CN102044698A - 一种高功率锂离子电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高功率型锂离子动力电池及其制备方法，电池外形为扁平长方体的方盘状，上下底面分别为正、负极端面，并且为长方体中面积最大的两个面。经配料、间隙式涂敷、干燥、轧膜、分切，得到在极片高度方向的一端露出1-2mm集流体的极片。将正极片、负极片及隔膜经卷绕得到扁平状卷芯，将多个卷芯组成卷芯集束。将卷芯集束或极片集束装入电池壳，加注电解液，封口，充放电活化后得到锂离子动力电池。本发明技术制作的锂离子动力电池具有很好的大电流放电性能，在组装成电池组时联接简单、可靠。
Description
技术领域
本发明属电化学领域，具体涉及一种锂离子电池及其制造方法，。
背景技术
近年来，能源、资源日渐紧张，环境污染日益严重，各国都在大力发展绿色、高效二次电池。
锂离子电池作为一种新型二次电池，具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，在便携式电器、电动工具、大型贮能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。
传统的方形电池为瘦高的形状，电池的厚度小于高度(正极或负极盖板与相对的底板之间的距离)，相应地作为正负极接触面的上下底面面积小于电池壳的宽侧面。
与传统的小型锂离子电池相比，锂离子动力电池的特殊应用领域决定了对它的结构与性能方面的更高要求。动力领域应用的电池组必须满足优良的大电流充放电性能，电池组装简单、可靠等。因此，针对动力电源应用领域的要求，开发设计性能优良的锂离子动力电池具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种高功率锂离子动力电池，以提高其大电流充放电能力，实现电池单元之间的简单可靠联接，并且保证电池良好的散热性能。
本发明的技术方案为：电池外形为扁平长方体，上、下底面分别为正、负极端面，并且为长方体中面积最大的两个面；长方体内部设有带孔隔离板，将长方体内部均分为几个尺寸相等的空间；正极片和负极片之间隔有隔膜，正、负极片为间隙式涂料的极片形式，由正极片、负极片和隔膜一起卷绕折叠成扁平状卷芯放置于长方体内部的电池壳空间中，卷绕露出正极片上未涂料的铝箔及负极片未涂料铜箔两者方向相反并分别与正、负极端面接触。
正极壳为一端开口的长方体，正极壳与隔离板之间固定连接，负极壳套装在的正极壳开口端外面，正极壳的边缘及隔离板与负极壳相接触处装配有绝缘卡套。
本发明还可采用负极壳为一端开口的长方体，负极壳与隔离板之间固定连接，正极壳套装在负极壳开口端的外面，负极壳的边缘及隔离板与正极壳相接触处装配有绝缘卡套。
本发明具体制作步骤如下：
(1)电池外形为扁平长方体的方盘状，上下底面分别为正、负极端面，并且为长方体中面积最大的两个面。
(2)电池外壳包括一个正极壳与负极壳，电池负极壳为方形盘的形状(如图1)，采用铜合金或不锈钢材料；正极壳的外形也是方形盘(采用铝合金材料)，正极壳内部连接有带孔隔离板(隔离板间距优选为20-40mm)(如图2)，将正极壳均分为几个尺寸相等的空间。负极壳套装在正极壳上。正极壳的边缘及隔离板与负极壳相接触处装配有绝缘卡套，绝缘卡套的材质为PTFE、PP、PE中的一种或几种。
电池壳的结构也可以采用正极壳为简单方形盘的形状(如图1)，负极壳内部连接有带孔隔离板的方形盘(如图3)，正极壳套装在负极壳上。负极壳的边缘及隔离板与正极壳相接触处装配有绝缘卡套。但优先为前面所述的负极壳为简单方形盘的形状，正极壳为带隔板的方形盘。
