[實用新型]一種卷繞式結構的方形鋰離子電池

有效

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• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN202905885U
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 李萍;王升威;趙逸楓;賈小支;何東銘
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司;東莞新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0587;H01M4/13
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術領域

本實用新型屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種卷繞式結構的方形鋰離子電池，特別是一種能夠降低變形率的卷繞式結構的方形鋰離子電池。

背景技術

方形電池形狀規(guī)則，厚度可控，能夠適應現(xiàn)代消費電子超輕薄發(fā)展的趨勢；同時方形電池形相對圓柱形電池比表面積大，有利于大容量電池的散熱；方形結構也有利于大規(guī)模電池的組裝，因此也適于汽車動力電池、儲能電池等大規(guī)模儲能的應用。目前，方形電池電極、隔膜組件的組裝方式主要包括疊片和卷繞兩種方式。其中，卷繞方式組裝方形電池有利于機械自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可靠性。

然而相對于疊片式結構的電池，卷繞式結構的電池在循環(huán)過程中容易發(fā)生變形，從而導致電池厚度增加，體積能量密度降低，以及造成電極間的界面變差，電池性能惡化。理想的方形電池應為一平整的方塊形狀，電池變形是指電池某些部位隆起而背面凹陷，或某些部位凹陷而背面隆起等各種使造成電池不平整的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于卷繞式結構的電池充放電循環(huán)過程中因電極膨脹而導致在電池內部不同位置存在不均勻的應力分布，因而容易發(fā)生變形；而疊片式結構的電池，各極片獨立、平行堆疊，極片均勻膨脹，沒有應力分布，因而疊片式電池是整個厚度方向的均勻膨脹，沒有變形的問題。

電極在循環(huán)過程中的膨脹包括由于電極材料充放電過程中的晶格膨脹、電解液對電極的溶脹、因電極加工過程產(chǎn)生的應力在循環(huán)過程中逐漸釋放導致的電極膨脹，以及電極活性材料在循環(huán)過程中因表面膜生長導致的膨脹。在疊片式電池中，極片各個部位均勻膨脹，同時各個集流體不是一個整體，不會互相限制，因此電極膨脹時，電池可整體均勻的膨脹，不易造成電池變形的問題。而卷繞式結構的電池，極片膨脹時受到集流體、隔膜的束縛，從而使內部產(chǎn)生不均勻應力分布，導致電池變形問題。

有鑒于此，確有必要提供一種能夠解決變形問題的卷繞式結構的方形鋰離子電池。

實用新型內容

本實用新型的目的在于：針對現(xiàn)有技術的不足，而提供一種能夠解決變形問題的卷繞式結構的方形鋰離子電池。

為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種卷繞式結構的方形鋰離子電池，包括電芯、用于容納所述電芯的包裝袋和灌注于所述包裝袋內的電解液，所述電芯包括正極、負極和間隔于所述正極和負極之間的隔膜，所述正極包括正極集流體及涂布在正極集流體上的正極材料層，所述負極包括負極集流體及涂布在負極集流體上的負極材料層，所述正極在轉角區(qū)域的正極材料層的厚度與正極本體區(qū)域的正極材料層的厚度的比值小于等于90％，所述轉角區(qū)域在卷繞方向的長度為0.5～4個電芯厚度。其中，轉角區(qū)域是指電極在其轉角位置附近的區(qū)域。轉角區(qū)域其在卷繞方向的長度約為0.5～4倍電芯厚度，以1～2倍的電芯厚度最佳，太短則難以起到抑制電池變形的作用，太長則導致電池能量密度損失。同時，轉角區(qū)域相對電極轉角位置盡量對稱分布，其相對轉角處轉角區(qū)域兩邊長度比在0.6～1.5之間，以使電極分布均勻，達到更佳效果。

本體區(qū)域是指除轉角區(qū)域以外的區(qū)域。使用此優(yōu)化結構的電極組裝的電池，在充放電、循環(huán)過程中，在其卷繞結構的轉角區(qū)域因電極膨脹產(chǎn)生的應力小，減輕了應力分布不均勻的問題，因而可以減少電池的變形率。在實施中發(fā)現(xiàn)，當轉角區(qū)域的正極材料層厚度相當于正極本體區(qū)域電極材料層厚度的90％時，電池變形即有改善。

作為本實用新型卷繞式結構的方形鋰離子電池的一種改進，所述負極在轉角區(qū)域的負極材料層的厚度與負極本體區(qū)域的負極材料層的厚度的比值小于等于90％。為實現(xiàn)電極(正極或負極)轉角區(qū)域涂布的電極層厚度低于本體區(qū)域電極層厚度，可以采用如下實施方法：

第一種是一次性涂布，然后在轉角區(qū)域吸取、粘取等方法取出一定量的漿料或干燥后磨除、剔除等方法減少活性涂層厚度；

第二種是間歇式的調節(jié)涂布頭的縫隙，在轉角區(qū)域直接涂布較少的漿料；

第三種是兩次涂布方法，即先整體涂布一層，然后再涂布本體區(qū)域，第二次涂布在轉角區(qū)域不涂；

其中第一種方法和第二種方法在實施上較為困難，第三種方法是目前較為簡單、可行的方法。

作為本實用新型卷繞式結構的方形鋰離子電池的一種改進，所述正極在轉角區(qū)域的正極材料層的厚度與正極本體區(qū)域的正極材料層的厚度的比值小于等于30％。此時，轉角區(qū)域活性材料較少，空間多、電極膨脹少；電池膨脹主要體現(xiàn)在本體區(qū)域，電池內部幾乎不存在應力分布，此時電極膨脹對電池的影響與疊片電池類似，電池整體在厚度方向膨脹，而基本沒有變形的現(xiàn)象。