CN102456910A

CN102456910A - 一种锂离子动力电池

Info

Publication number: CN102456910A
Application number: CN2010105132649A
Authority: CN
Inventors: 吴光麟; 孙华军; 潘丽英
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2010-10-16
Filing date: 2010-10-16
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-10-16
Also published as: CN102456910B

Abstract

本发明属于电池领域，具体公开了一种锂离子动力电池。其包括金属外壳、盖板、电解液以及电芯；电解液和电芯容纳在金属外壳和盖板之间；电芯由正极片、隔膜以及负极片卷绕或者层叠而成；盖板上设有与盖板绝缘的正负极导电端子，正负极导电端子与正负极片电连接；还包括电子保护元件，该电子保护元件设置在负极导电端子和盖板之间、或者负极导电端子和金属外壳之间。本发明的电子保护元件可以是电阻元件、大电流熔断装置或PTC装置中的一种。本发明的锂离子动力电池，其长时间的使用以及存放过程中不会对电池壳体产生腐蚀，增强了电池的安全性能以及使用寿命。并且避免腐蚀造成的电解液污染问题。

Description

一种锂离子动力电池

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂离子动力电池。

背景技术

目前，随着石油资源的日益枯竭，能源危机越来越受到人们的关注。新能源汽车代替传统燃油车，已经成为不可逆转的趋势。电动汽车是目前新能源汽车中较为可行的替代方案。而电动汽车一般依靠锂离子动力电池来提供能量。

目前，常见的锂离子动力电池结构如图1所示。其包括壳体4`，壳体4`中容置有电解液以及浸泡在电解液中的电芯3`。电芯3`由正极、隔膜以及负极组成。正极通过正极导电端子1`引出，负极通过负极导电端子2`引出，壳体4`与正负极导电端子1`、2`之间设有绝缘件5`，与正负极导电端子1`、2`均绝缘接触。壳体4`只是作为容器，作为绝缘的独立体存在，并不参与电池的电化学反应。

现有技术中，考虑到成本以及壳体的要求，一般均采用金属材质的壳体。电解液中各类物质(例如锂盐、添加剂、有机溶剂等)，均有可能会对电池壳体产生腐蚀。长期的腐蚀会降低电池壳体的性能，从而缩短电池的使用寿命。并且腐蚀往往在某个局部很严重，从而使电池壳体局部很脆弱，容易造成电解液外泄或者引发其他更严重的事故，给电池安全使用造成极大的隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的锂离子动力电池安全性能差。从而提供了一种安全性能高的锂离子动力电池。

一种锂离子动力电池，其包括：金属外壳、盖板、电解液以及电芯；所述电解液以及电芯容纳在金属外壳和盖板之间；所述电芯由正极片、隔膜以及负极片卷绕或者层叠而成；

所述盖板上设有与盖板绝缘的正极导电端子，所述正极导电端子与正极片电连接；所述盖板上设有与盖板绝缘的负极导电端子，所述负极导电端子与负极片电连接；

还包括电子保护元件，所述电子保护元件设置在负极导电端子和盖板之间、或者负极导电端子和金属外壳之间。

本发明所提供的锂离子动力电池，其在长时间的使用以及存放过程中，电池壳体不会受到电解液的腐蚀，从而避免了因腐蚀而引起的电池使用寿命缩减，安全性能降低的问题。另一方面，也避免因腐蚀造成的电解液污染以及损耗的问题。

附图说明

图1是现有技术中电池正负极与壳体的关系示意图。

图2是本发明所提供的锂离子动力电池示意图。

图3是本发明所提供的锂离子动力电池局部放大图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种锂离子动力电池，其包括：金属外壳、盖板、电解液以及电芯；所述电解液以及电芯容纳在金属外壳和盖板之间；所述电芯由正极片、隔膜以及负极片卷绕或者层叠而成；所述盖板上设有与盖板绝缘的正极导电端子，所述正极导电端子与正极片电连接；所述盖板上设有与盖板绝缘的负极导电端子，所述负极导电端子与负极片电连接；还包括电子保护元件，所述电子保护元件设置在负极导电端子和盖板之间、或者负极导电端子和金属外壳之间。

