[实用新型]锂离子二次电池

说明书

本实用新型专利涉及二次电池，更详细地是大容量锂离子二次电池。

锂离子二次电池是在锂二次电池的基础上发展起来的一种新型电池体系。由于它既保持了锂电池的高比能量、高工作电压、无环境污染的优点，又比锂二次电池更安全可靠，循环寿命更长，因此成为摄像机、移动电话、笔记本电脑以及便携式测量仪器等电子装置理想的轻型高能电源。

目前，锂离子二次电池正在向大容量的方向发展，如电动汽车用的动力电池以及航天航空用大容量电池等。这些应用都共同要求电池的容量要大、大电流充放电的性能要好。现有的锂离子二次电池普遍采用卷绕式结构，即电池的正负极都只有一个极片，成型时正负极极片以隔膜相隔后一起围绕转心(即卷绕模具)旋转，卷绕好后退出转芯即可得到电池的电芯。采用这种结构的锂离子电池虽然电流分布均匀，但是散热慢，不利于大容量锂离子电池在大电流充放电时内部产生热量的排散，降低和限制了电池容许的最大充放电电流密度。而且当制备的锂离子电池的容量很大时(如作为电动汽车动力源的动力电池等)，采用这种卷绕式结构就要求电池的极片必须非常长，这样就给极片的制备和卷绕都增加了难度；另外，卷绕式结构的极片的极耳是焊接在极片上的，极片过长，则必须在极片顶端的极耳的基础上再在极片的中部也焊接极耳，极片中部的极耳会影响与其相邻的隔膜和极片层的平整，在卷绕时还容易戳穿电池的隔膜，造成短路。因此，大容量的锂离子电池不适宜采用卷绕式的结构。

本实用新型专利的目的在于提供一种锂离子二次电池。其电池极片采用方形层叠式结构，避免大容量卷绕式结构锂离子二次电池在极片过长时出现上述的种种难题，易于调整电池的容量，使电池的散热性能、大电流充放电性能都更好。

本实用新型的锂离子二次电池由电池极片、电解液及其电池壳构成，电池壳内方形电池极片层叠排布，电池极片间用隔膜相隔，电池极片两端由不锈钢板或铜板或镍板联接和固定，电解液基本充满电池壳，隔膜采用聚丙烯隔膜或聚乙烯膜与聚丙烯膜叠层的隔膜。

本实用新型的工作原理如下：

锂离子电池以高电位的过渡金属氧化物为正极，贮锂碳材料为负极，通过锂离子在正、负极之间的嵌、脱来实现电能的贮存和释放。其基本反应如下：

其中M：Co或Ni或Mn  X：与M相关的函数，小于等于1

电池极片的制造及电池的装配如下：

正极材料采用LiCoO₂或LiMn₂O₄，将正极材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)胶粘剂按80-90∶1-10∶1-10的比例在N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基乙酰胺中混合制成浆液，将浆液均匀地涂覆于铝箔的两面，在80-150℃下干燥后，碾压、裁分得到正极极片。

负极材料采用MCMB(碳小球中间相)或石墨，将负极材料与乙炔黑、PVDF胶粘剂按80-90∶1-10∶1-10的比例在N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺中混合制成浆液，将浆液均匀地涂覆于铜箔的两面，在60-150℃下干燥后，碾压、裁分得到负极极片。

装配电池时，用聚丙烯隔膜或聚丙烯和聚乙烯叠层的隔膜将电池正、负极极片隔开并对齐，按层叠式进行排布，极片顶端的极耳也相应排列整齐，然后将排布好的极片两端以不锈钢板或铜板或镍板加不锈钢钉或铜钉或镍钉等固定，排布整齐的正、负极的极耳也分别用不锈钢片、镍板或铜片加不锈钢钉或铜钉紧固后连接外导线。将固定好的极片放入电池壳，在80-100℃下干燥40-100小时后，在干燥箱中注入适量的电解液，再将电池壳完全密封好。

本实用新型专利与现有技术相比具有如下优点：

1、采用方形层叠式结构的大容量电池不必把电池的极片做的很长，可以在极片尺寸一定的前提下，通过增加或减少极片的数目来方便地调整电池的容量，而且每片极片的顶端都预留有极耳，这样极耳与极片自成一体，减少了极耳戳穿隔膜引起短路的可能性。

2、方形层叠式结构的大容量蓄电池在大电流充放电时可以通过每个电池极片的边缘来散热，有利于电池大电流充放电时内部产生热量的散失，从而提高电池容许的最大充放电电流密度，而卷绕式结构的大容量蓄电池由于整个电极只是一个极片，极片的尺寸很长，卷绕后只能通过极片的上下端散热，散热性能相应较差，也影响了电池的大电流充放电性能。

3、方形层叠式的电池结构可以通过两端固定螺钉的松紧度来方便地调整电池极片间的距离，能够方便地更大限度地减少电池极片的间距，从而降低电池的浓差极化和离子扩散距离，有利于实现电池的大电流快速充放电。