯酚、乙二酸鋰、苯醌、己二酮、鄰苯二甲酸酐、氧化吡啶、8-羥基喹啉、六次甲基四胺、苯胺、鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、對硝基苯酚其中一種。
集流體中的設(shè)有一段PTC區(qū)域B，PTC將極芯中正、負電極對中同極極片的集流體相連接。
當(dāng)層疊式鋰離子二次電池內(nèi)部短路時，內(nèi)部溫度劇升，高溫度致區(qū)域B電阻倍增而降低電流；或者高溫度致區(qū)域B熔斷，從而切斷該極片與其它正、負電極對同極極片間的連接，溫度降低后，斷開的極耳可自動恢復(fù)連接。溫度降低后，集流體可繼續(xù)工作。這樣就降低了電池漏液、起火、爆炸等的可能性，提高了電池的安全性能。
下面將針對本實用新型給出比較詳細的例子。
首先以層疊式鋰離子二次電池的正極片為例進行測試。
實施例3本實用新型層疊式鋰離子二次電池的正極片的備制過程將PVDF溶解在NMP中，將LiCoO2和乙炔黑加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為LiCoO2∶乙炔黑∶PVDF＝92∶4∶4。將該漿料均勻地涂布在20μm的鋁箔兩側(cè)，于120℃下干燥3小時。壓延、刮去正極片端緣的敷料層并沖裁后得到基本尺寸為29mm×40mm×0.15mm的正極片，集流體寬度為4mm。
在靠近集流體中心處沖孔，直徑為φ1.0，數(shù)量為3個，在集流體上覆蓋耐高溫膠布，耐高溫膠布至少覆蓋住沖孔。
實施例4除了在集流體中沖孔個數(shù)為2個以外，其余同實施例3。
實施例5除了在集流體中沖孔個數(shù)為1個以外，其余同實施例3。
實施例6 除了在集流體中涂布0.1mm厚的MnO2以外，其余同實施例3。
實施例7除了在集流體中涂布0.1mm厚的Co2O3以外，其余同實施例3。
實施例8除了在集流體中涂布0.1mm厚的LiCO3以外，其余同實施例3。
比較例1除了集流體不沖孔和不覆蓋耐高溫膠布以外，其余同實施例3。
性能測試采用3.6V的恒定電壓，對集流體的熔斷電流和熔斷時間進行測試。結(jié)果如表2所示。
表2
對于具有20層該正極片的容量為1600mAh的層疊式鋰離子二次電池，當(dāng)短路電流達到該極片容量15C以上時，集流體熔斷，可阻止電流和內(nèi)壓的升高，使電池的安全性能得到提高，同時可避免電池的報廢。
下面將極片做成電池后再進行性能測試。
實施例9本實用新型層疊式鋰離子二次電池的正極片的備制過程同實施例3；本實用新型層疊式鋰離子二次電池的負極片的備制過程將PVDF溶解在NMP中，將人造石墨加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為人造石墨∶PVDF＝95∶5。再將該漿料均勻地涂布在20μm的銅箔兩側(cè)，于120℃下干燥3小時。壓延、刮去負極片端緣的敷料層并沖裁后得到基本尺寸為30mm×42mm×0.15mm的負極片，集流體寬度為4mm。
本實用新型層疊式鋰離子二次電池的組裝方法是將按照常規(guī)的層疊式鋰離子二次電池的組裝方式將正極片、隔膜、負極片依次重疊組裝而成，其中，正極片25片，負極片26片；當(dāng)裝配好電池后，將LiPF6按1mol/dm3的濃度溶解在EC/DEC＝1∶1的混合溶劑中所形成的電解液注入電池殼中，密封，制成1600mAh方型層疊式鋰離子二次電池。
實施例10正極片的備制過程同實施例4；其余同實施例9。
實施例11正極片的備制過程同實施例5；其余同實施例9。
實施例12正極片的備制過程同實施例6；其余同實施例9。
實施例13正極片的備制過程同實施例7；其余同實施例9。
實施例14正極片的備制過程同實施例8；其余同實施例9。
比較例2正極片的備制過程同比較例1；其余同實施例9。
性能測試外部短路測試將電池充電至4.2V，截止電流50mA，再以電阻為5mΩ的導(dǎo)線將電池正負極短接，記錄電池表面溫度，觀察電池有無漏液、起火、爆炸等現(xiàn)象發(fā)生。
以上試驗的結(jié)果如表3所示。
表3
通過以上實施例和比較例可以看出，對電池集流體采取一定措施，使集流體中存在電阻較大區(qū)域，可以在電池內(nèi)部發(fā)生短路時有效控制電池溫度和內(nèi)壓的升高，降低電池出現(xiàn)漏液、起火、爆炸的可能性，降低電池的報廢率，提高電池的安全性能。本實用新型層疊式鋰離子二次電池可應(yīng)用于電動汽車、筆記本電腦、手機、電動工具等領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種層疊式鋰離子二次電池，包括在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的負極、在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的正極、隔膜以及非水電解液，收納于電池外殼中，其特征在于正極、隔膜與負極依次以平板層疊放置形成由數(shù)組正、負電極對組成的層疊式極芯，極芯由夾緊具固定收納于電池外殼中；由正、負電極的金屬基板所延伸出來的細頸部為正、負極的集流體，經(jīng)反向?qū)盈B放置使正、負極的集流體分別位于極芯兩端；極芯兩端各包括一集電部件，該集電部件包括連接塊、夾片及連接片，夾片是沿極片重疊方向?qū)㈦姵氐恼?、負電極集流體夾緊在連接塊側(cè)壁上并通過連接片與電池極柱相連導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述的夾緊具為上下端開口的盒式結(jié)構(gòu)，通過單側(cè)邊螺釘緊固方式夾緊極芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述的夾緊具兩端均有突出部位，其突出高度與夾緊具側(cè)壁高度之和等于電池高度減去其上下蓋板厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述的夾緊具由不銹鋼板或銅板或鋁板材質(zhì)制成，外側(cè)壁打有凹印痕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述的隔膜為單邊開口袋式隔膜套，層疊排布的正、負極極片至少其中之一極的極片插入該袋式隔膜套中并形成層疊式極芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述的正、負電極集流體、連接塊、夾片、連接片與電池極柱之間是通過螺釘緊固或鉚釘鉚合或螺釘緊固加焊接或鉚釘鉚合加焊接的方式連接為一體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述的連接片是由多層金屬箔重疊而成的軟性連接片。
