CN102013513A

CN102013513A - 一种具有双向集流体的锂离子动力电池

Info

Publication number: CN102013513A
Application number: CN2010105540440A
Authority: CN
Inventors: 李敬; 刘凤龙
Original assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Current assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明公开了一种具有双向集流体的锂离子动力电池，包括有电池壳(1)，所述电池壳(1)内具有电芯极组(100)，所述电芯极组(100)的上下两端分别固定设置有一个正极集流体(31)和一个负极集流体(32)；所述正极集流体(31)和负极集流体(32)的左右两端分别具有一个圆柱形的极柱(300)；所述正极集流体(31)和负极集流体(32)外表面上设置有电池盖(2)。本发明公开的具有双向集流体的锂离子动力电池，采用双向引出的外部集流体结构，实现了最短的电流路径、一致的电流密度，能够提高电池的能量密度和倍率放电性能，具有较好的集流效果，使得锂离子动力电池可以广泛地应用于交通运输领域。

Description

一种具有双向集流体的锂离子动力电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，特别是涉及一种具有双向集流体的锂离子动力电池。

背景技术

目前，鉴于锂离子电池与铅酸、镉镍等其他类型的电池相比较具有比容量大、工作电压高、充电速度快、工作温度范围宽、循环寿命长、体积小和重量轻等诸多优点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动工具等领域，并且其应用范围越来越广泛。

随着锂离子电池使用范围的扩大，我们习惯上把应用于动力电源系统的化学电源称为动力电池，如应用于电动工具、电动车等领域，动力电池使用条件复杂，同时也要求电池具有更高的容量性能和功率性能，以及优良的安全性能。目前传统意义上的动力电池较多的采用铅酸电池和镉镍电池，这两种电池可以提供较大的输出电流以适用电动工具和电动车经常需要大功率输出时的使用要求，但是，对于锂离子电池，如果想采用锂离子电池作为动力电池，必须在目前的基础上进一步提高单体电池的容量和功率性能以满足动力电池应用领域的特殊使用要求。

目前，锂离子动力电池被开始应用于电动车领域，由于对电动车辆一次行使里程的要求，对电池的能量密度和倍率放电性能提出了较高的要求。目前，锂离子动力电池普遍的采用圆型电池和方形两种基本结构。为了提高电池的大电流性能，圆型的锂离子动力电池普遍采用端面激光焊接以提高电池的电化学性能，并且为了实现较高的单体电池容量，会应用很长的极片卷绕，这种结构的电池制造工艺复杂，过程控制相对较难，容易出现影响电池性能的失效因素；而方型的锂离子动力电池，具有的内部结构复杂，内部集流效果差，离现实的应用还有很长的道路。

因此，在锂离子动力电池领域，目前迫切需要开发出一种新型锂离子动力电池，能够提高电池的能量密度和倍率放电性能，具有较好的集流效果，使得锂离子动力电池可以广泛地应用于交通运输领域。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有双向集流体的锂离子动力电池，其采用双向引出的外部集流体结构，实现了最短的电流路径、一致的电流密度，能够提高电池的能量密度和倍率放电性能，具有较好的集流效果，使得锂离子动力电池可以广泛地应用于交通运输领域，进而拓展了电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种具有双向集流体的锂离子动力电池，其特征在于，包括有电池壳1，所述电池壳1内具有电芯极组100，所述电芯极组100的上下两端分别固定设置有一个正极集流体31和一个负极集流体32；

所述正极集流体31和负极集流体32的左右两端分别具有一个圆柱形的极柱300；

所述正极集流体31和负极集流体32外表面上设置有电池盖2。

其中，所述正极集流体31和负极集流体32分别包括有一个集流体平台30，所述集流体平台30的左右两端分别具有一个所述极柱300，每个所述极柱300的底部设置有三个铆钉孔33，所述集流体平台30中部还具有两个椭圆形槽34。