(3)在集流体铜箔沿着宽度方向进行间隙式涂料(负极浆料按常规方法配制即可)，经干燥、轧膜、分切，得到在极片高度方向的一端露出1-2mm集流体铜箔的负极片(如图6)；在集流体铝箔沿着宽度方向进行间隙式涂覆正极浆料(正极浆料按常规方法配制即可)，经干燥、轧膜、分切，得到在极片高度方向的一端露出1-2mm集流体铝箔的正极片。
(4)将正极片、负极片及两者之间的隔膜经卷绕得到扁平状卷芯，卷绕时正极片露出铝箔的一端与负极片露出铜箔的一端朝相反方向放置，使得卷芯高度方向的一端露出铝箔，另一端露出铜箔；并在装入电池壳后分别与正、负极壳的内端面接触。
根据电池壳的空间与卷芯尺寸，将多个扁平状卷芯组成长方体卷芯集束(如图7)。将卷芯集束露出的铝箔与铜箔按倒，然后装入电池正极壳(如图9)，合上负极壳并压紧正极壳与负极壳，使卷芯集束露出的铝箔与铜箔分别紧密接触正极壳底面内侧与负极壳底面内侧，加注电解液，然后在正极壳与负极壳侧面的间隙中加入绝缘性的胶粘剂，固化后实现电池的密封；
按常规方法对电池进行充放电活化后得到本发明的高功率锂离子电池产品。
与现有技术比较，本发明具有以下优点：
采用本发明技术制作的锂离子动力电池具有很好的大电流放电性能，在组装成电池组时可以通过将方盘状电池沿高度方向依次压在一起串联而成，联接简单、可靠，电池组易于固定，并且得到的电池组大电流充放电性能好，具体表现在以下几个方面：
(1)采用扁平长方体的方盘状外形，并且为长方体中面积最大的两个面为正、负极端面，使得串联联接时电池之间正极与负极的接触面大幅增大，提高了电池直接联接时的大电流充放电能力，可以实现动力电池的简单、可靠联接。如：以10Ah电池为例，当采用长、宽分别为65mm，65mm，高为35mm的方盘状电池结构时，电池之间正极与负极的接触面积约为42cm2，而采用传统的圆柱电池时，如采用5只18650电池并联(容量约为10Ah，与前述方盘状电池容量相同)，5只18650电池正极端面面积之和为4cm2以下。因此，在电池串联组成具有更高电压的电池组的情况下，采用本发明技术时，由于电池之间的接触面积很大，从而使得电池之间不需焊接联接片或螺栓联接即可实现大电流充放电。
(2)传统技术中电池极片与电池的正极、负极的联接是通过在每一极片上焊一条金属带作为极耳，极耳宽度一般为2-10mm，而本发明中通过极片上未涂料部分的集流体直接接触正极壳或负极壳，极耳宽度等于极片长度，远远大于传统方法的极耳宽度。以10Ah电池为例，当采用长、宽分别为65mm，65mm，高为35mm的方盘状电池时，电池中极耳宽度达到11m左右。传统方法中由于极耳宽度窄，需要通过极片与极耳之间、极耳再与电池正负极之间的焊接或螺栓联接，其联接方式复杂，占用电池内部空间，工效低，增加了电池制造成本，焊接点不良时易引起电池性能衰退或失效，可靠性差，此外，电子在极片上的最大传递距离为极片的长度，电池大电流充放电能力差。而本发明中通过极片上未涂料部分的集流体直接接触正极壳、负极壳，电子在极片上的传递距离约等于电池极片的宽度，因而电子在电池内部传递距离短，极化小，确保电池具有良好的大电流充放电能力。
(3)电池正、负极壳之间的塑料环有助于电池正负极之间的绝缘可靠，装配方便。
(4)本发明的方盘状的结构有利于实现多个卷芯集束的装配方式，对极片生产的要求低，装配过程简单。
(5)采用多个卷芯集束的装配方式，电池极片长度比单卷芯尺寸小得多，从而对电池极片生产设备、过程操作要求大大降低，生产过程的合格率增加，成本降低。
(6)本发明的方盘状的结构有利于电池组组装后电池的固定。当电池沿高度方向压紧后，电池组的一个侧面或多个侧面固定或靠在安装平面或内腔侧壁，电池之间不会发生转动，从而可以实现电池组的简单、稳固联接。
