CN101740808A - 具有复合式电池芯的电池 - Google Patents

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吴海斌
杰夫·徐
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Abstract

本发明提供一种具有复合式电池芯的电池，包括电池外壳、电解质体系，其特征在于，该电池还包括复合式电池芯，所述的复合式电池芯由两个以上、电连接的椭圆形卷绕式电池芯叠成。本发明的电池有效地结合了卷绕电池芯的优点，同时又能使单体电池具备大容量、大功率的功能。如果采用本发明的具有复合式电芯的电池组成电池组，相对于使用传统的卷绕电池，可以大幅减少单体电池的数量，因此十分有利于解决电池组内电池的不一致性问题；还可以有效降低电池组内部内阻、节约材料、降低成本；还可以大幅度减少电池管理系统的难度。

Description

具有复合式电池芯的电池
技术领域
本发明涉及一种电池。
背景技术
卷绕式电池顾名思义就是使用卷绕电池芯，比如市场上常见的18650、26650等型号的锂离子二次电池。它一般是在电池的内芯上卷上一对正负极以及隔膜，然后置于圆筒或方型容器内。传统的卷绕式电池由于电池极耳是焊接在极片上，电池极耳与电池极片连接面积小，接触电阻大，造成电池内阻大，因此卷绕式电池通常不适宜做为大倍率放电电池。
现有许多技术是关于减少卷绕电池的内部内阻的，但是，由于卷绕式单体电池的容量通常不能做的很大，当用卷绕式单体电池串联或者并联制成大容量电池组时需要使用数量众多的单体电池。即使减少电池的内阻，由于每个电池都要经过多道制备工艺，当电池数量越多，电池之间的不一致性问题就凸现的越明显，电池间的不一致最终会减少电池组的使用寿命。而且，当电池数量越多，单体电池间的连接电阻总和也会越大，造成整个电池组内部的电阻增大。而且，大容量的电池组要耗费大量的金属套筒和集流装置而内部的空间利用率却较低。综合以上原因，传统的卷绕式电池不适宜制备大容量的电池组。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：上述传统的卷绕式电池结构无法适用于具备大容量、能够提供大电流或者高放电电压放电的单体电池。
为解决上述技术问题，本发明申请提供一种具有复合式电池芯的电池，包括电池外壳、电解质体系，其特征在于，该电池还包括复合式电池芯，所述的复合式电池芯由两个以上、电连接的椭圆形卷绕式电池芯叠成。
上述的卷绕电池芯在电池内部全部并联可以使单体电池获得较大的放电电流；上述的卷绕电池芯在电池内部依次串联，在不高于电解液分解电压值下，可以使单体电池获得较高的、成倍增加的输出电压。
必须指出：每个卷绕电池芯的外层都可以包裹一层电绝缘材料，尤其在卷绕电池芯依次串联时，可以有效的防止电池芯之间的相互影响或短路。这种电绝缘材料可以是绝缘漆或者绝缘薄膜等，优选使用绝缘膜，特别优选有机绝缘膜材料，比如聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏二氟乙烯或者聚四氟乙烯膜等。
可以通过在极片上焊接极耳或者连接片等其他常规手段连接相邻的电池芯。但是优选使用这样一种椭圆形卷绕电池芯：卷绕电池芯两端由多层极耳通过各种焊接、穿孔连接或者其他常用的电连接方式叠合起来构成极耳台，一端是正极极耳台，一端是负极极耳台，这里的极耳是从极片上切割出来的，被切割的这一部分在卷绕前就没有涂覆活性材料。当使用这种卷绕电池芯时，电池芯的连接方式是：将卷绕电池芯整齐排列放置，然后将相邻两个电池芯的极耳台电连接起来。采用上述的这种卷绕电池芯，因为极耳和极片是一个整体，同时，极耳的数目和面积都比较大，从而能有效地减少电池芯之间的连接电阻，适合于制备大倍率放电电池。
本发明的电池，有效地结合了卷绕电池芯的制备工艺成熟、生产工艺高度自动化等优点，同时又能使单体电池具备大容量、大功率的功能。如果采用本发明的具有复合式电芯的电池组成电池组，相对于使用传统的卷绕电池，可以大幅减少单体电池的数量，因此十分有利于解决电池组内电池的不一致性问题；还可以有效降低电池组内部内阻、节约材料、降低成本；也可以大幅度减少电池管理系统的难度。只要采用适当的分选工艺，制成的成品电池芯配对时可以保证单体电池具有较高的综合可靠性能，从而从整体上增加电池组的可靠性。
