專利名稱：一種鋰離子電池的極片及含有該極片的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體地說(shuō)，涉及一種鋰離子電池的極片及含有該極片的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池作為一種化學(xué)電源，指分別用兩個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從正極中脫嵌，在負(fù)極中嵌入，放電時(shí)反之?，F(xiàn)有的鋰離子電池按照其形狀，主要分為方形鋰離子電池和圓柱形鋰離子電池。方形鋰離子電池主要用于手機(jī)及動(dòng)力設(shè)備中作為其電源。圓柱形鋰離子電池則是筆記本電腦的主要電源之一。
鋰離子電池包括共同密封在電池殼體內(nèi)的非水電解液、正極極片、負(fù)極極片及位于正極極片和負(fù)極極片之間的隔膜，所述正極極片、負(fù)極極片和隔膜卷繞而成或?qū)盈B而成。
現(xiàn)有極片(包括正極極片和負(fù)極極片)的制作方法包括在寬幅極片上涂覆一種含有正極活性物質(zhì)和粘合劑，或者負(fù)極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液，干燥，輥軋并分切，其平面圖如圖1所示。
現(xiàn)有極片一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是包括該極片的鋰離子電池短路率較高，這嚴(yán)重影響了電池的合格率，增加了電池總的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服包括現(xiàn)有極片的鋰離子電池短路率較高的缺點(diǎn)，提供一種新的極片，包括該極片的鋰離子電池短路率較低。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種包括該極片的鋰離子電池。
本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)鋰離子電池短路率較高的原因進(jìn)行了細(xì)致的分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有極片的形狀是導(dǎo)致鋰離子電池短路率較高的一個(gè)重要原因?，F(xiàn)有極片的制備方法包括在寬幅極片上涂覆一種含有正極活性物質(zhì)和粘合劑，或者負(fù)極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液，干燥，輥軋并分切，得到極片。該制備方法已經(jīng)被世界各電池生產(chǎn)廠使用多年，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)線，在分切極片時(shí)，都是采用鋒利的裁切刀直接進(jìn)行裁切，因而，最終制成如圖1所示的極片，該極片為長(zhǎng)條形極片，其四個(gè)角都為直角，且非常鋒利。在將正極極片、負(fù)極極片和位于正極極片和負(fù)極極片之間的隔膜進(jìn)行卷繞或?qū)盈B制成電芯，以及電池裝配的過(guò)程中，稍有不慎，這四個(gè)鋒利的直角就會(huì)刺穿隔膜，造成制得的電池短路或者微短路。研究還發(fā)現(xiàn)，即使在卷繞時(shí)沒(méi)有隔膜被刺穿的現(xiàn)象，在電池的使用過(guò)程中，由于兩個(gè)極片之間的隔膜總是承受兩個(gè)極片的壓力，也會(huì)發(fā)生隔膜被極片刺穿，導(dǎo)致電池短路的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明提出了如下的方案。
本發(fā)明所提供的極片的展開(kāi)形狀為長(zhǎng)條形，其中，該極片的四個(gè)角為圓滑的曲線角。
本發(fā)明所提供的鋰離子電池包括共同密封在電池殼體內(nèi)的非水電解液、正極極片、負(fù)極極片及位于正極極片和負(fù)極極片之間的隔膜，其中，所述正極極片和負(fù)極極片為本發(fā)明提供的極片。
由于本發(fā)明所提供的極片的四個(gè)角為圓滑的曲線角，使得極片的四個(gè)角變得圓滑，極片與隔膜的接觸由點(diǎn)接觸變?yōu)槊娼佑|，因此，在電池的制備和使用過(guò)程中，隔膜不容易被刺穿，基本上完全消除了由于極片尖角刺穿隔膜造成的電池內(nèi)部短路，大大提高了電池的安全性。


圖1為現(xiàn)有極片的平面示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的極片的平面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
圖2為本發(fā)明提供的極片的平面示意圖。從中可以看出，極片四個(gè)角為圓滑的曲線角。
