CN102867968B - 一种大容量一次锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大容量一次锂电池，包括方形铝电池壳、包膜正极板、包膜负极板和电池盖，其特点是：包膜正极板包括两片正极片及之间的正极集流体；正极片含有活性物质、粘合剂和导电剂；包膜负极板包括两片锂箔及之间的负极集流体；电池盖上焊接有可更换防爆膜的排气阀。本发明正极片采用了二氧化锰和CFx的活性物质，添加了导电剂和粘合剂，三维铝作为正极集流体，提高了正极材料的容量，可达500Ah以上；采用了可更换防爆膜的排气阀，简化了注液工艺，还可随时排出电池内多余气体，有效解决电池鼓胀问题；并且当电池使用时，再注入电解液，既延长了电池的贮存和使用寿命，又提高了电池的安全性。

Description

一种大容量一次锂电池

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，特别是涉及一种大容量一次锂电池。

背景技术

锂的元素于1817年由瑞典科学家阿弗韦聪在分析透锂长石矿时发现。由于其电位最负(相对于氢标电极电位-3.045V)，在已知的金属中原子量最小(6.94)，电化当量最高(3860Ah/kg)，与合适的正极材料匹配构成的电池具有优越的电性能。自20世纪50年代末期提出了以活泼金属锂、钠作为电池负极的设想，60年代开始了锂电池的基础研究，集中研制以金属锂作为负极的非水电解质体系上。经过几十年的研究和生产，锂-二氧化锰电池、锂-二氧化硫电池、锂-亚硫酰氯电池已成为锂一次电池中应用最为广泛的三种体系。

目前公知的一次锂电池均为荷电式圆柱形、扣式或软包装结构一次锂电池，容量均小于30Ah，无法应用于不断发展的大功率动力装置中。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种单体电池最大容量大于500Ah，储存和使用寿命长，安全性高的一种大容量一次锂电池。

本发明所采取的技术方案是：

一种大容量一次锂电池，包括电池壳，电池壳中捆制成一体的包膜正极板和包膜负极板，以及焊接在电池壳上的带有正极端引出孔和负极端引出孔的电池盖，其特点是：所述包膜正极板包括隔膜内的两片正极片和压制在两片正极片之间的正极集流体，所述正极集流体为焊接有正极导耳的三维铝；所述正极片含有重量百分含量为80-90wt％、1-6wt％和4-14wt％的活性物质、粘合剂和导电剂；所述活性物质为电解二氧化锰和CFx中的一种或两种混合物，其中：0﹤x﹤1.25；所述粘合剂为PVDF、PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一种或两种以上混合物；所述导电剂为SP、乙炔黑、VGCF、石墨之一种或两种以上混合物；所述包膜负极板包括隔膜内的两片锂箔和压制在两片锂箔之间的负极集流体，所述负极集流体为与负极导耳为一体的L形镍带；所述电池盖的盖体上焊接有可更换防爆膜的排气阀；所述电池壳为方形铝壳；所述排气阀包括台阶状轴和台阶状孔的铝阀体，台阶状孔的大孔螺纹连接带有通孔的丝堵，孔台和丝堵之间自下至上置密封圈、聚四氟乙烯膜防爆膜、密封圈；所述电池盖的正极端引出孔和负极端引出孔均套有密封垫，所述盖体下面贴有一层绝缘垫；电池盖上面的正极接线片通过铆钉与连接在正极导耳上的正极引出片铆接成一体，电池盖上面的负极接线片通过铆钉与连接在负极导耳上的负极引出片铆接成一体；所述电池盖与电池壳为激光焊接；所述排气阀与电池盖为激光焊接；所述正极接线片和负极接线片之间并联有一只二极管。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述活性物质中电解二氧化锰为50-80wt％、CFx为10-40wt％的CF_0.8，粘合剂为固含量1-6wt％的PTFE乳液，导电剂为2-8wt％的乙炔黑、1-3wt％的VGCF，1-3wt％的石墨；所述三维铝为铝网；所述正极导耳为0.1-0.3mm厚的铝带；热封在正极板上的隔膜为0.08-0.2mm厚的聚丙烯无纺布或0.02-0.06mm厚的PP/PE/PP复合膜；热封在负极板上的隔膜为0.02-0.06mm厚的PP/PE/PP复合膜；捆制极板组用材料为胶带；装入电池壳中的极板组外包有一层具有绝缘性的聚酰亚膜。

