CN102779970A - 一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，包括高分子材料绝缘片和多个极耳金属薄片。高分子材料绝缘片将极耳金属薄片相隔固化成一输出连接器。本发明解决传统电池正负极极耳由于输出金属导电片截面积不够而造成的电池温度过高、引起电池内部极化严重、热效应集中、大电流输出容量及电压平台过低的技术瓶颈，使用该多层正负极极耳连接器结构有效提高动力电池电池高输出比功率的能力，降低电池极化温度26%，输出电压平台提高0.2-0.4V，同时提高了电池的安全性、可靠性、一致性，改善电池的循环性能，延长电池使用寿命42%。突破了传统电池聚合物锂离子电池导电集流体截面积与高输出比功率相互制约技术难关。

Description

一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器

技术领域

本发明涉及聚合物锂离子电池的高输出比功率大电流放电应用技术领域，特别与一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器有关。

背景技术

日益加重的能源与环境压力使得发展高比功率能源电池成为行业发展的必然，对于中国这个石油资源匮乏的国家尤其重要，大力发展新能源是实现我国能源动力安全、环境保护以及中国汽车工业实现跨越式、可持续发展的需要。无论是电动车能源和特种装备行业随着技术进步对聚合物锂离子电池的使用提出了更高的要求。

目前，国内外高能聚合物锂离子电池的使用中，该类电池与电池组在高输出比功率大电流技术条件下工作，普遍存在由于是聚合物锂离子电池大部份是固态（或液固中间相）电解液界面，传导率低，其极化现象严重。而传统制造工艺中正负输出单一极耳金属导电片厚度的设置是有严格限制的，因为连接器金属导电片太厚就无法与单体电池内部极片组的总正和总负集流体进行超声波焊接，从而形成了由于正负输出极耳金属片导电截面受限而造成高输出比功率大电流技术条件下工作的电池在放电时，单体电池极耳金属导电片截面单位额定电流密度低于输出电流密度太多，而导致温度急剧上升，电池单体内部的极化现象严重，由于电池整体温度链传导对电池活性材料表面形成的SEI膜也随着循环次数的增加而逐步破坏，影响了电池的使用寿命。更严重的是由于电池内部的热效应积累过快，给电池带来由于热失控平台降低引发的安全隐患。

从电化学原理分析可知，大容量电池在高输出比功率大电流放电条件下，放电倍率越高，由于导电截面面积不够而引起电池内部的极化现象就越严重。过渡的极化导致电池内部局部电流密度过大，太大的电流密度使得电池中的活性材料（阴极）的性质发生改变甚至导致阴极材料晶格塌陷，从而使得不可逆容量增大，容量产生衰减。而且这种恶性循环，部分材料晶体的破坏会导致电池内部更为严重的极化现象，如此循环下去，电池性能也会加速下降。因此系统调整电池连接器正负极极耳金属导电片内部的电流密度的分布，均衡电流密度的一致性，是改善电池高倍率放电性能和提高大容量电池循环性能的有效途径。

在传统传统工艺制造高能聚合物锂离子电池中，如图1所示，在传统传统聚合物锂离子电池的单个极片成分构成包括：一片铜集流体金属薄片10、两片铝集流体金属薄片20、两片正极材料薄膜30、两片20固态电解质隔膜40、两片负极材料薄膜50。两片铝集流体金属薄片20位于最外侧，在每个铝集流体金属薄片20内侧向内依次叠放一片正极材料薄膜30、一片20固态电解质隔膜40、一片负极材料薄膜50，在两片负极材料薄膜50之间叠放一片铜集流体金属薄片10。上述极片经过封装后，形成如图2所示的单片电池极片60，铜集流体金属薄片10和铝集流体金属薄片20上引出部分封装后分别形成正极极耳71和负极极耳72。

又参见图3、图4，单体电池组是由若干单片电池极片60叠放形成，所有单片电池极片60的同一极性的极耳成组压合整形，然后输出导电体80夹在整体极耳上焊接固定。再如图5所示，输出导电体80上焊接正负导电金属片90，形成单体电池完整结构，最后如图6所示，采用铝塑包装后形成聚合物锂离子电池100。

由上述可知，在传统聚合物锂离子电池中，极耳输出连接器是将全部极耳采用一个输出导电体80夹固，由单片正负导电金属片90接出，正负导电金属片90内部的电流密度的分布不均，电流密度的一致性差。

