[发明专利]锂离子电池结构

说明书

一种锂离子电池结构，作为正、负集流体的多孔铝箔和多孔铜箔分别覆盖于多孔隔膜两侧表面，形成集流体‑隔膜复合体，集流体‑隔膜复合体的整体孔道具有连通性；正极耳和负极耳的一端分别与所述集流体‑隔膜复合体的铝箔和铜箔相连接；所述集流体‑隔膜复合体将两侧正极活性材料涂层和负极活性材料涂层隔开，相邻的表面紧密接触，形成正极活性材料涂层‑复合体‑负极活性材料涂层‑复合体‑正极活性材料涂层······的周期层叠结构。本发明可以提升当前商业锂离子电池的性能与制造质量。

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及到一种锂离子电池结构。

背景技术

锂离子电池以其高能量密度、高功率性能、无记忆性和低自放电率等优点被广泛应用于消费电子领域和新能源领域。锂离子电池的能量密度、功率性能不仅取决于内部的电极、电解液材料，还与电化学系统的结构紧密相关。在电池安全方面，电池结构也具有决定性影响，如三星手机Note 7爆炸事件正是由于在电池结构设计时过度压缩体积造成了内短路，从而引发热失控而形成的。

当前，工业上锂离子电池比较成熟的整体构型主要有三种：圆柱卷绕式、方形卷绕式和叠片式。这三种结构的电芯在厚度方向上均呈现极片周期性层叠，当电池工作时，电化学反应分别在每个重复的电极对间独立进行。对于单个电极，为缩短离子迁移距离，改善电池倍率特性，涂层厚度有减小的发展趋势。这一方面会降低单体的能量密度；另一方面，在涂布过程中涂层厚度的一致性较难把控，导致电极厚度不均匀，影响电池产品质量。为减少非活性物质占比，商业锂离子电池的集流体同样在不断减薄，尤其是密度较大的铜箔。而集流体过薄会增大电芯制造过程中断带的风险，因此，这种提高能量密度的技术路线再往后会受到极大制约。

新的锂离子电池结构以及相应的制造工艺是全球各国关注和研究的热点。譬如德国汽车公司正在大力研发大平面型双极锂离子电池，预计该结构能大幅提升电池的体积能量密度，增加汽车的续航里程。

发明内容

本发明旨在提出一种新型的锂离子电池结构，以期提升当前商业锂离子电池的性能与制造质量。

本发明提出了一种锂离子电池结构，作为正、负集流体的多孔铝箔和多孔铜箔分别覆盖于多孔隔膜两侧表面，形成集流体-隔膜复合体，集流体-隔膜复合体的整体孔道具有连通性；正极耳和负极耳的一端分别与所述集流体-隔膜复合体的铝箔和铜箔相连接；所述集流体-隔膜复合体将两侧正极活性材料涂层和负极活性材料涂层隔开，相邻的表面紧密接触，形成正极活性材料涂层-复合体-负极活性材料涂层-复合体-正极活性材料涂层······的周期层叠结构。

所述的多孔铝箔和多孔铜箔的厚度在5μm~10μm之间选择，孔隙的平均孔径在1μm~100μm之间选择，孔隙率在50%~80%之间选择。

所述的多孔隔膜的厚度在10μm~30μm之间选择。

所述的正极活性材料涂层和负极活性材料涂层厚度在50μm~200μm之间选择。

本发明可使锂离子电池收到以下有益效果：

1.集流体重量减轻，使锂离子电池非活性物质质量占比减少，质量能量密度提高。集流体、隔膜总体厚度也减小，使非活性物质体积占比减少，体积能量密度提高。

2.集流体金属层的多孔表面能与活性材料涂层更紧密地接触，涂层与集流体粘结强度提高，在电池制造或使用过程中活性材料不容易剥落。

3.在保证倍率性能相同的情况下，正、负及活性材料涂层可为一般商业锂离子电池极片单侧涂层厚度的两倍，因而在涂布时涂层厚度波动相对较小，一致性更好，可使电池拥有更长的循环寿命。

4.整体连通的孔隙网络可使各层电极对通过孔隙中填充的电解液相互连通，当电池工作时各层离子浓度的不均匀性得到缓解，使锂离子电池具有更好的充放性能。