所述正极接线片和负极接线片与电池盖的盖体和铆钉的接触部位均涂覆有耐碱环氧树脂胶。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明采用了二氧化锰和CFx的活性物质混合物，并添加了导电剂和粘合剂制成正极片，三维铝作为正极集流体压制在两片正极片之间，大幅增加了集流体与正极材料的接触面积，提高了正极材料中活性物质的利用率，提高了正极材料的容量，制成的单体电池最大容量大于500Ah。

2、本发明在电池盖的盖体上采用了可更换防爆膜的排气阀，既简化了注液工艺，还可以随时排出电池内多余的气体，有效解决电池的鼓胀问题；并且电池不使用时，电池壳内可以不注入电解液，当电池使用时，再注入电解液，既延长了电池的贮存和使用寿命，又提高了电池的安全性；

3、本发明采用激光焊接封口，提高了电池的密封性能，有效防止电池漏液，进一步延长了电池的使用寿命；

4、本发明采用了金属带制成负极集流体，工艺简单，并杜绝了电池放电后期因毛刺刺破隔膜而造成短路的现象，提高了电池的安全性，并进一步延长了电池的使用寿命；

5、本发明采用了耐高温绝缘膜外包极板组，确保电池高温时的绝缘性，进一步提高了电池的安全性。

6、本发明采用了铝材制成的方形电池壳体和电池盖，提高了电池的散热能力和重量比能量。

7、本发明在电池正、负极间并联一只二极管，当电池被过放电时，作为旁路起到了电池的保护作用。

附图说明

图1是本发明一种大容量一次锂电池主视剖视示意图；

图2是本发明的左视内部结构示意图；

图3是本发明一种大容量一次锂电池俯视示意图；

图4是图1中排气阀的放大示意图。

图中，1-丝堵；2-阀体；3-密封圈；4-防爆膜；5-盖体；6-绝缘垫；7-正极接线片；8-密封垫；9-铆钉；10-正极引出片；11-负极引出片；12-电池壳；13-包膜负极板；14-包膜正极板；15-排气阀；16-负极接线片；17-电池盖。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种大容量一次锂电池，包括电池壳12，电池壳中捆制成一体的包膜正极板14和包膜负极板13，以及焊接在电池壳上的带有正极端引出孔和负极端引出孔的电池盖17。