8.一種層疊式鋰離子二次電池，包括在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的負極、在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的正極、隔膜以及非水電解液，收納于電池外殼中，其特征在于正極、隔膜與負極依次以平板層疊放置形成由數(shù)組正、負電極對組成的層疊式極芯，極芯由夾緊具固定收納于電池外殼中；由正、負電極的金屬基板所延伸出來的細頸部為正、負極的集流體，經(jīng)反向?qū)盈B放置使正、負極的集流體分別位于極芯兩端；在正極或負極的集流體中設(shè)有一段電阻較大的區(qū)域A，使某一正、負電極對的集流體在通過設(shè)定的較大電流值時因該區(qū)域電阻受熱過度自動熔斷，或者降低由正、負電極對在短路所產(chǎn)生的電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述的區(qū)域A的橫截面小于該集流體中其它區(qū)域的橫截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于以缺口方式形成區(qū)域A的橫截面變小。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述的區(qū)域A涂布化學(xué)物質(zhì)涂層，該涂層為高溫下可與集流體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的使該區(qū)域A的電阻增大的試劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述的化學(xué)物質(zhì)涂層為MnO2、Co2O3、Co3O4和LiCO3、Co(NO3)2、Ni(NO3)2、NiNO2、Cr2O3、Li2MnO4、LiCrO4、Li2FeO4、Fe3O4、Mn2(SO4)3、LiNO3、苯酚、乙二酸鋰、苯醌、己二酮、鄰苯二甲酸酐、乙二酸酐、氧化吡啶、8-羥基喹啉、六次甲基四胺、苯胺、鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、對硝基苯酚其中一種或幾種。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或9或11所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述的區(qū)域A表面覆蓋耐高溫膠布。
14.一種層疊式鋰離子二次電池，包括在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的負極、在金屬基板上涂敷能鑲嵌和脫嵌鋰離子活性物質(zhì)所形成的正極、隔膜以及非水電解液，收納于電池外殼中，其特征在于正極、隔膜與負極依次以平板層疊放置形成由數(shù)組正、負電極對組成的層疊式極芯，極芯由夾緊具固定收納于電池外殼中；由正、負電極的金屬基板所延伸出來的細頸部為正、負極的集流體，經(jīng)反向?qū)盈B放置使正、負極的集流體分別位于極芯兩端；在正極或負極的集流體中設(shè)有一段PTC區(qū)域B，使某一正、負電極對的集流體在短路時在所產(chǎn)生的高溫度致該區(qū)域電阻倍增而降低電流，溫度降低后，集流體可繼續(xù)工作。
15.根據(jù)權(quán)利要求1、8或14所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述正極活性物質(zhì)選自通式為LixNi1-yCoyO2(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、LixMn2-yByO2(其中，B為過渡金屬，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)的鋰與過渡金屬的層狀復(fù)合氧化物。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、8或14所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述負極活性物質(zhì)選自為天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、中間相碳纖維，屬于能夠使鋰離子反復(fù)嵌入和脫嵌的石墨化碳系材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1、8或14所述的層疊式鋰離子二次電池，其特征在于所述電解液為含有鋰鹽的鏈狀酸酯和環(huán)狀酸酯的混合溶液，其中鋰鹽包括高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、氯鋁酸鋰、鹵化鋰、氟烴基氟氧磷酸鋰及氟烴基磺酸鋰之一或其混合物；鏈狀酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二苯酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機酯類其中之一或其混合物；環(huán)狀酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亞乙烯酯、γ-丁內(nèi)酯、磺內(nèi)酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環(huán)狀有機酯類其中之一或其混合物。
專利摘要一種層疊式鋰離子二次電池，包括負極、正極、隔膜以及非水電解液，收納于電池外殼中，其中，正極、隔膜與負極依次以平板層疊放置形成由數(shù)組正、負電極對組成的層疊式極芯，極芯由夾緊具固定收納于電池外殼；由正、負電極的金屬基板所延伸出來的細頸部為正、負極的集流體，經(jīng)反向?qū)盈B放置使正、負極的集流體分別位于極芯兩端；極芯兩端各包括一集電部件，該集電部件包括連接塊、夾片及連接片，夾片是沿極片重疊方向?qū)㈦姵氐恼?、負電極集流體夾緊在連接塊側(cè)壁上并通過連接片與電池極柱相連導(dǎo)通。本實用新型層疊式鋰離子二次電池內(nèi)阻較低，具有優(yōu)良的高倍率放電性能和高安全性能，內(nèi)部短路時電池的報廢率低。
文檔編號H01M10/40GK2640053SQ0327365
公開日2004年9月8日 申請日期2003年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月19日
發(fā)明者沈晞, 王傳福 申請人:比亞迪股份有限公司