CN103346356B - 一种锂离子电池其制备方法和锂离子电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，公开了一种锂离子电池，包括具有正极和负极两个极性的密封装置，以及设于密封装置内部的电池极组，其中，电池极组包括正极板、负极板和绝缘层，并由正极板与负极板相互卷绕或叠放，形成扁平形结构；绝缘层设于正极板和负极板之间，用于使正极板与负极板相互隔离；正极板与负极板相互卷绕或叠放而形成的扁平形结构的一个端面上，正极板高于绝缘层，并且高于绝缘层的正极板与密封装置上的正极通过金属连接；正极板与负极板相互卷绕或叠放而形成的扁平形结构的另一个端面上，负极板高于绝缘层，并且高于绝缘层的负极板与密封装置上的负极通过金属连接。本发明还公开了一种锂离子电池制备方法及一种锂离子电池组。
Description
技术领域
本发明属于电池领域，尤其是涉及一种锂离子电池及其制备方法，还涉及一种锂离子电池组。
背景技术
锂离子电池由于其电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好等优点在现代社会得到广泛的应用。现有的锂离子电池按其结构可分为三类，即圆柱形电池、方形电池和扣式电池，上述三种结构的锂离子电池各自有其优点，也有其不足之处。 其中，圆柱形电池优点在于其圆柱形的结构对电池极组有极强的束缚力，电池在循环过程中不会出现极组膨胀，塌陷等问题，其稳定性较好；同时，由于圆柱形电池的极耳焊接在其两个端面上，难以设置多个极耳，因而其电池功率一直不是很大，且其轴向散热缓慢；方形电池一般具有多个极耳，其电池倍率性能突出，不过，方形电池四周作为结构束缚的支撑力点，对角线交叉位置受力最薄弱，而且电池循环过程中由于内部胀气极易导致极组膨胀从而导致电池结构损坏，性能下降，稳定性变差；同时，在其进行高倍率充放电的过程，其内部产生较多的热量，而仅通过电池上下表面散热，无法满足电池温度调节的要求，进而导致内部产气加剧，使电池性能衰减更加明显；扣式电池内部采用叠片工艺实现，正负极片活性物质与电池正负极正对，正负极直接通过正负极活性物质相连，导电性能差，所以扣式电池多用在便携电源方面使用，不能要求大功率输出。
在实际使用中，上述三种结构电池具有以下方面的不足：
首先，上述三种结构的电池中，圆柱形电池通过轴向的两个端面传热、方形电池及扣式电池也是通过其上下表面辐射热量，并且在其散热过程中都要通过电池的正负极活性物质，而电池正负极活性物质传热系数≤1W/m.k，从而导致上述三种电池结构的散热效率较低；
其次，由于温度对上述三种电池结构采用的磷酸铁锂、三元材料等的充放电容量影响较大，在上述三种结构的电池组成电池组时，处于不同位置上的电池个体之间的温度差异会影响电池的充放电容量，具体表现为，充放电压差大，影响整个电池组的容量及循环寿命；
此外，上述三种结构的锂离子电池内部的电流先汇集在极耳附近，而后通过极耳建立电流通道向外输出，由此导致电池的倍率性能限于极耳个数及导电能力不能得到充分的发挥，使电池充电时间较长。
发明内容
本发明为解决上述现有技术中存在的散热效率低、倍率性能不能得到充分发挥的不足，本发明提供了一种锂离子电池及锂离子电池组，其不仅具有较高的散热效率，同时还可以充分发挥电池的倍率性能，有效降低电池的充电时间。
本发明为解决上述问题而提供的锂离子电池，包括具有正极和负极两个极性的密封装置，以及设于密封装置内部的电池极组，其中，所述电池极组包括正极板、负极板和绝缘层，并由所述正极板与负极板相互卷绕，形成扁平形结构；所述绝缘层设于所述正极板和负极板之间，用于使正极板与负极板相互隔离；所述正极板与负极板相互卷绕而形成的扁平形结构的一个端面上，正极板高于绝缘层，并且高于绝缘层的正极板与密封装置上的正极连接；所述正极板与负极板相互卷绕而形成的扁平形结构的另一个端面上，负极板高于绝缘层，并且高于绝缘层的负极板与密封装置上的负极连接。
优选的是，所述正极板包括多个正极基本单元，并由所述多个正极基本单元连接而成；所述相连接的两个正极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且所述正极基本单元之间仅通过所述温度开关和过流开关连接；所述负极板包括多个负极基本单元，并由所述多个负极基本单元连接而成；所述相连接的两个负极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且所述负极基本单元之间仅通过所述温度开关和过流开关连接。
优选的是，所述正极板与负极板相互卷绕而形成扁平形结构的径向的直径或宽度大于其轴向的高度。
优选的是，所述密封装置上的正极采用磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂或钴酸锂作为正极的活性物质。
优选的是，所述正极板与密封装置的正极，以及负极板与密封装置的负极之间通过焊接相连接。 本发明提供的锂离子电池组，由多个锂离子电池连接而成，其中，所述锂离子电池采用如上述方案所述的锂离子电池。
优选的是，所述锂离子电池组中连接锂离子电池的连接件上设有加热装置和散热装置，用以对锂离子电池组的温度以及锂离子电池组中的各个锂离子电池的温度的一致性进行调节。
本发明还提供了一种锂离子电池制备方法，包括：
通过卷绕的方式将正极板、负极板形成扁平形结构，并采用绝缘层将所述正极板、所述负极板隔开；
正极板与电池正极连接端预留正极端面，所述正极端面略高于所述绝缘层；
负极板与电池负极连接端预留负极端面，所述负极端面略高于所述绝缘层；