其中，金属外壳可以是铝壳、钢壳、镍壳或者其合金壳。本发明对金属外壳的形状没有特殊要求，金属外壳可以是方形壳体，也可以是圆柱形壳体。

本发明盖板的材质可以与金属外壳相同，也可以不相同。

盖板与金属外壳的形状相匹配，形成密封结构，将电解液以及电芯容纳在其中。这是本领域技术人员所公知的。

本发明中，若金属外壳一端开口，则只需要一个盖板与金属外壳开口部位匹配形成密封结构。若金属外壳两端开口，则需要两个盖板与金属外壳开口部位匹配形成密封结构。

本发明的锂离子动力电池优选包括两个盖板。

其中，电芯由正极片、隔膜以及负极片卷绕或者层叠而成。

正极片一般包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极材料；其中正极集流体的材质以及正极材料均为本领域技术人员所公知的，在此不作赘述。

负极片一般也包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极材料；同样，负极集流体的材质以及负极材料亦为本领域技术人员所公知的，在此不作赘述。

由正极片、隔膜以及负极片卷绕或者层叠形成电芯的方法，亦为本领域技术人员所公知的，在此不作赘述。

正极片以及负极片一般需要极耳将电流导出，极耳可以是在正极片或者负极片上另外焊接极耳，还可以是与正极片或者负极片一体形成。

极耳与正极片或者负极片一体形成的方法具体为：正负极的集流体的宽度方向上的两端均设有未覆料区。正极集流体的未覆料区延伸出电芯的一端隔膜，负极片的集流体延伸出电芯的另一端隔膜；正极集流体延伸出的部分，压合且电连接形成正极耳，负极集流体延伸出来的部分，压合且电连接形成负极耳。

极耳通过与之电连接的导电端子将电流引出。

另外焊接极耳的方式，其正负极极耳可以位于电芯的一端或者两端。对应的锂离子电池的盖板可以是一个或者两个。正负极的导电端子可以设置在同端盖板上，也可以分别设置在两端的盖板上。

但正负极极耳与正负极极片一体形成的，其正负极极耳分别位于电芯的两端。对应的锂离子电池包括两个盖板，分别位于金属外壳的两端；正极导电端子设置在一端的盖板上，负极导电端子设置在另一端的盖板上。

一般情况下，正负极极耳直接电连接正负极导电端子。本发明优选，将正负极极耳通过软连接片电连接到正负极导电端子。

其中，软连接片由多层金属箔片层叠组成。与正极极耳连接的正极软连接片优选为多层铝箔层叠而成，与负极极耳连接的负极软连接片优选为多层铜箔层叠而成。另外，软连接片可以经过退火工艺处理，以增强其韧性。

软连接片设有折弯，软连接片的折弯处设有折弯导向片。软连接片连接在极耳的外侧，所述外侧指以所述导电端子为中心，远离所述导电端子的一侧。以导电端子为中心，软连接片连接在极耳的外侧，并且另一端绕过导电端子与其余软连接片及折弯导向片一起连接在导电端子的同一侧。如此连接，极耳位于折弯处中间，也可以起到撑开软连接片折弯处角度的作用，防止其折弯处角度过小而折断。

折弯导向片包括一圆环和一长条，所述圆环和所述长条连接或直接为一体；所述圆环设在所述软连接片的折弯处，所述长条与所述软连接片层叠连接在导电端子的一侧，所述长条连接在软连接片的最外层。所述折弯导向片的圆环和长条可以一体制成，也可以是两者焊接制成。

