[实用新型]圆柱形锂离子电池用电芯

说明书

技术领域

本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种负极极片不容易断裂的圆柱形锂离子电池用电芯。

背景技术

随着现代社会的发展，各种移动电子设备，如摄像机、笔记本电脑和数码相机等的应用越来越广泛，从而对高容量电池的需求也越来越大。

锂离子电池因其具有重量轻、容量高、无污染、循环寿命长、自放电小等突出的优点，已经应用在越来越多的领域。其中，圆柱形锂离子电池的能量密度比其他形状(如方形、铝塑包装的电池)更高，因此更加受到人们的青睐，成为移动设备的最常用电源。

图1和图2为现有技术中圆柱形锂离子正负极极片的设计结构示意图。图1为正极片10，其包括作为正极集流体的铝箔12和涂覆于铝箔12两面的正极膜片14，铝箔12的前端(即卷绕电芯时的开始端)设有正极极耳16，正极片10上贴有六块起绝缘作用的绝缘胶18，其中四块贴在正极膜片14的端部，一块贴在极耳16上，还有一块贴在铝箔12上与正极极耳16的呈轴对称的位置处。图2为负极片20，其包括作为负极集流体的铜箔22和涂覆于铜箔22两面的负极膜片24、25，铜箔22的尾部(即卷绕电芯时的结束端)设有负极极耳26。其中，负极膜片24、25在铜箔22的两面上并非对齐涂布，A面的负极膜片24在远离负极极耳26一侧的涂布长度大于B面负极膜片25的涂布长度。在铜箔22的尾端、与负极极耳26相对的背面位置处，贴有一块绝缘胶28。生产电池时，将上述正极片10、负极片20和极片间的隔膜间隔叠加后卷绕成圆柱形锂离子电池的电芯。

但是，在圆柱形锂离子电池的充电过程中电芯会发生膨胀和旋转。采用上述正负极片10、20生产的锂离子电池的电芯，在充电时会发生负极片20断裂。三种比较典型的负极片20断裂的情况分别为：

一是负极膜片24和25交错处(比如图2中的M点)断裂；

二是A面负极膜片24收尾处(图2中的N点)断裂，卷绕成电芯时，负极膜片24首位处与正极片10的尾端的绝缘胶18收尾处相对应；

三是纯铜箔22(即靠近负极片20的尾端、A、B两面均未涂覆负极膜片的铜箔，如图2中的Q点)断裂，卷绕成电芯时，此处铜箔22与正极片10的尾端的绝缘胶18收尾处相对应。

对于第一种情况我们可以通过优化负极片的涂布顺序和极片辊压的方向解决。

而对于第二种和第三种情况，目前已公开的公开号为CN101789529的中国专利公开的技术方案虽然可以在一定程度上改善第二种和第三种情况导致的负极片20的断裂，但是并不能够完全解决极片断裂的问题。按照此专利公开的技术方案，在电池制作过程中采用了优化的负极片的涂布顺序和极片辊压的方向，所制备的圆柱形锂离子电池，在循环50次后，仍有大约10％的电池发生极片断裂的情形，通过拆解分析其断裂情形属于第二种和第三种情况。由于负极片的断裂会导致锂离子电池的电芯出现无电压输出、不能放电的现象，甚至出现安全事故，因此，确有必要提供一种负极片不易断裂的圆柱形锂离子电池用电芯。

为了解决负极片20断裂的问题，首先分析其断裂原因。在圆柱形锂离子电池充电时，其负极片20将发生膨胀，从3.0V充电至4.2V负极片的厚度膨胀约为4％，此外，负极片20还可能会发生旋转，为了释放应力，负极片20趋向于伸直。

根据杨氏模量理论，铜箔22和负极膜片组成的是一个刚性体，能够很好的传递膨胀应力，趋向于使极片伸直，避免断裂。但是，未涂覆负极膜片的纯铜箔具有良好的应变力，不能够传递膨胀，从而导致了电芯的膨胀应力都集中在绝缘胶18收尾处相对应的铜箔上。

在电池充电过程中，随着负极片20的膨胀，绝缘胶18收尾处对应的铜箔所受到的剪切应力越来越大。当铜箔22发生弹性形变时，其晶格常数保持不变，晶界扩散，导致铜箔内部微裂隙的产生。随着充电的进行，铜箔内部的微裂隙逐渐增大，并可能连通在一起，使铜箔22能够承受应力的有效截面积大大减小，这样铜箔能够承受的应力随之迅速减小，最终导致铜箔22的断裂。

我们还研究了铜箔22破裂过程中A面和B面的断裂情况(通过观察A面和B面的扫描电子显微镜照片进行研究)。结果发现，铜箔22的B面(即卷绕后的外侧面)能看到明显的裂纹，而A面(即卷绕后的内侧面)没有出现裂纹。

通过上述分析，明确了现有圆柱形锂离子电池的电芯中负极片20易断裂的主要原因是应力集中在绝缘胶18收尾处相对应的铜箔上。针对这一原因，本实用新型旨在提供一种能够解决使用过程中负极片断裂问题的圆柱形锂离子电池用电芯。

实用新型内容