[发明专利]一种方形锂离子动力电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子动力电池及其制备领域，具体涉及一种方形锂离子动力电池及其制备方法。

背景技术

随着世界能源与环保形势日趋紧张，锂离子电池作为新能源越来越受到人们的亲睐。锂离子电池由于其能量密度高，体积轻，重量小，环保无污染，成为新能源发展的主要方向。随着电动汽车、空间技术、国防工业以及电力储能系统等的迅猛发展，对锂离子电池的比容量、循环寿命和安全性等方面提出了更高的要求，改进和提高锂离子电池的电化学性能可从电极材料和改进大容量电池的内部结构等方面入手。

纯电动汽车等交通工具的发展需要动力型锂离子电池具有大容量、高能量密度、高功率密度和高安全性等性能。但由于目前锂离子动力电池的制造工艺基本是沿袭LiCoO₂/C电池的生产工艺流程，导致大容量锂离子电池不能在能量密度和功率密度方面同时兼顾，特别是大容量锂离子电池功率密度一般较低。因此，改善大容量电池的内部结构设计，尤其是正极和负极集流体的结构设计，提高集流体连接的可靠性，可以在电池能量密度保证的前提下，显著降低电极反应过程中的极化和提高电化学反应动力学，从而改善电池的高功率充放电特性、循环性能和安全性能。

公开号为CN 1588688A的中国发明专利申请公开了一种锂离子动力电池，包括带有正、负极柱的外壳，还包括多组能量单元，所述能量单元设置在外壳内，并沿外壳的最大侧表面的长度方向排列，所述能量单元为正、负极片通过隔膜间隔卷绕多圈而成的卷芯，所述卷芯的正、负极片上分别连接有正、负极耳，所有能量单元的正、负极耳分别连接至外壳的正、负极柱。该技术方案采用传统的正、负极耳引出连接至外壳的正、负极柱制备锂离子动力电池，正、负极耳连接的可靠性较低，并且电极反应过程中容易极化，循环次数300次时，循环性能（容量保持率）为90%，循环次数超过1000次以后，其容量保持率下降很快，一般为50%~60%之间，其充放电特性、循环性能和安全性能都有待进一步提高。

授权公告号为CN 202333058U的实用新型专利公开了一种高生产效率的方形动力锂离子电池，包括卷绕的电池芯，所述电池芯由正极板、负极板及隔膜卷绕而成，正极板包括正极集流体和制作在正极集流体上的正极活性材料涂层，负极板包括负极集流体和制作在负极集流体上的负极活性材料涂层，所述电池芯的两端部分分别露出正极集流体和负极集流体，电池的正极引出端直接和电池芯一端的正极集流体连接，电池的负极引出端直接和电池芯一端的负极集流体连接。该技术方案通过简化动力锂离子电池生产流程和结构设计，提高可靠性和安全性，但是其未对电池芯的结构以及对电池内的电池芯的排布进行改进，从而导致其充放电特性、循环性能和安全性能不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种大容量方形锂离子动力电池，通过改进方形电芯的结构和若干个方形电芯的排列结构，以提高方形锂离子动力电池的高倍率充放电性能和循环性能。

一种方形锂离子动力电池，包括带有正极柱和负极柱的方形外壳以及置于所述方形外壳内层状排列的若干个方形电芯，所述方形电芯由正极板、隔膜和负极板卷绕成方形而成，所述正极板包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料涂层，所述负极板包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料涂层，所述正极集流体从卷绕形成的方形电芯轴向的一端伸出并切割焊接形成正极集流体连接端，所述负极集流体从卷绕形成的方形电芯轴向的另一端伸出并切割焊接形成负极集流体连接端，所述若干个方形电芯上的正极集流体连接端通过正极汇流片与所述正极柱相连，所述若干个方形电芯上的负极集流体连接端通过负极汇流片与所述负极柱相连。

本发明通过改善大容量电池的内部结构设计，即改进方形电芯的结构和方形电芯的排列结构，特别是正极集流体从卷绕形成的方形电芯伸出并切割焊接形成正极集流体连接端，负极集流体从卷绕形成的方形电芯伸出并切割焊接形成负极集流体连接端，经切割焊接后每个方形电芯的正极集流体连接端与各卷绕层的正极板相连，经切割焊接后每个方形电芯的负极集流体连接端与各卷绕层的负极板相连，并可以提高集流体连接的可靠性，可以在电池能量密度保证的前提下，显著降低电极反应过程中的极化和提高电化学反应动力学，从而改善电池的高功率充放电特性、循环性能和安全性能。

作为优选，所述正极板、隔膜和负极板卷绕的层数至少为两层，卷绕的层数是指正极板、隔膜和负极板合在一起绕卷绕轴线一圈为一层，所述正极集流体连接端均与所有层正极板相连，所述负极集流体连接端均与所有层负极板相连。