一种圆柱形锂离子二次电池及其制备方法

摘要

本发明涉及一种锂离子二次电池，尤其涉及一种圆柱形锂离子二次电池及其制备方法。所述圆柱形锂离子二次电池的制备方法包括：将浆料涂布于箔材上得到极片；在所述箔材距一侧边缘6～10mm的宽度上设有空箔区域，所述空箔区域上不涂布浆料；将所述极片经辊压后，进行模压，以在所述空箔区域上形成若干个圆形或椭圆形孔洞；用带有孔洞的极片制备圆柱形锂离子二次电池。本发明通过在极片的空箔区域上模压形成若干个特定尺寸的圆形或椭圆形孔洞，解决了圆柱形锂离子二次电池使用过程中负极极片析锂的问题，保证了电池的能量密度、循环性能与安全性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池，尤其涉及一种圆柱形锂离子二次电池及其制备方法。

背景技术

近年来，电动汽车取代燃油汽车已成为趋势，而锂离子二次电池是电动汽车的重要组成部分。锂离子二次电池按照封装工艺可分为圆柱形电池、方形电池与软包电池。

相较于方形电池和软包电池，圆柱形电池具备加工设备成熟度高、生产效率高、成本低、电池一致性高等优点，被知名电动汽车车厂大量使用。而处于对电动汽车里程的焦虑，增加单位体积单位质量锂离子二次电池的能量密度是必然的选择。

为了解决单位体积单位质量锂离子二次电池能量密度低的问题，一种解决方法是提高正负极材料的能量密度，这需要比较长时间的研发与可靠性测试；另一种解决办法是增大单体锂离子二次电池体积。

然而，圆柱形大尺寸锂离子二次电池因为极片过程，为了保证电流的输入，不采用小圆柱电池的极耳引流方式引出电流，而是采用正负极极片一侧各流出一定空白箔材：极片卷绕之后形成极组，对极组两侧的空白箔材进行揉平形成端面，端面再与集流盘进行焊接进行组装制备成圆柱形锂离子二次电池。

目前，揉平工序存在的问题主要在于：如果正负极极片留空白箔比较窄，通常≤10mm，揉平之后，被揉进极组的箔材会把极片涂料的料区局部拱起，造成正负极极片出现间隙，这会导致制成的电池在使用过程中，每次充电，被拱起的负极极片析锂，析锂会导致负极极片进一步被拱起，如此反复，导致负极极片两侧全部析锂，电池存在严重的安全隐患，并且电池循环后期循环跳水；为了解决上述问题，可以将正负极极片留白空箔尺寸变宽，但却增加了电池的正负极箔材成本，降低了电池能量密度，反而适得其反。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆柱形锂离子二次电池的制备方法；本发明的另一目的是提供一种圆柱形锂离子二次电池。

具体地，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种圆柱形锂离子二次电池的制备方法，包括：

将浆料涂布于箔材上得到极片；在所述箔材距一侧边缘6～10mm的宽度上设有空箔区域，所述空箔区域上不涂布浆料；

将所述极片经辊压后，进行模压，以在所述空箔区域上形成若干个圆形或椭圆形孔洞；

用带有孔洞的极片制备圆柱形锂离子二次电池。

本发明意外发现，通过在正负极极片的空箔区域进行模切打孔，减少空箔区域箔材体积，实现在不增加空箔区域宽度的前提下，确保制得的圆柱形锂离子二次电池在使用过程中，负极极片不析锂，保障了电池的能量密度、循环性能与安全性能。

为了进一步提高圆柱形锂离子二次电池的能量密度、循环性能与安全性能，本发明对孔洞的尺寸进行了优化，具体如下：

作为优选，所述圆形孔洞的半径为2～4mm。

作为优选，所述椭圆形孔洞的短轴半径为2～4mm，长轴半径为2～6mm。

作为优选，相邻两个孔洞中心点之间的距离为5～20mm。

本发明还发现，在所述空箔区域上形成的若干个孔洞的尺寸在上述范围内，所得极片制成的圆柱形锂离子二次电池具有更高的能力密度、更好的循环性能与安全性能。

作为优选，所述浆料为正极浆料或负极浆料。

进一步地，当所述浆料为正极浆料时，所述箔材为铝箔。

进一步地，当所述浆料为负极浆料时，所述箔材为铜箔。

本发明还提供一种圆柱形锂离子二次电池，所述圆柱形锂离子二次电池利用上述方法制得。

本发明的有益效果在于：

本发明通过在极片的空箔区域上模压形成若干个特定尺寸的圆形或椭圆形孔洞，解决了圆柱形锂离子二次电池使用过程中负极极片析锂的问题，保证了电池的能量密度、循环性能与安全性能。

附图说明

图1为本发明制备的极片示意图；

图中：1、极片涂料区；2、空箔区域；3、孔洞。

图2为本发明实施例1的电池负极极片拆解图。

图3为本发明对比例1的电池负极极片拆解图。

图4为本发明实施例1～2、对比例1～2的电池循环对比图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1