按照本發(fā)明提供的極片，所述曲線角為任意形式的曲線角，各個(gè)曲線角的曲率以及同一曲線角內(nèi)的曲率可以相同也可以不同。一般來(lái)說(shuō)，曲線角的曲率半徑可以根據(jù)極片的寬度變化，例如可以在0.01-100L間變動(dòng)，優(yōu)選為(0.01-0.5)L。優(yōu)選情況下，所述曲線角為圓角，圓的半徑為(0.01-0.5)L，其中，L為極片的寬度。對(duì)于常規(guī)的鋰離子電池來(lái)說(shuō)，圓的半徑的取值優(yōu)選為0.01-100毫米，更優(yōu)選為1-20毫米。
本發(fā)明提供的極片中，四個(gè)曲線角可以采用機(jī)械領(lǐng)域任意熟知的方法制備，如采用如成型R角切刀切出或者磨出該曲線角的方法，或者制成模具，用模具使所述極片成型的方法。
其中，正極極片的組成為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，一般來(lái)說(shuō)，正極極片包括導(dǎo)電基體及涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體(也叫集電體)上的正極活性材料。所述導(dǎo)電基體為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如可以選自鋁箔。所述正極活性材料為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，它包括正極活性物質(zhì)和粘合劑，所述正極活性物質(zhì)可以選自鋰離子電池常規(guī)的正極活性物質(zhì)，如LixNi1-yCoO2(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、LimMn2-nBnO2(其中，B為過(guò)渡金屬，0.9≤m≤1.1，0≤n≤1.0)、Li1+aMbMn2-bO4(其中，-0.1≤a≤0.2，0≤b≤1.0，M為鋰、硼、鎂、鋁、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、氟、碘、硫元素中的一種或幾種。所述粘合劑的種類和含量為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如含氟樹(shù)脂和聚烯烴化合物，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠(SBR)中的一種或幾種。一般來(lái)說(shuō)，所述粘合劑的含量為正極活性物質(zhì)的0.01-8重量％，優(yōu)選為1-5重量％。所述正極活性材料還可以包括正極助劑，所述正極助劑的種類和含量為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如，所述正極助劑可以選自導(dǎo)電劑(如乙炔黑、導(dǎo)電碳黑和導(dǎo)電石墨中的至少一種，其含量為正極活性物質(zhì)的0-15重量％，優(yōu)選為0-10重量％。
負(fù)極極片的組成為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，一般來(lái)說(shuō)，負(fù)極極片包括導(dǎo)電基體及涂覆和/或填充在導(dǎo)電基體上的負(fù)極活性材料。所述導(dǎo)電基體為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如可以選自銅箔。所述負(fù)極活性材料為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，它包括負(fù)極活性物質(zhì)和粘合劑，所述負(fù)極活性物質(zhì)可以選自鋰離子電池常規(guī)的負(fù)極活性物質(zhì)，如天然石墨、人造石墨、石油焦、有機(jī)裂解碳、中間相碳微球、碳纖維、錫合金、硅合金中的一種或幾種。所述粘合劑可以選自鋰離子電池常規(guī)的粘合劑，如聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羥甲基纖維素(CMC)、丁苯橡膠(SBR)中的一種或幾種。一般來(lái)說(shuō)，所述粘合劑的含量為負(fù)極活性物質(zhì)的0.01-8重量％，優(yōu)選為1-5重量％。
所述隔膜設(shè)置于正極和負(fù)極之間，它具有電絕緣性能和液體保持性能，它選自鋰離子電池中所用的各種隔膜，如聚烯烴微多孔膜、聚乙烯氈、玻璃纖維氈、或超細(xì)玻璃纖維紙。所述隔膜為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。
所述正極極片和負(fù)極極片可以商購(gòu)得到，也可以采用常規(guī)的方法制備，只是將正極極片和負(fù)極極片的直角改進(jìn)為本發(fā)明所述的曲線角即可。