(7)本发明电池正极壳的内部包括有系列间距为20-40mm的带孔隔离板，装配后可以对电池正极壳、负极壳起到支撑作用，使得多个电池压紧联接时不致于因底面面太壳而向内部凹；
(8)本发明通过隔板将电池内部分割为多个20-40mm宽的小空间，可以实现采用具有合适宽度(20-40mm)的电池卷芯并联装配，便于电池极片、卷芯生产及卷芯装配；
(9)本发明电池正极壳内部隔离板联接电池正极壳的两侧面，对正极壳起到很好的加强作用，并且有利于减小由于极片膨胀引起的电池变形。
附图说明
图1方盘状电池负极壳示意图；图2为图1的A-A面的剖视图；
图3方盘状电池正极壳示意图(1-正极壳，2-正极壳内部隔离板，3-正极壳底，4-正极壳内部隔离板上的孔)；图4为图3的A-A面剖视图；图5为图3的B-B面剖视图；
图6负极未涂料的集流体与极片的涂料区示意图(5-负极未涂料的集流体，6-极片的涂料区)
图7电池卷芯集束示意图(5-负极未涂料的集流体，6-极片的涂料区，7-电池卷芯，8-正极未涂料的集流体，)；图8为图7的A-A面剖视图；
图9电池卷芯装入正极壳后的位置示意图(1-正极壳，7-电池卷芯)
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。这些实施例的给出决不是限制本发明。
实施例1
电池外形为方盘状，电池长、宽、高分别为90mm，90mm，45mm。上下底面分别为正、负极端面。
电池负极壳(图1)与正极壳(图3)的外形均为方形盘状。正极壳采用铝合金，内部包括一条带孔隔离板将正极壳均分为三部分(如图3)，正极壳的边缘及隔板顶部装配有一个PTFE塑料绝缘卡套。负极壳采用不锈钢，负极壳的底面冲出系列直径为1mm的圆点。
以磷酸铁锂为正极活性物质，按常规方法配制正极浆料，然后在集流体铝箔沿着宽度方向进行间隙式涂料，经干燥、轧膜、分切，得到长度为490mm、高度为45mm，在极片高度方向的一端露出2mm集流体铝箔的正极片；按常规方法配制负极浆料，然后在集流体铜箔沿着宽度方向进行间隙式涂料，经干燥、轧膜、分切，得到长度为440mm、高度为45mm，在极片高度方向的一端露出1.5mm集流体铜箔的负极片(如图6)；
将一片正极片、一片负极片及44mm宽的隔膜经卷绕得到宽度约为31mm，厚度约为5.5mm的扁平状卷芯，卷绕时正极片露出铝箔的一端与负极片露出铜箔的一端朝相反方向放置，使得卷芯高度方向的一端露出铝箔，另一端露出铜箔，将16个扁平状卷芯沿宽面叠放组成长方体卷芯集束(如图7)。将卷芯集束露出的铝箔与铜箔按倒，在电池正极壳中由隔板分割而成的三个空间中各装入一个卷芯集束，加注电解液，合上负极壳并压紧正极壳与负极壳，使卷芯集束露出的铝箔与铜箔分别紧密接触正极壳底面内侧与负极壳底面内侧，然后在正极壳与负极壳侧面的间隙中加入绝缘性的胶粘剂，固化后实现电池的密封；
按常规方法对电池进行充放电活化后得到25Ah高功率锂离子动力电池产品。经测试，该动力电池以25放电时的放电容量为27.5Ah，以300A的电流放电时的放电容量为26.3Ah。
实施例2
电池外形为方盘状，电池长、宽、高分别为65mm，65mm，35mm。上下底面(65mm×65mm的平面)分别为正、负极端面。
电池负极壳与正极壳的外形均为方形盘状。正极壳采用铝合金，内部包括一条带孔隔离板将正极壳均分为两部分，正极壳的边缘及隔板顶部装配有一个PTFE塑料绝缘卡套。负极壳采用铜合金，负极壳的底面冲出系列直径为1mm的圆点。
以磷酸铁锂为正极活性物质，按常规方法配制正极浆料，然后在集流体铝箔沿着宽度方向进行间隙式涂料，经干燥、轧膜、分切，得到长度为550mm、高度为35mm，在极片高度方向的一端露出1.5mm集流体铝箔的正极片；按常规方法配制负极浆料，然后在集流体铜箔沿着宽度方向进行间隙式涂料，经干燥、轧膜、分切，得到长度为500mm、高度为35mm，在极片高度方向的一端露出1.2mm集流体铜箔的负极片(如图6)；