鉴于此，本发明设计出一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，本案由此产生。

发明内容

本发明目的是提供一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，适合于高比功率工作状况下聚合物锂离子电池多层正负极极耳连接，能有效增大受限导电面积，在高输出比功率工作负载技术条件下消除电池极化效应和热效应积累，降低了高输出比功率工作负载技术条件下单体电池极耳端部及整体的温升，提高电池电压工作平台和高倍率大电流情况下电池的输出有效容量。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，包括高分子材料绝缘片和多个极耳金属薄片；高分子材料绝缘片将极耳金属薄片相隔固化成一输出连接器整体。

所述的高分子材料绝缘片为PPC材料绝缘片。

所述的高分子材料绝缘片包括多层片体，每个片体与极耳金属薄片间隔分布，置入固定工装，热压合成为一整体结构。

所述的高分子材料绝缘片为一整体，极耳金属薄片等间距排布后，高分子材料在定型模具中高压注塑成型形成输出连接器的整体结构。

所述的极耳金属薄片包括正极极耳金属薄片和负极极耳金属薄片，正极极耳金属薄片为高纯度铝金属薄片，负极极耳金属薄片为高纯度铜或镍金属薄片，两者厚度控制为0.1-0.5毫米。

所述的高分子材料绝缘片厚度控制为0.01-0.6毫米。

所述的输出连接器整体总厚度控制为0.5-4mm。

所述的正极极耳金属薄片，由多层正极高纯度铝金属薄片叠加组成，所述的负极极耳金属薄片，由多层高纯度铜或镍金属薄片叠加组成，其正极高纯度铝金属薄片或高纯度铜或镍金属薄片的厚度在0.005-0.5mm之间。

所述的极耳金属薄片表面均有0.008-0.010毫米的厚度得镀银层。

采用上述方案后，本发明具有诸多有益效果：本发明提高电池组的安全性和可靠性，消除导电电流截面受限的电池输出功率低下和因热量传递电芯带来的不良隐患，有效降低内阻30%，电池内极片一致性匹配率提高85%，电池正负极端部电池温升减低26%，电池与电池组在高输出比功率大电流负载15-20C倍率技术条件下工作，输出容量提高36%。电池极化现象大大降低，热效应积累速率比原来降低23%。如在20AH容量的异型电芯串联后，20C倍率放电2分45秒（截止电压2.9V）情况下最高温度（最后20秒）60.5℃，平均温度小于51℃，有效降低聚合物锂离子动力电池高比功率大电流放电工况下的温度。循环寿命提高42%以上，有效提高电池高倍率放电的工作性能平台。

本发明中的输出连接器形成的装配工艺简单，采用多层结构可以有效提高电池装配工艺标准化程度，所有零件实现标准化制造，由于无焊接装配工作功率是原工艺的5倍。

本发明中根据多层极耳金属薄片数可以实现多路功能输出。

附图说明

图1为传统聚合物锂离子电池的极片成分构成示意图；

图2为传统聚合物锂离子电池的单片电池极片示意图；

图3为传统聚合物锂离子电池的电池极片组示意图；

图4为传统聚合物锂离子电池成组压合整形及导电金属片构成示意图；

图5为传统聚合物锂离子电池成组正负极耳导电金属片完整结构示意图；

图6为传统聚合物锂离子电池铝塑包装后示意图；

图7为本发明较佳实施例热合方式示意图；

图8为本发明较佳实施例注塑方式示意图； 

图9为本发明较佳实施例安装在电池内极片连接方式结构示意图；

图10为本发明较佳实施例应用的完整电池示意图。

具体实施方式

结合图7至图10，对本发明较佳实施例做进一步详细说明。

一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，包括高分子材料绝缘片1和多个极耳金属薄片2。本实施例中的高分子材料绝缘片1采用聚碳酸亚丙酯高分子树脂材料，高分子材料绝缘片1将极耳金属薄片2相隔固化形成输出连接器3整体。

输出连接器3可以采用两种工艺方式制成，其一，如图7所示，高分子材料绝缘片1是包括多层片体11，每个片体11与极耳金属薄片2间隔分布，然后置入固定工装，热压合成的加工方式完成置入固定工装，热压合成为一输出连接器3整体结构。