另一方面，由于电池正负极材料、电解液等决定了单体电池的放电电压，现有商业化锂离子单体电池的电压普遍低于4V，如果要制备更高电压的锂离子电池组就需要将大量的单体卷绕电池进行串联。而如果使用本发明的电池结构，在制备锂离子电池等时，只要串联后电压不高于电解液的分解电压，在内部将卷绕电池芯串联可以成倍增加单体电池的输出电压，特别利于提高一些原本输出电压过低的单体锂离子电池的输出电压。
使用本发明的电池结构可以适用于各种一次或者二次电池，尤其是使用液体电解液的锂离子二次电池、固体聚合物锂离子二次电池等。
附图说明
图1是传统的圆筒形卷绕电池芯示意图。
图2是本发明使用的椭圆形卷绕电池芯示意图。
图3是本发明使用的其中一种椭圆式卷绕电池芯示意图。
图4是图3的局部剖面图。
图5是本发明实施例1中的复合式电池芯示意图。
图6是本发明实施例2中的复合式电池芯示意图。
具体实施方式
下面参照上述附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
在本发明中可以使用的卷绕电池芯包括如图2所示的椭圆形卷绕电池芯。
电池卷绕电池芯的连接可以通过在极片上焊接极耳，从而连接电池芯。但是优选使用这样一种卷绕电池芯(如附图3所示)：卷绕电池芯两端由多层极耳通过各种焊接、穿孔连接或者其他常用的电连接方式叠合起来构成极耳台3，一端是正极极耳台，一端是负极极耳台，这里的极耳是从极片(正极片1或者负极片2)切割出来的，被切割的这一部分在卷绕前就没有涂覆活性材料。这种卷绕电池芯还包括正极与负极之间的隔膜4和包裹在电池芯外面的绝缘膜5。
使用这种卷绕电池芯时，电池芯的连接方式是：将卷绕电池芯紧密整齐排列放置；将相邻两个电池芯的极耳台用电流集流体等连接起来即构成复合式电池芯。
使用上述的复合式电池芯经过注液、封装等常规工艺即可制备成方形的单体电池。
实施例1
串联式复合电池芯
如图5所示，通过使用图3、4所示的电池芯依次串联成图5所示的复合电池芯。其中，每个电池芯具有正极极耳台6和负极极耳台7，使用金属铜集流棒将一个电池芯的正极极耳台6和与其相邻的另一个电池芯的负极极耳台7连接即将两个电池芯串联。
在本实施例中，使用的是正极活性材料为锰酸锂(Li2Mn2O4)、负极活性材料为钛酸锂(Li4Ti5O12)的卷绕电池芯，2个卷绕电池芯进行串联后，单体电池的电压可以超过4V。
实施例2
并联式复合电池芯
如图6所示，通过使用图3、4所示的电池芯依次并联成图6所示的复合电池芯。其中，每个电池芯具有正极极耳台6和负极极耳台7，使用金属铜集流棒将两个电池芯的正极极耳台6连接、使用另外的金属铜集流棒将两个电池芯的负极极耳台7连接后即将两个电池芯并联。
在本实施例中，使用的是正极活性材料为磷酸亚铁锂的卷绕电池芯，2个3Ah卷绕电池芯进行并联后，单体电池的容量可以达到6Ah。

Claims (6)

1.一种具有复合式电池芯的电池，包括电池外壳、电解质体系，其特征在于，该电池还包括复合式电池芯，所述复合式电池芯由两个以上、电连接的椭圆形卷绕式电池芯叠成。
2.根据权利要求1所述的具有复合式电芯的电池，其特征在于，所述的电解质体系是灌装在电池外壳内的电解液或者是卷绕电池芯中的夹在正负极之间的固体电解质层。
3.根据权利要求2所述的具有复合式电芯的电池，其特征在于，所述的卷绕电池芯并联或者依次串联。
4.根据权利要求3所述的具有复合式电芯的电池，其特征在于每个卷绕电池芯的外层都包裹一层电绝缘材料。
5.根据权利要求4所述的复合式电芯的电池，其特征在于电绝缘材料是绝缘漆或者绝缘薄膜。
6.根据权利要求4或5所述的具有复合式电芯的电池，其特征在于，所述的椭圆形卷绕电池芯两端是由多层极耳构成的极耳台，其中的极耳是在极片上切割出来的，且极耳上没有涂覆活性材料。
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