本实施例提供一种磷酸铁锂32140大圆柱形锂离子二次电池，所述电池的制备方法包括如下步骤：

(1)制备极片：

①制备正极极片：

将正极磷酸铁锂浆料涂布于铝箔上，得到正极极片；在所述铝箔距一侧边缘8mm的宽度上设有空箔区域，所述空箔区域上不涂布浆料；

将所述正极极片经辊压后，进行模压，以在所述空箔区域上形成若干个圆形孔洞；如图1所示，所述圆形孔洞的半径为3mm，相邻两个孔洞中心点之间的距离为15mm；

②制备负极极片：

将石墨负极浆料涂布于铜箔上，得到负极极片；在所述铜箔距一侧边缘8mm的宽度上设有空箔区域，所述空箔区域上不涂布浆料；

将所述负极极片经辊压后，进行模压，以在所述空箔区域上形成若干个圆形孔洞；如图1所示，所述圆形孔洞的半径为3mm，相邻两个孔洞中心点之间的距离为15mm；

(2)制备电池：

将所述正极极片和所述负极极片分别经过卷绕、揉平、集流盘焊接等工序，制得。

本实施例的电池负极极片拆解如图2所示。

实施例2

本实施例提供一种磷酸铁锂32140大圆柱形锂离子二次电池，所述电池的制备方法包括如下步骤：

(1)制备极片：

①制备正极极片：

将正极磷酸铁锂浆料涂布于铝箔上，得到正极极片；在所述铝箔距一侧边缘7.5mm的宽度上设有空箔区域，所述空箔区域上不涂布浆料；

将所述正极极片经辊压后，进行模压，以在所述空箔区域上形成若干个椭圆形孔洞；所述椭圆形孔洞的短轴半径为2mm，长轴半径为6mm，相邻两个孔洞中心点之间的距离为10mm；

②制备负极极片：

将石墨负极浆料涂布于铜箔上，得到负极极片；在所述铜箔距一侧边缘7.5mm的宽度上设有空箔区域，所述空箔区域上不涂布浆料；

将所述负极极片经辊压后，进行模压，以在所述空箔区域上形成若干个椭圆形孔洞；所述椭圆形孔洞的短轴半径为2mm，长轴半径为6mm，相邻两个孔洞中心点之间的距离为10mm；

(2)制备电池：

将所述正极极片和所述负极极片分别经过卷绕、揉平、集流盘焊接等工序，制得。

对比例1

本对比例提供一种磷酸铁锂32140大圆柱形锂离子二次电池，所述电池的制备方法包括如下步骤：

(1)制备极片：

①制备正极极片：

将正极磷酸铁锂浆料涂布于铝箔上，得到正极极片；

②制备负极极片：

将石墨负极浆料涂布于铜箔上，得到负极极片；

(2)制备电池：

将所述正极极片和所述负极极片分别经过辊压、卷绕、揉平、集流盘焊接等工序，制得。

本对比例的电池负极极片拆解如图3所示。

对比例2

本对比例提供一种磷酸铁锂32140大圆柱形锂离子二次电池，所述电池的制备方法包括如下步骤：

(1)制备极片：

①制备正极极片：

将正极磷酸铁锂浆料涂布于铝箔上，得到正极极片；在所述铝箔距一侧边缘8mm的宽度上设有空箔区域，所述空箔区域上不涂布浆料；

将所述正极极片经辊压后，进行模压，以在所述空箔区域上形成若干个圆形孔洞；所述圆形孔洞的半径为1mm，相邻两个孔洞中心点之间的距离为4mm；

②制备负极极片：

将石墨负极浆料涂布于铜箔上，得到负极极片；在所述铜箔距一侧边缘8mm的宽度上设有空箔区域，所述空箔区域上不涂布浆料；

将所述负极极片经辊压后，进行模压，以在所述空箔区域上形成若干个圆形孔洞；所述圆形孔洞的半径为1mm，相邻两个孔洞中心点之间的距离为4mm；

(2)制备电池：

将所述正极极片和所述负极极片分别经过卷绕、揉平、集流盘焊接等工序，制得。

对比例3

本对比例提供一种磷酸铁锂32140大圆柱形锂离子二次电池，所述电池的制备方法包括如下步骤：

(1)制备极片：

①制备正极极片：

将正极磷酸铁锂浆料涂布于铝箔上，得到正极极片；在所述铝箔距一侧边缘7.5mm的宽度上设有空箔区域，所述空箔区域上不涂布浆料；

将所述正极极片经辊压后，进行模压，以在所述空箔区域上形成若干个椭圆形孔洞；所述椭圆形孔洞的短轴半径为1mm，长轴半径为7mm，相邻两个孔洞中心点之间的距离为4mm；

②制备负极极片：

将石墨负极浆料涂布于铜箔上，得到负极极片；在所述铜箔距一侧边缘7.5mm的宽度上设有空箔区域，所述空箔区域上不涂布浆料；

将所述负极极片经辊压后，进行模压，以在所述空箔区域上形成若干个椭圆形孔洞；所述椭圆形孔洞的短轴半径为1mm，长轴半径为7mm，相邻两个孔洞中心点之间的距离为4mm；

(2)制备电池：

将所述正极极片和所述负极极片分别经过卷绕、揉平、集流盘焊接等工序，制得。

试验例1

本试验例针对实施例1～2、对比例1～3的圆柱形锂离子二次电池的循环性能进行测试，具体如下：

(1)测试方法：

①以0.5C电流对电池进行充电至3.6V；

②以1C电流对电池进行放电至2.0V；

③以步骤②的放电容量为电池的初始容量；

④重复步骤①与步骤②，每次重复的步骤②的放电容量与电池的初始容量相除，得到放电容量百分比。

(2)测试结果如图4所示。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。