本发明的创新点为：

所述包膜正极板包括隔膜内的两片正极片和压制在两片正极片之间的正极集流体，所述正极集流体为焊接有正极导耳的三维铝；所述正极片含有重量百分含量为80-90wt％、1-6wt％和4-14wt％的活性物质、粘合剂和导电剂；所述活性物质为电解二氧化锰和CFx中的一种或一种以上混合物，其中：0﹤x﹤1.25；所述粘合剂为PVDF、PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一种或一种以上混合物；所述导电剂为SP、乙炔黑、VGCF、石墨之一种或一种以上混合物；所述包膜负极板包括隔膜内的两片锂箔和压制在两片锂箔之间的负极集流体，所述负极集流体为与负极导耳为一体的L形镍带。所述电池盖的盖体5上焊接有可更换防爆膜4的排气阀15；所述电池壳为方形铝壳；所述所述活性物质中电解二氧化锰为50-80wt％、CFx为10-40wt％的CF_0.8，粘合剂为固含量1-6wt％的PTFE乳液，导电剂为2-8wt％的乙炔黑、1-3wt％的VGCF，1-3wt％的石墨；所述三维铝为铝网；所述正极导耳为0.1-0.3mm厚的铝带；热封在正极板上的隔膜为0.08-0.2mm厚的聚丙烯无纺布或0.02-0.06mm厚的PP/PE/PP复合膜；热封在负极板上的隔膜为0.02-0.06mm厚的PP/PE/PP复合膜；捆制极板组用材料为胶带；装入电池壳中的极板组外包有一层聚酰亚绝缘膜；排气阀包括台阶状轴和台阶状孔的铝阀体2，台阶状孔的大孔螺纹连接带有通孔的丝堵1，孔台和丝堵之间自下至上置密封圈3、聚四氟乙烯膜防爆膜、密封圈；电池盖的正极端引出孔和负极端引出孔均套有密封垫8，所述盖体下面贴有一层绝缘垫6；电池盖上面的正极接线片7通过铆钉9与连接在正极导耳上的正极引出片10铆接成一体，电池盖上面的负极接线片16通过铆钉与连接在负极导耳上的负极引出片11铆接成一体；所述电池盖与电池壳为激光焊接；所述排气阀与电池盖为激光焊接；所述正极接线片和负极接线片之间并联有一只二极管；所述正极接线片和负极接线片与电池盖的盖体和铆钉的接触部位均涂覆有耐碱环氧树脂胶。

本发明一种大容量一次锂电池的制作过程：参照附图1-4：

1.电池盖的制作

参照图1或图4，选用1-8mm的铝板制作电池盖的盖体5，在盖体上打出位于一排的三个孔，两侧的孔分别套上密封垫8用于引出正极和负极，中间的孔焊接排气阀15；排气阀的制作过程为：将铝棒制成轴和孔均为台阶状的阀体2，阀体上的大孔为螺纹孔，小轴密封激光焊接在盖体的中间的孔中；再用铝棒制成与阀体螺纹孔配合并带有通孔的丝堵1；在阀体的大孔内自下至上依次放置密封圈3、聚四氟乙烯膜作为防爆膜4、密封圈后，用丝堵密封螺纹连接在阀体上，完成电池盖17的制作。

2.包膜正极板的制作

按50-80wt％的电解二氧化锰、10-40wt％的CF_0.8、固含量为1-6wt％的PTFE乳液、2-8wt％的乙炔黑、1-3wt％的VGCF，1-3wt％的石墨，分别称取活性物质、粘合剂和导电剂，混合后加入沸腾的去离子水，在搅拌机中搅拌成糊状物，在120-180℃烘干炉中烘8-15h，冷却后形成正极混合物，将重量比为5:1-2的正极混合物与无水乙醇调和，反复辊压成0.5-3.0mm厚的正极片，裁成所需尺寸；采用铝网作为正极集流体，在铝网一端靠近一侧焊接0.1-0.3mm厚的铝带作为正极导耳；将两片正极片分别置于铝网两面，采用三明治方式压成一体，在真空干燥箱中干燥24-48h，制成0.5-3.0mm厚的正极板；采用热封形式在每一片正极板外包上一层0.08-0.2mm厚的聚丙烯无纺布或0.02-0.06mm厚的PP/PE/PP复合膜，部分正极导耳位于复合膜的外面，完成包膜正极板14的制作。

3.包膜负极板的制作

根据电池尺寸裁制0.08-1.0mm厚锂箔，将0.02-0.1mm厚的镍带裁切成L形带有负极导耳的负极集流体，夹在两片锂箔之间，采用三明治形式压成一体，制成负极板；采用热封形式在每一片负极板外包上一层0.02-0.06mm厚的PP/PE/PP复合膜，部分负极导耳位于复合膜的外面，完成包膜负极板13的制作。