由于软连极片与极耳焊接在一起，因此极耳也会有一个比较大的折弯角，使得极耳在电芯里伸缩的范围变大，在振动过程中不容易被拉断。

导电端子的另一端穿过盖板延伸到电池外。

优选情况下，在盖板上设有供正极导电端子穿过的孔，在正极导电端子与孔之间设置绝缘密封件；这样可以是正极导电端子与盖板绝缘接触。

同理，在盖板上设有供负极导电端子穿过的孔，在负极导电端子与孔之间设置绝缘密封件。

优选情况下，还可以在盖板上设置盖板保护件。

盖板保护件可选用具有绝缘特性、耐电解液并阻燃的材料制成，例如塑料、橡胶、树脂，其中塑料可采用但不限于PFA、PES、改性PP，橡胶可选用但不限于三元乙丙橡胶，树脂可选用但不限于环氧树脂、酚醛改性环氧树脂等，其中盖板保护件优选为橡胶盖板保护件。

盖板保护件上设有可让导电端子引出的孔，所述孔的形状尺寸与导电端子相匹配。

盖板保护件可以是一体结构或者分体结构，且盖板保护件的形状与盖板以及导电端子密封结构相匹配。

分体结构从盖板保护件上的孔处分开。这样有利于导电端子的引出。

现行导电端子为弯折结构，且有一定的硬度，采用将盖板保护件上的孔一分为二的分体结构，这样绕过导电端子的弯折部位直接从两边将导电端子卡合在盖板保护件上的孔内。大大减少导电端子从盖板保护件上的孔中引出的难度。

分体结构优选为互扣式结构。该互扣式形状可为三角形、梯形、正方形、长方形或“U”形等任意配合结构。互扣式结构有利于分体结构的卡合，使连接更牢固。

盖板保护件上还设有利于安全阀打开时泄压的排气孔，为了保护安全阀免受外力的冲击破坏，该排气孔优选为交叉栅栏结构。

盖板边缘设有凸台，由于锂离子动力电池外还需包覆一层绝缘胶纸；在没有盖板保护件的情况下，绝缘胶纸要包覆盖板边缘的凸台的侧面和上面，凸台的四角易刺破绝缘胶纸，从而增加了电池的安全隐患。本发明中盖板保护件边缘具有台阶结构，可完全包覆盖板。所以绝缘胶纸只须包覆凸台的侧面，从而避免凸台的死角刺破绝缘胶纸，消除电池安全隐患。

优选情况下，导电端子上设置一贯穿于导电端子表面的凹槽，当受到机械外力后所述凹槽断裂起安全作用。

凹槽可以采用机械领域任意熟知的方法制备，或者用冲压等方法制成；凹槽的深度为导电端子厚度的10％-95％；凹槽的宽为导电端子宽度的50％-500％；导电端子上的凹槽为一条或者多条。

导电端子的厚度可根据电池的种类和制备需要而定，按照本发明的具体实施方案，导电端子的厚度为0.2-20mm，优选2.5mm。

导电端子可以采用本领域公知的各种导电材料制成，如纯铜或者纯铝；可以根据电池型号确定；导电端子材料为纯铜时，此时凹槽的深度相当于导电端子厚度的50％-90％，凹槽的宽度是凹槽深度的100％-500％，导电端子材料为纯铝时，凹槽的深度相当于导电端子厚度的30％-80％，凹槽宽度是凹槽深度的100％-300％。

凹槽内填充有软性且有导电能力和一定结合强度的填充物，该填充物可以为锡、导电塑胶、导电橡胶等。

本发明的锂离子动力电池包括电子保护元件，电子保护元件设置在负极导电端子和盖板之间、或者负极导电端子和金属外壳之间。

本发明优选电子保护元件设置在盖板上，其一端与盖板电连接，另外一端与负极导电端子电连接。

更优选电子保护元件的一端焊接在盖板上，另外一端焊接在负极导电端子上。

优选情况下，本发明的电子保护元件的表面设有绝缘件。绝缘件可以是在电子保护元件的表面涂覆绝缘涂料、绝缘油墨等，还可以是在电子保护元件表面包覆绝缘材料。当盖板保护件为注塑形成时，电子保护元件表面的绝缘件可以由盖板保护件来充当，两者合二为一。