其中，所述电池盖2上等间隔分布有三个通孔21，每个通孔21底部卡接有一个环形的内绝缘垫圈6，所述电池盖2中间位置的通孔21上焊接设置有一个安全阀座9。

其中，每个正极集流体31和负极集流体32顶部卡接有一个内部垫片7；

每个正极集流体31和负极集流体32上的极柱300依次贯穿所述内部垫片7、内绝缘垫圈6和电池盖2的通孔21后外露于所述电池盖2的顶面；

每个极柱300外露突出于所述电池盖2顶面的部分从下往上依次贯穿一个环形的外绝缘垫圈5、一个汇流排15上的通孔和一个环形的平垫圈8。

其中，所述内部垫片7上具有条形卡槽70，所述正极集流体31和负极集流体32上的集流体平台30与条形卡槽70相卡接；所述正极集流体31或负极集流体32上的极柱300贯穿所述内部垫片7。

其中，所述极柱300的外壁上加工有螺纹，所述极柱300的顶部与一个锁紧螺母4相螺纹连接。

其中，所述汇流排15上等间隔分布有三个通孔21，所述汇流排15的三个通孔21与电池盖2上的三个通孔21对应设置，并且形状、大小相对应匹配。

其中，所述电芯极组100的上下两端分别与正极集流体31和负极集流体32激光焊接；

所述电池盖2为采用不锈钢或者铝合金制成的电池盖，所述电池盖2与电池壳1之间采用激光方式进行焊接。

其中，所述正极集流体31为采用铝制成的集流体，所述负极集流体32为采用铜制成的集流体，所述负极集流体32的表面镀镍。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种具有双向集流体的锂离子动力电池，其采用双向引出的外部集流体结构，实现了最短的电流路径、一致的电流密度，能够提高电池的能量密度和倍率放电性能，具有较好的集流效果，使得锂离子动力电池可以广泛地应用于交通运输领域，进而拓展了电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池的外部结构效果示意图；

图2为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池装配好后整体电芯的结构剖面示意图；

图3为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池的顶部剖面放大示意图；

图4为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中电池盖的结构示意图；

图5为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中安全阀座的结构示意图；

图6为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中安全阀螺母的结构示意图；

图7为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中电池壳的结构示意图；

图8为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中集流体（包括正极集流体和负极集流体两种，正极集流体和负极集流体结构相同）的结构示意图；

图9为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中内部垫片的结构示意图；

图10为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中内绝缘垫圈的结构示意图；

图11为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中外绝缘垫圈的结构示意图；

图12为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中汇流排的结构示意图；

图13为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中平垫圈的结构示意图；

图14为本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池中锁紧螺母的结构示意图；

图中：1为电池壳，2为电池盖，21为通孔，3为集流体，30为集流体平台，31为正极集流体，32为负极集流体，33为铆钉孔，34为椭圆形槽，极柱300，4为锁紧螺母，5为外绝缘垫圈，6为内绝缘垫圈，7为内部垫片，70为条形卡槽，8为平垫圈，9为安全阀座，15为汇流排，91为安全阀孔，92为安全阀螺母，100为电芯极组。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1至图14，本发明提供了一种具有双向集流体的锂离子动力电池，该电池包括有长方体形状的电池壳1，所述电池壳1内具有电芯极组100，所述电芯极组100的上下两端分别固定设置有一个正极集流体31和一个负极集流体32；

在本发明中，具体实现上，所述电芯极组100采用叠片式结构，例如，叠片顺序依次为正极片、隔膜、负极片，即所述电芯极组100由正极片、隔膜和负极片依次由前往后叠加而成；叠加完成后，正极片和负极片顶部预留的异型金属箔极耳结构对齐摆放在电芯极组100的上下两端，具体为：所述正极片顶部具有的正极耳位于所述电芯极组300的顶部，所述负极片顶部具有的负极耳位于所述电芯极组100的底部。所述正极片优选为铝箔，所述负极片优选为铜箔。

需要说明的是，所述正极集流体31为采用铝制成的集流体，所述负极集流体32为采用铜制成的集流体，所述负极集流体32的表面镀镍。

参见图8，所述集流体3（包括正极集流体31和负极集流体32两种，两者结构相同，都为如图8所示集流体结构）包括有一个集流体平台30，所述集流体平台30的左右两端分别具有一个圆柱形的极柱300，每个所述极柱300的底部设置有三个铆钉孔33；此外，所述集流体平台30中部还具有两个椭圆形槽34，该椭圆形槽34用于在电池装配好后作为电解液和气体导通的通道。