4.一种大容量一次锂电池的装配

将多片正极板与负极板间隔整齐叠放，保证正、负极导耳相对放置，然后用胶带捆紧，制成极板组；将全部正极导耳焊接在正极引出片上10、全部负极导耳焊接在负极引出片上11；在盖体下面贴上一层绝缘垫6，用铆钉9将正极引出片和负极引出片分别与盖体引出正极和负极的两个孔上面的正极接线片7和负极接线片16铆接成一体；极板组外包一层耐300℃高温的聚酰亚绝缘膜后装入方形铝电池壳12中，将电池盖密封激光焊接在电池壳上；为防止电池被过放电时，电池仍处于安全状态，在电池正、负极间并联一只二极管，最后将正、负极接线片与盖体和铆钉的接触部位上均匀涂覆耐碱环氧树脂胶。

电池使用时，取下丝堵和防爆膜，在电池中注入含1mol/lLiClO₄的PC:DME(体积比PC:DME＝1:1)溶液作为电解液，再将防爆膜和丝堵密封连接在阀体上，电池开始正常使用。以10A放电，放电电压截止2V进行电性能测试，放电容量达到525Ah，重量比能量达到360Wh/kg。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种大容量一次锂电池，包括电池壳，电池壳中捆制成一体的包膜正极板和包膜负极板，以及焊接在电池壳上的带有正极端引出孔和负极端引出孔的电池盖，其特征在于：所述包膜正极板包括隔膜内的两片正极片和压制在两片正极片之间的正极集流体，所述正极集流体为焊接有正极导耳的三维铝；所述正极片含有重量百分含量为80-90wt％、1-6wt％和4-14wt％的活性物质、粘合剂和导电剂；所述活性物质为电解二氧化锰和CFx中的一种或两种混合物，其中：0﹤x﹤1.25；所述粘合剂为PVDF、PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一种或两种以上混合物；所述导电剂为SP、乙炔黑、VGCF、石墨之一种或两种以上混合物；所述包膜负极板包括隔膜内的两片锂箔和压制在两片锂箔之间的负极集流体，所述负极集流体为与负极导耳为一体的L形镍带；所述电池盖的盖体上焊接有可更换防爆膜的排气阀；所述电池壳为方形铝壳；所述排气阀包括台阶状轴和台阶状孔的铝阀体，台阶状孔的大孔螺纹连接带有通孔的丝堵，孔台和丝堵之间自下至上置密封圈、聚四氟乙烯膜防爆膜、密封圈；所述电池盖的正极端引出孔和负极端引出孔均套有密封垫，所述盖体下面贴有一层绝缘垫；电池盖上面的正极接线片通过铆钉与连接在正极导耳上的正极引出片铆接成一体，电池盖上面的负极接线片通过铆钉与连接在负极导耳上的负极引出片铆接成一体；所述电池盖与电池壳为激光焊接；所述排气阀与电池盖为激光焊接；所述正极接线片和负极接线片之间并联有一只二极管。

2.根据权利要求1所述的一种大容量一次锂电池，其特征在于：所述活性物质中电解二氧化锰为50-80wt％、CFx为10-40wt％的CF_0.8，粘合剂为固含量1-6wt％的PTFE乳液，导电剂为2-8wt％的乙炔黑、1-3wt％的VGCF，1-3wt％的石墨；所述三维铝为铝网；所述正极导耳为0.1-0.3mm厚的铝带；热封在正极板上的隔膜为0.08-0.2mm厚的聚丙烯无纺布或0.02-0.06mm厚的PP/PE/PP复合膜；热封在负极板上的隔膜为0.02-0.06mm厚的PP/PE/PP复合膜；捆制极板组用材料为胶带；装入电池壳中的极板组外包有一层具有绝缘性的聚酰亚膜。

3.根据权利要求1所述的一种大容量一次锂电池，其特征在于：所述正极接线片和负极接线片与电池盖的盖体和铆钉的接触部位均涂覆有耐碱环氧树脂胶。