将一片正极片、一片负极片及34mm宽的隔膜经卷绕得到宽度约为31mm，厚度约为5.4mm的扁平状卷芯，卷绕时正极片露出铝箔的一端与负极片露出铜箔的一端朝相反方向放置，使得卷芯高度方向的一端露出铝箔，另一端露出铜箔。将12个扁平状卷芯沿宽面叠放组成长方体卷芯集束(如图7)。将卷芯集束露出的铝箔与铜箔按倒，在电池正极壳中由隔板分割而成的两个空间中各装入一个卷芯集束，加注电解液，合上负极壳并压紧正极壳与负极壳，使卷芯集束露出的铝箔与铜箔分别紧密接触正极壳底面内侧与负极壳底面内侧，然后在正极壳与负极壳侧面的间隙中加入绝缘性的胶粘剂，固化后实现电池的密封；
按常规方法对电池进行充放电活化后得到10Ah高功率锂离子动力电池产品。经测试，该动力电池以10A放电时的放电容量为10.8Ah，以300A的电流放电时的放电容量为10.1Ah。
Claims (4)
1.一种锂离子动力电池，其特征在于，电池外形为扁平长方体，上、下底面分别为正、负极端面，并且为长方体中面积最大的两个面；长方体内部设有带孔隔离板，将长方体内部均分为几个尺寸相等的空间；正极片和负极片之间隔有隔膜，正、负极片为间隙式涂料的极片形式，由正极片、负极片和隔膜一起卷绕折叠成扁平状卷芯放置于长方体内部的电池壳空间中，卷绕露出正极片上未涂料的铝箔及负极片未涂料铜箔两者方向相反并分别与正、负极端面接触。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，正极壳为一端开口的长方体，隔离板与正极壳之间固定连接，负极壳套装在正极壳开口端的外面，正极壳的边缘及隔离板与负极壳相接触处装配有绝缘卡套。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，负极壳为一端开口的长方体，负极壳与隔离板之间固定连接，正极壳套装在负极壳开口端的外面，负极壳的边缘及隔离板与正极壳相接触处装配有绝缘卡套。
4.一种锂离子动力电池的制作方法，其特征在于，
(1)电池外形为扁平长方体的方盘状，上下底面分别为正、负极端面，并且为长方体中面积最大的两个面；
(2)电池外壳包括一个正极壳与负极壳，电池负极壳为方形盘的形状，采用铜合金或不锈钢材料；正极壳的外形也是方形盘，内部连接有带孔隔离板，将正极壳均分为几个尺寸相等的空间；负极壳套装在正极壳上；正极壳的边缘及隔板与负极壳相接触处装配有绝缘卡套；
或者是负极壳内部连接有带孔隔离板，正极壳套装在负极壳上；负极壳的边缘及隔离板与正极壳相接触处装配有绝缘卡套。
(3)在集流体铝箔沿着宽度方向进行间隙式涂覆正极浆料，经干燥、轧膜、分切，得到在极片高度方向的一端露出1-2mm集流体铝箔的正极片；在集流体铜箔沿着宽度方向进行间隙式涂料，经干燥、轧膜、分切，得到在极片高度方向的一端露出1-2mm集流体铜箔的负极片；
(4)将正极片、负极片及两者之间的隔膜经卷绕得到扁平状卷芯，卷绕时正极片露出铝箔的一端与负极片露出铜箔的一端朝相反方向放置，使得卷芯高度方向的一端露出铝箔，另一端露出铜箔；并在装入电池壳空间内分别与正、负极端面接触；
由电池壳的空间与卷芯尺寸，将多个扁平状卷芯组成长方体卷芯集束，将卷芯集束露出的铝箔与铜箔按倒，然后装入电池正极壳，合上负极壳并压紧正极壳与负极壳，使卷芯集束露出的铝箔与铜箔分别紧密接触正极壳底面内侧与负极壳底面内侧，加注电解液，然后在正极壳与负极壳侧面的间隙中加入绝缘性的胶粘剂，固化后实现电池的密封。
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