常規(guī)的正極極片的制備方法包括在寬幅極片上涂覆一種含有正極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液，干燥，輥軋并分切，得到正極極片。其中，所述含有正極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液的溶劑可以選自常規(guī)的溶劑，如可以選自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、二甲基亞砜(DMSO)、四氫呋喃(THF)以及水和醇類中的一種或幾種。溶劑的用量能夠使所述漿料能夠涂覆到所述集電體上即可。一般來(lái)說(shuō)，溶劑的用量使?jié){液中正極活性物質(zhì)的含量為40-90重量％，優(yōu)選為50-85重量％。干燥的溫度一般為50-160℃，優(yōu)選80-150℃。輥軋是為了是商購(gòu)的寬幅極片輥軋成正極極片所需的厚度，該厚度可以根據(jù)各種不同的電池需要而在很大范圍內(nèi)變動(dòng)。分切的目的是為了使寬幅極片被切割成正極極片所需要的寬度，該寬度可以根據(jù)各種不同的電池需要而在很大范圍內(nèi)變動(dòng)。
負(fù)極極片的制備方法與正極極片的制備方法相同，只是用含有負(fù)極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液代替含有正極活性物質(zhì)和粘合劑的漿液。
所述非水電解液為電解質(zhì)鋰鹽和非水溶劑的混合溶液，可以使用本領(lǐng)域常規(guī)的非水電解液。比如電解質(zhì)鋰鹽可以選自六氟磷酸鋰(LiPF6)、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、鹵化鋰、氯鋁酸鋰及氟烴基磺酸鋰中的一種或幾種。有機(jī)溶劑可以選自鏈狀酸酯和環(huán)狀酸酯混合溶液，其中鏈狀酸酯可以為碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機(jī)酯類中的至少一種。環(huán)狀酸酯可以為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、γ-丁內(nèi)酯(γ-BL)、磺內(nèi)酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環(huán)狀有機(jī)酯類中的至少一種。所述非水電解液中，電解質(zhì)鋰鹽的濃度一般為0.1-2摩爾/升，優(yōu)選為0.8-1.2摩爾/升。
正極極片、負(fù)極極片及位于正極極片和負(fù)極極片之間的隔膜的卷繞或?qū)盈B方法，以及電池的裝配方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不再贅述。
下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)例1本實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明提供的極片和鋰離子電池。
(1)正極極片的制備100份重量正極活性成分LiCoO2、4份重量粘接劑PVDF、4份重量導(dǎo)電劑乙炔黑加入到40份重量NMP中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成穩(wěn)定、均一的分散正極漿料。將該漿料均勻地涂布在寬幅鋁箔(寬為500毫米，厚度為0.2毫米)上，然后，120℃烘干、在輥軋機(jī)上輥軋成厚度為0.1毫米的極片，在分切機(jī)上分切為433×44×0.1毫米的正極極片，并采用成型模具將正極極片的四個(gè)角切成如圖2所示的曲線角，該曲線角為一圓角，圓角的半徑為3毫米正極極片上正極活性成分LiCoO2的含量為7.5克。
(2)負(fù)極極片的制備將100份重量負(fù)極活性成分天然石墨、4份重量粘接劑PTFE、4份重量導(dǎo)電劑炭黑加入到40份重量DMSO中，再加入0.3份重量分散劑(聚異丁烯丁二酰亞胺∶聚環(huán)氧乙烷醚＝1∶1)，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成穩(wěn)定、均一的分散負(fù)極漿料A2。將該漿料均勻地涂布在寬幅銅箔(寬為500毫米，厚度為0.2毫米)上，然后，120℃烘干，在輥軋機(jī)上輥軋成厚度為0.1毫米的極片，然后，在分切機(jī)上分切為400×45×0.1毫米的負(fù)極極片，并采用成型模具將負(fù)極極片切成與(1)所述正極極片相同的形狀。正極極片上負(fù)極活性成分天然石墨的含量為3.6克。
(3)電極片芯的制備將(1)和(2)制備的正極極片、負(fù)極極片和隔膜聚丙烯膜(厚度為0.01毫米，出品)卷繞成電極片芯。
(4)電池的裝配將LiPF6與EC及DMC配置成LiPF6濃度為1摩爾/升的溶液(EC/DMC的體積比為1∶1)，得到非水電解液，非水電解液的用量為2.2克/只。將(3)得到的電極片芯置于50×34×5毫米的方形電池殼內(nèi)，注入上述非水電解液，密封，制成鋰離子電池。共制備20000個(gè)同樣的電池。