参见图3、图4，所述集流体3（包括正极集流体31和负极集流体32两种，两者结构相同，都为如图8所示集流体结构）外表面上设置有电池盖2，所述电池盖2上等间隔分布有三个通孔21，所述电池盖2中间位置的通孔21上焊接设置有一个安全阀座9。

每个通孔21底部卡接有一个环形的内绝缘垫圈6，参见图10，所述内绝缘垫圈6顶部具有一个凸台，所述凸台可以卡入进通孔21中。

在本发明中，所述电池盖2为采用不锈钢或者铝合金制成的电池盖，所述电池盖2与电池壳1之间采用激光方式进行焊接。所述电池盖2上通孔21的形状、大小与所述正极集流体31和负极集流体32中极柱300的形状、大小相对应匹配，所述安全阀座9的材质与电池盖2的材质相同。

具体实现上，参见图2、图3，所述电芯极组100的上下两端分别与正极集流体31和负极集流体32激光焊接，具体为超声激光焊接。此外，为了进一步增加连接的可靠性，本发明的电芯极组100与正极集流体31和负极集流体32之间还进行铆接装配，具体为：所述电芯极组100的上下两端分别与正极集流体31和负极集流体32中极柱300底部的铆钉孔33相互铆接。

参见图2、图3、图8、图9，每个正极集流体31和负极集流体32顶部卡接有一个内部垫片7，具体为：所述内部垫片7上具有条形卡槽70，所述正极集流体31和负极集流体32上的集流体平台30与条形卡槽70相卡接；所述正极集流体31或负极集流体32上的极柱300贯穿所述内部垫片7。

在本发明中，参见图9，所述内部垫片7为高分子塑料制成的垫片，所述内部垫片7上等间隔设置有三个通孔21，所述内部垫片7的三个通孔21与电池盖2上的三个通孔21对应设置，并且形状、大小相对应匹配。

参见图3、图9至图13，每个正极集流体31和负极集流体32上的极柱300依次贯穿所述内部垫片7、内绝缘垫圈6和电池盖2的通孔21后外露于所述电池盖2的顶面；每个极柱300外露突出于所述电池盖2顶面的部分从下往上依次贯穿一个环形的外绝缘垫圈5、一个汇流排15上的通孔和一个环形的平垫圈8，并且参见图9，所述极柱300的外壁上加工有螺纹，从而所述极柱300的顶部与一个不锈钢材质的锁紧螺母4相螺纹连接，使得极柱300与电池盖2之间被牢牢锁紧。

在本发明中，参见图12，所述汇流排15上等间隔分布有三个通孔21，所述汇流排15的三个通孔21与电池盖2上的三个通孔21对应设置，并且形状、大小相对应匹配；所述汇流排15为采用铜镀镍材质制成。

如上所述，所述电池盖2中间位置的通孔21上焊接设置有一个安全阀座9，所述安全阀座9与图6所示的安全阀螺母相螺纹连接。

具体实现上，所述安全阀座9的外部与电池盖2上表面均贴有绝缘保护片，从而防止与汇流排15进行接触发生短路问题。

具体实现上，在本发明中，在电池装配完成后，在电池顶端（即正极端）的安全阀座9的安全阀孔91中放入圆片形的安全膜，安全阀孔91的内部加工有螺纹，放入安全膜后，通过安全阀螺母92（其材质与安全阀座9相同）进行锁紧，在电池底端（即负极端）未进行锁紧的安全阀孔91中进行注液，注液完成后，按照用安全阀螺母92进行锁紧，最后装入到电池壳1中，后续的工艺与其他结构锂离子电池相同，在此不进行详细阐述。

需要说明的是，在本发明中，所述内绝缘垫圈6和电池盖2之间涂抹有密封胶，从而可以增强本发明提供的锂离子动力电池的密封性。

对于本发明，其可以克服传统方形动力电池中所存在的缺点，对现有的动力电池模式进行改变，将大容量方形电池的正极集流体31和负极极集流体32分别置于电池上下两端，而电芯极组100则可以采用叠片式或者连续卷绕式的结构，在电芯极组100成型后，电芯极组100上下两端分别是正极片和负极片预留的箔材，将该预留的箔材采用超声焊接的方式分别与正极集流体31和负极集流体32中的极柱300进行焊接，由于每个极柱300底部还预留有三个铆钉孔33，因此还可以在焊接后再进行铆接，进一步提高电芯极组100与正极集流体31和负极集流体32之间连接的可靠性。

