[发明专利]圆柱形二次电池、包括该圆柱形二次电池的电池组和车辆

说明书

本发明提供圆柱形二次电池、包括该圆柱形二次电池的电池组和车辆。本公开的圆柱形二次电池包括：卷芯型电极组件，其具有这样的结构，其中片状的正极板和负极板以及插设在其间的隔膜沿一个方向卷绕，正极板包括在长边端部处暴露于隔膜的外部的正极非涂覆部，负极板包括在长边端部处暴露于隔膜的外部的负极非涂覆部；正极集流板，其借助正极焊接部与正极非涂覆部联接；以及负极集流板，其借助负极焊接部与负极非涂覆部联接，其中，正极非涂覆部和正极集流板之间的联接面积小于负极非涂覆部和负极集流板之间的联接面积。根据本公开，通过改善正极集流板和负极集流板，能够保证正极和负极之间的动态平衡，提高能量密度并加强部件之间的联接力。

技术领域

本公开涉及一种二次电池，更具体而言，涉及一种集流板和包括该集流板的圆柱形二次电池。本公开还涉及包括该圆柱形二次电池的电池组和车辆。

背景技术

随着技术的发展以及对移动装置和电动车辆需求的增加，对作为能源的二次电池的需求日益迅速增加。目前广泛使用的二次电池是锂离子电池，并且公知圆柱形、方形和袋型二次电池。通过如下操作制造圆柱形二次电池：在正极板和负极板之间插设作为绝缘体的隔膜，卷绕隔膜、正极板和负极板，以形成卷芯型电极组件，并将电极组件插入电池罐中。每个电极板均包含涂覆在集流体上的活性材料层。

在锂二次电池中，对诸如容量和循环寿命之类的充电和放电特性影响最大的部分是发生电化学反应的正极和负极。特别是，锂离子(Li⁺)借助电极处的氧化还原反应穿过电解质移动的过程中正极和负极的反应速率影响充电和放电特性。因此，当保证正极和负极之间的反应速率平衡的动态平衡时，迅速充电可以按期望进行，并且循环特性也得到改善。因此，有必要保证正极和负极之间的动态平衡，以促进迅速充电并改善电池的循环特性。

可以通过使锂离子在正极和负极处的移动速度相似来获得动态平衡。锂离子的移动速度主要取决于由于涂覆在电极板上的活性材料层而产生的电阻。此电阻是指干扰锂离子在活性材料颗粒内部和表面上的电荷转移的阻力。该电阻可以根据构成电极板的活性材料层的材料类型(如活性材料、粘结剂和导电材料)而变更，也可以根据粘结剂和导电材料在活性材料颗粒的表面上的分布而变更。

一般而言，在现有技术中，锂离子的移动速度是通过调整所谓的化学平衡来控制的，化学平衡控制涂覆在电极板上的活性材料层的组成。然而，存在的问题是，仅通过应用这种调整化学平衡的方法，锂离子移动速度的可控范围非常窄。这是因为实际的锂离子二次电池中可使用的活性材料层的组成范围在一定程度上被设定。如果要将锂离子的移动速度控制在由于活性材料层的组成而导致的过程实现能力的限度内，只能在相对较小的范围内进行调整。因此，需要开发一种能够以更有意义的宽度控制锂离子移动速度的技术，而不是通过调整化学平衡来控制锂离子的移动速度。

另一方面，在现有技术中，条带状的集流接头连接到电极板中的非涂覆部(未涂覆活性材料层的区域)，并且集流接头用于电连接电极组件和外部暴露的电极端子。作为参考，正极端子是密封电池罐的开口的密封体的帽板，并且负极端子是电池罐。然而，根据具有这种结构的传统圆柱形二次电池，电流集中在集流接头中，因此存在着电阻大、发热、集流效率不良的问题。

对于外形因数为18650或21700的小型圆柱形二次电池，电阻和热不是主要问题。然而，当增大外形因数以将圆柱形二次电池应用于电动车辆时，在迅速充电过程中可能会出现圆柱形二次电池被引燃，同时在集流接头周围产生大量热的问题。为了解决此问题，正极非涂覆部和负极非涂覆部设计成分别定位在卷芯型电极组件的顶部和底部，并且集流板直接焊接到非涂覆部，以提高集流效率。可以使用具有改善集流效率的结构的圆柱形二次电池(所谓的无接头圆柱形二次电池)。

在无接头圆柱形二次电池中，由于非涂覆部与集流板的焊接面积构成电流路径，因此集流板是需要进行管理的非常重要的部件。集流板需要尽可能地增大与非涂覆部的接触面积，从而使部件之间的连接部处产生的电阻最小。