實(shí)例2本實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明提供的極片和鋰離子電池。
按照實(shí)例1的方法制備極片和鋰離子電池，不同的只是將正極極片和負(fù)極極片的四個(gè)角都切成如圖2所示的曲線角，該曲線角為一圓角，圓角的半徑為18毫米共制備20000個(gè)同樣的電池。
實(shí)例3本實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明提供的極片和鋰離子電池。
按照實(shí)例1的方法制備極片和鋰離子電池，不同的只是將正極極片和負(fù)極極片的四個(gè)角都切成如圖2所示的曲線角，該曲線角由互相連接的兩個(gè)圓角組成，兩個(gè)圓角的半徑分別為4毫米和5毫米。共制備20000個(gè)同樣的電池。
對(duì)比例1本對(duì)比例說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的極片和鋰離子電池。
按照實(shí)例1的方法制備極片和鋰離子電池，不同的只是在制備正極極片和負(fù)極極片時(shí)，都沒(méi)有將極片切出曲線角的步驟。共制備20000個(gè)同樣的電池。
實(shí)例4-6下面的實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明提供的電池的短路率。
對(duì)實(shí)例1-3制備的電池的短路率進(jìn)行了測(cè)定。測(cè)定方法為用萬(wàn)用表測(cè)電池內(nèi)阻，內(nèi)阻小于20兆歐的電池為短路電池，分揀出20000個(gè)電池中發(fā)生短路的電池，然后，將發(fā)生短路的電池拆開(kāi)，分析其發(fā)生短路的原因，得到由于極片尖角刺穿隔膜造成電池內(nèi)部短路的電池的個(gè)數(shù)。結(jié)果如下實(shí)例1制備的20000個(gè)電池的短路率為0％；實(shí)例2制備的20000個(gè)電池的短路率為0％；實(shí)例3制備的20000個(gè)電池的短路率為0.0％。其中，短路率指由于極片尖角刺穿隔膜造成電池內(nèi)部短路的短路率，即短路率＝由于極片尖角刺穿隔膜造成電池內(nèi)部短路的電池個(gè)數(shù)/20000。
對(duì)比例2本對(duì)比例說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)電池的短路率。
按實(shí)例4-6的方法測(cè)定對(duì)比例1制備的20000個(gè)電池的短路率，其短路率為0.03％。
實(shí)例4-6和對(duì)比例2的結(jié)果表明，本發(fā)明提供的電池基本上完全消除了由于極片尖角刺穿隔膜造成的電池內(nèi)部短路，大大提高了電池的安全性。
權(quán)利要求
1.一種電池的極片，其展開(kāi)的形狀為長(zhǎng)條形，其特征在于，該極片的四個(gè)角均為圓滑的曲線角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片，其特征在于，曲線角的曲率半徑為(0.01-100)L，其中，L為極片的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極片，其特征在于，所述曲線角為圓角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的極片，其特征在于，所述圓角的半徑為(0.01-0.5)L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的極片，其特征在于，所述圓角的半徑為0.01-100毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的極片，其特征在于，所述圓角的半徑為1-20毫米。
7.一種鋰離子電池，該電池包括共同密封在電池殼體內(nèi)的非水電解液、正極極片、負(fù)極極片及位于正極極片和負(fù)極極片之間的隔膜，其特征在于，所述正極極片和負(fù)極極片為權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的極片。
全文摘要
一種電池的極片及含有該極片的鋰離子電池，其中，該極片的四個(gè)角均為圓滑的曲線角。由于采用了本發(fā)明提供的極片，所以在將正極極片、隔膜紙和負(fù)極極片通過(guò)卷繞或疊放形成極芯時(shí)，能夠防止極片的四個(gè)尖角刺破隔膜紙而發(fā)生電池短路或者微短路，基本上完全消除了由于極片尖角刺穿隔膜造成的電池內(nèi)部短路，大大提高了電池的安全性。
文檔編號(hào)H01M10/40GK1805188SQ20051000214
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月14日
發(fā)明者毛德和, 許教練, 曹小飛, 蘇少雄 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司