此外，由于极柱300为圆柱形设计，从而便于与电池盖2之间形成密封，电池壳1与电池盖2为采用不锈钢或者铝材质制成，电池壳1与电池盖2之间采用激光焊接进行连接，在外部通过铜材质的汇流排15将两个极柱300进行连接，汇流排15也可作为电池成组进行焊接的焊接区域，电池盖2中间留有注液与安全功能集一体的安全阀组件，具体实现上，安全阀座9的外部与电池盖2上表面均要贴有绝缘保护片，防止与汇流排15进行接触发生短路。

对于本发明提供的锂离子动力电池，由于电池整体的电流路径为直线型，在结构设计上对电流的传导路径进行了优化，且通过此种设计方案，最大程度保证了极片区域电流密度的一致性，使得极片各部分的反应都得到了一致的反应程度，提高了电池的循环性能，倍率性能，因此可以作为一种高容量高功率单体电池优良的解决方案。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种具有双向集流体的锂离子动力电池，其采用双向引出的外部集流体结构，实现了最短的电流路径、一致的电流密度，能够提高电池的能量密度和倍率放电性能，具有较好的集流效果，使得锂离子动力电池可以广泛地应用于交通运输领域，进而拓展了电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有双向集流体的锂离子动力电池，其特征在于，包括有电池壳（1），所述电池壳（1）内具有电芯极组（100），所述电芯极组（100）的上下两端分别固定设置有一个正极集流体（31）和一个负极集流体（32）；

所述正极集流体（31）和负极集流体（32）的左右两端分别具有一个圆柱形的极柱（300）；

所述正极集流体（31）和负极集流体（32）外表面上设置有电池盖（2）。

2.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述正极集流体（31）和负极集流体（32）分别包括有一个集流体平台（30），所述集流体平台（30）的左右两端分别具有一个所述极柱（300），每个所述极柱（300）的底部设置有三个铆钉孔（33），所述集流体平台（30）中部还具有两个椭圆形槽（34）。

3.如权利要求2所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述电池盖（2）上等间隔分布有三个通孔（21），每个通孔（21）底部卡接有一个环形的内绝缘垫圈（6），所述电池盖（2）中间位置的通孔（21）上焊接设置有一个安全阀座（9）。

4.如权利要求3所述的锂离子动力电池，其特征在于，每个正极集流体（31）和负极集流体（32）顶部卡接有一个内部垫片（7）；

每个正极集流体（31）和负极集流体（32）上的极柱（300）依次贯穿所述内部垫片（7）、内绝缘垫圈（6）和电池盖（2）的通孔（21）后外露于所述电池盖（2）的顶面；

每个极柱（300）外露突出于所述电池盖（20）顶面的部分从下往上依次贯穿一个环形的外绝缘垫圈（5）、一个汇流排（15）上的通孔和一个环形的平垫圈（8）。

5.如权利要求4所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述内部垫片（7）上具有条形卡槽（70），所述正极集流体（31）和负极集流体（32）上的集流体平台（30）与条形卡槽（70）相卡接；所述正极集流体（31）或负极集流体（32）上的极柱（300）贯穿所述内部垫片（7）。

6.如权利要求4所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述极柱（300）的外壁上加工有螺纹，所述极柱（300）的顶部与一个锁紧螺母（4）相螺纹连接。

7.如权利要求4所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述汇流排（15）上等间隔分布有三个通孔（21），所述汇流排（15）的三个通孔（21）与电池盖（2）上的三个通孔（21）对应设置，并且形状、大小相对应匹配。

8.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述电芯极组（100）的上下两端分别与正极集流体（31）和负极集流体（32）激光焊接；

所述电池盖（2）为采用不锈钢或者铝合金制成的电池盖，所述电池盖（2）与电池壳（1）之间采用激光方式进行焊接。

9.如权利要求1至8中任一项所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述正极集流体（31）为采用铝制成的集流体，所述负极集流体（32）为采用铜制成的集流体，所述负极集流体（32）的表面镀镍。