其二，如图8所示，极耳金属薄片2等间距排布后，高分子材料在定型模具中高压注塑成型形成输出连接器3的整体结构。

上述两种方式正负极都适用，而且均无需机械连接加固和焊接解决界面结合问题，其中高分子材料绝缘片厚度控制在0.01-0.6mm之间。

其中，在本实施例中，极耳金属薄片2包括正极极耳金属薄片和负极极耳金属薄片，两者采用不同金属材料，其中正极极耳金属薄片为高纯度铝金属薄片，负极极耳金属薄片为高纯度铜或镍金属薄片，两者厚度控制为0.1-0.5mm。正极极耳金属薄片和负极极耳金属薄片可以是一层结构，也可以使多层结构。多层时，每个正极高纯度铝金属薄片或者负极高纯度铜或镍金属薄片的厚度在0.005-0.5mm之间。

另外，所述的极耳金属薄片2表面均有0.008-0.010mm的厚度得镀银层。整个输出连接器3整体总厚度控制为0.5-4mm之间。

本发明装配到电池内部后，其结构如图9所示，多个电池极片4分成若干小组，在同一组中的电池极耳5压合整形，夹固后由极耳金属薄片2引出，多个小组就用多层极耳金属薄片2的形式，然后由高分子材料绝缘板1固定成一个整体。电池包封后整体结构如图10所示。

本发明与传统工艺相比，有效降低内阻30%，电池内极片一致性匹配率提高85%，电池正负极端部电池温升减低15%，电池与电池组在高输出比功率大电流负载15-20C倍率技术条件下工作，输出容量提高36%。电池极化现象大大降低，热效应积累速率比原来降低23%。如在20AH容量的异型电芯串联后，20C倍率放电2分45秒（截止电压2.9V）情况下最高温度（最后20秒）72℃，平均温度小于53℃，有效降低聚合物锂离子动力电池组大电流放电的温度。循环寿命提高43%，有效提高电池组高倍率放电的工作性能。

本发明装配工艺简单，所有零件实现标准化制造。同一输出连接器机构根据多层极耳金属薄片数可以实现多路功能输出，采用正负极多层极耳输出连接器结构可以有效提高装配性和导电电流的热功率降低。本发明提高电池组的安全性和可靠性，消除因焊接产生的热量传递电芯带来的不良隐患，大幅度的改善在电池高输出比功率大电流放电的工作条件电池的极化效应和热效应的积累，电池工作温度同比传统聚合物锂离子电池结构要下降30%，输出容量提高38%，电池极化效应降低，热失控平台提高温度80-95度。

上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，其特征在于：包括高分子材料绝缘片和多个极耳金属薄片；高分子材料绝缘片将极耳金属薄片相隔固化成一输出连接器整体。

2.如权利要求1所述的一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，其特征在于：所述的高分子材料绝缘片为PPC材料绝缘片。

3.如权利要求1所述的一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，其特征在于：所述的高分子材料绝缘片包括多层片体，每个片体与极耳金属薄片间隔分布，置入固定工装，热压合成为一整体结构。

4.如权利要求1所述的一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，其特征在于：所述的高分子材料绝缘片为一整体，极耳金属薄片等间距排布后，高分子材料在定型模具中高压注塑成型形成输出连接器的整体结构。

5.如权利要求1所述的一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，其特征在于：所述的极耳金属薄片包括正极极耳金属薄片和负极极耳金属薄片，正极极耳金属薄片为高纯度铝金属薄片，负极极耳金属薄片为高纯度铜或镍金属薄片，两者厚度控制为0.1-0.5毫米。

6.如权利要求1或2所述的一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，其特征在于：所述的高分子材料绝缘片厚度控制为0.01-0.6毫米。

7.如权利要求1所述的一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，其特征在于：所述的输出连接器整体总厚度控制为0.5-4mm。

8.如权利要求5所述的一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，其特征在于：所述的正极极耳金属薄片，由多层正极高纯度铝金属薄片叠加组成，所述的负极极耳金属薄片，由多层高纯度铜或镍金属薄片叠加组成，其正极高纯度铝金属薄片或高纯度铜或镍金属薄片的厚度在0.005-0.5mm之间。

9.如权利要求1所述的一种高比功率聚锂电池多层正负极极耳输出连接器，其特征在于：所述的极耳金属薄片表面均有0.008-0.010毫米的厚度得镀银层。

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