优选情况下，本发明的电子保护元件为电阻元件、电流熔断装置或者PTC中的一种。

电阻元件为本领域技术人员所公知的器件。本发明优选采用电阻元件的电阻值为1～1000KΩ，更优选为1～10KΩ。

电流熔断装置亦为本领域技术人员所公知的器件，电流熔断装置的内部构造，在此不作赘述。

本发明的电流熔断装置优选保险丝，更优选保险丝的熔断电流大于100A。

PTC亦为本领域技术人员所公知的器件。PTC的具体结构，在此不做赘述。

本发明优选所采用的PTC装置的零功率电阻1～100mohm，最大导通电流10～100A。

本发明的发明人经过长期实验以及分析得到：造成电池金属壳体腐蚀的原因是，在长期的充放电过程中以及使用存放过程中，电解液中的电解质盐、有机溶剂、以及添加剂等，会与金属壳体中的金属原子反应，并将其转换为金属离子进入电解液中去。从而造成了电池金属壳体的腐蚀，使金属壳体的性能下降，进而影响电池的安全性能以及使用寿命。另一方面，进入电解液的金属离子会对电解液造成污染，影响电解液的性能，会动力电池造成其他危害。

而本发明将电池金属壳体或者盖板通过电子保护元件与负极相连，负极聚集了大量的电子，电子通过电子保护元件转移到盖板或者金属壳体上。由于盖板与金属壳体形成密封结构，即盖板与金属壳体之间电连接，转移到盖板上的电子，也即转移到金属壳体上。在电子的作用下，金属壳体中原子不易转化为金属离子，从而保证了金属壳体的不受腐蚀，金属壳体性能良好。从而也避免了金属离子进入电解液，污染电解液的问题。还有，当电池受到外力的大力冲击后造成正极导电端子与金属外壳接触，由于本发明在负极导电端子与金属外壳之间设有电子保护元件，从而避免了电池短路的危险，加强了电池的安全性能。

以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例1

参见图2，一种锂离子动力电池，包括金属外壳4、盖板42、电芯3以及电解液(图中未视出)。

金属外壳4两端开口，开口部位与上下盖板42密封固定连接，并在内部形成空腔。空腔内收纳电芯3以及电解液，电芯3浸泡在电解液中。

电芯3由正极片、隔膜以及负极片卷绕而成。

正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极材料，正极集流体的宽度方向的两端均设有未覆料区，并且一端的未覆料区延伸出隔膜，并延伸出隔膜的部分压合形成正极耳。

同理，负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极材料，负极集流体的宽度方向的两端均设有未覆料区，并且相对正极耳的一端的未覆料区延伸出隔膜，延伸出隔膜的部分压合形成负极耳。这样就在电芯的两端分别形成正负极耳。

电芯3被上下两端的隔圈32固定在金属外壳4与盖板42所形成的空腔内。

正极耳通过软连接片12a和正极导电端子11连接。在上盖板42a上设有供正极导电端子11穿过的孔，正极导电端子11穿过上盖板42a中的孔延伸出电池外部。正极端子11和孔之间设置绝缘密封件44a。

负极耳通过软连接片12b和负极导电端子21连接，在下盖板42b上设有供负极导电端子21穿过的孔，负极导电端子21穿过下盖板42b中的孔延伸出电池外部。负极导电端子21和孔之间设置绝缘密封件44b。

在下盖板42b上设置一电阻元件，该电阻元件一端焊接在下盖板42b上，另一端通过导线焊接在在负极端子21上。电阻元件9的表面附有绝缘保护层。该绝缘保护层为在电阻元件表面涂覆绝缘油墨。

该电阻元件的电阻值为1kΩ。

该锂离子动力电池记作A1。

实施例2

与实施例1所不同的是：在下盖板上设置一保险丝，该保险丝一端焊接在下盖板上，另一端通过导线焊接在负极端子上。其他部分同实施例1。

该锂离子动力电池记作A2。

实施例3

如图3所示，与实施例1所不同的是：在下盖板42b上设置一PTC 8，该PTC 8一端焊接在下盖板42b上，另一端通过导线焊接在负极端子21上。

在盖板42上还设有盖板保护件41；盖板保护件采用具有绝缘特性、耐电解液并阻燃的材料制成，盖板保护件41的形状与盖板相匹配，并设有供导电端子引出的孔。所述盖板保护件上设有可让导电端子引出的孔，所述孔的形状尺寸与导电端子相匹配。本实施例将电子保护元件PTC 8封装在盖板保护件41中。

其他部分同实施例1。

该锂离子动力电池记作A3。

对比例1

一种锂离子电池，包括金属外壳、电芯、以及电解液。

金属外壳包括上下两个盖板以及位于上下盖板之间的筒状壳体。筒状壳体和上下盖板密封固定连接，并在内部形成空腔。

空腔内容置电芯以及电解液，电芯浸泡在电解液中。

电芯由正极、隔膜以及负极卷绕而成。

正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极材料，正极集流体的上下两端均留有末覆料区，并且一端的未覆料区延伸出隔膜，并且压合成为正极耳。

负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极材料，负极集流体的上下两端也均留有未覆料区，并且在相对正极耳的一端的未覆料区延伸出隔膜，并且压合成为负极耳。

电芯被上下两端的隔圈固定在金属外壳内。

正极耳穿过上隔圈通过软连接片和正极端子连接，正极端子穿过上盖板延伸出电池外部。正极端子和上盖板之间设有绝缘件。

负极耳穿过下盖板通过软连接片和负极端子连接，负极端子穿过下盖板延伸出电池外部。负极端子和下盖板之间设有绝缘件。

该锂离子动力电池记作AC1。

性能测试：

将电池A1-A3以及AC1，以1C倍率充放电循环500次，观察壳体腐蚀情况。结果见表1。

表1

电池	壳体腐蚀情况
		A1	无腐蚀
A2	无腐蚀
		A3	无腐蚀
AC1	焊缝腐蚀

从表1可以看出，本发明所提供的锂离子动力电池，可以有效避免电解液对金属外壳的腐蚀，从而提高了电池的使用寿命和电池安全性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种锂离子动力电池，其包括：金属外壳、盖板、电解液以及电芯；所述电解液以及电芯容纳在金属外壳和盖板之间；所述电芯由正极片、隔膜以及负极片卷绕或者层叠而成；

其特征在于：还包括电子保护元件，所述电子保护元件设置在负极导电端子和盖板之间、或者负极导电端子和金属外壳之间。

2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：在所述盖板上设有供正极导电端子穿过的孔，在正极导电端子与孔之间设置绝缘密封件；

在所述盖板上设有供负极导电端子穿过的孔，在负极导电端子与孔之间设置绝缘密封件。

3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述锂离子动力电池包括两个盖板，分别位于金属外壳的两端；所述正极导电端子设置在一端的盖板上，所述负极导电端子设置在另一端的盖板上。

4.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电子保护元件的一端与负极导电端子焊接，另一端与盖板焊接。

5.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电子保护元件的表面设有绝缘件。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电子保护元件为电阻元件。

7.根据权利要求6所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电阻元件的电阻值为1～1000KΩ。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电子保护元件为电流熔断装置。

9.根据权利要求8所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电流熔断装置为保险丝，所述保险丝的熔断电流大于100A。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电子保护元件为PTC。

11.根据权利要求10所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述PTC的零功率电阻1～100mohm，最大导通电流为10～100A。