采用与所述正极板、所述负极板尺寸相匹配的导电集流金属片连接所述正极板、所述负极板与密封装置。
优选的，所述正极板包括多个正极基本单元，并由所述多个正极基本单元连接而成；所述相连接的两个正极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且所述正极基本单元之间仅通过所述温度开关和过流开关连接；
所述负极板包括多个负极基本单元，并由所述多个负极基本单元连接而成；所述相连接的两个负极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且所述负极基本单元之间仅通过所述温度开关和过流开关连接。
优选的，所述导电集流金属片为铜铝箔。
本发明提供的锂离子电池具有以下有益效果：
首先，本发明提供的锂离子电池的正极板与密封装置的正极之间，负极板与密封装置的负极之间均通过金属连接，以铜和铝为例，其传热系数分别为数 401 W/m.K和237 W/m.K，由此可知，相比现有技术中通过活性物质散热，其传热系数小于1W/m.k，本发明提供的锂离子电池的散热效率为现有技术的200-400倍。
其次，本发明提供锂离子电池的极组上下端面直接与电池的正负极端面连接，极片内部电流沿着极片宽度方向横向传导，而非现有技术中的先汇集在极耳附近，从而优化了电池内部电流密度，提高了电池内部电流的传导速度，从而提高了锂离子电池的大倍率充放电性能。
本发明提供的锂离子电池组，其采用本发明提供的锂离子电池，通过扁平结构的轴向散热，其散热效率大幅提高，从而降低了锂离子电池因产热不能及时散失导致的温度差异，使得锂离子电池组的充放电压差比较小，具有较长的循环寿命。
由于上述锂离子电池具备上述技术效果，本发明提供的锂离子电池制备方法也应具备相应的技术效果。
附图说明
图1为本发明提供的锂离子电池的结构示意图；
图2为本发明提供的锂离子电池的电池极组的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的等离子体加工设备进行详细描述。
图1为本发明提供的锂离子电池的结构示意图；图2为本发明提供的锂离子电池的电池极组的结构示意图。如图1及图2所示，本发明提供的锂离子电池包括具有正极和负极两个极性的密封装置1，以及设于密封装置内部的电池极组2；其中，密封装置1包括上盖11和下盖12；电池极组2包括正极板21、负极板22和绝缘层23，正极板21与负极板22相互卷绕，形成扁平形结构，且该扁平形结构的径向的半径大于其轴向的高度；绝缘层23设于正极板21和负极板22之间，用于使正极板21与负极板22相互隔离；正极板21与负极板22相互卷绕而形成的扁平形结构的一个端面上，正极板21高于绝缘层23，并且高于绝缘层23的正极板21与密封装置1上的正极连接；正极板21与负极板22相互卷绕而形成的扁平形结构的另一个端面上，负极板22高于绝缘层23，并且高于绝缘层23的负极板22与密封装置上的负极连接。
上述的扁平形结构，可以为圆饼形，方形或正多边形结构，本申请对扁平形结构的轮廓形状不做限定。
其中，正极板21通过金属片与密封装置的正极连接，负极板22通过金属片与密封装置的负极连接。
优选方案中，金属片可采用铜铝箔作为正负极基材。所述绝缘层23可采用隔膜。
在本实施例中，正极板21包括多个正极基本单元，并由多个正极基本单元连接而成；相连接的两个正极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且相连接的正极基本单元之间仅通过温度开关和过流开关连接；负极板22包括多个负极基本单元，并由多个负极基本单元连接而成；相连接的两个负极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且相连接的负极基本单元之间仅通过温度开关和过流开关连接。
具体地，在本实施例中，密封装置上的正极采用磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂或钴酸锂作为正极的活性物质。
具体地，在本实施例中，正极板21与密封装置1的正极，以及负极板22与密封装置1的负极之间通过焊接相连接。
综上所述，本发明上述实施例提供的锂离子电池的正极板21与密封装置1的正极之间，负极板22与密封装置1的负极之间均通过金属连接，以铜和铝为例，其传热系数分别为数 401 W/m.K和237 W/m.K，由此可知，相比现有技术中通过活性物质散热，其传热系数小于1W/m.k，本发明提供的锂离子电池的散热效率为现有技术的200-400倍。
其次，本发明上述实施例提供的锂离子电池的电池极组2上下端面直接与电池的正负极端面连接，极片内部电流沿着极片宽度方向横向传导，而非现有技术中的先汇集在极耳附近，从而优化了电池内部电流密度，提高了电池内部电流的传导速度，从而提高电池的大倍率充放电性能。
作为另一个方案，本发明还提供一种锂离子电池组，其由多个锂离子电池连接而成，其中，上述锂离子电池采用本发明上述实施例中提供的锂离子电池。
具体地，组成锂离子电池组的多个锂离子电池通过连接件相互连接，该连接件上设有加热装置和散热装置，用以对锂离子电池组的温度以及锂离子电池组中的各个锂离子电池的温度的一致性进行调节。
由此可见，本发明提供的锂离子电池具备以下优点：
1、本发明采用卷绕方式制备的扁平形电池极组可通过端面接触或者端面焊接的方式与密封装置的正负极相连，极片内部电流沿着极片宽度方向横向传导，而非极耳方案中的先汇集在极耳附近，从而优化了电池内部电流密度，提高了电池内部电流的传导速度，从而提高电池的大倍率充放电性能。本发明采用了将正极板或是负极板拼接的方式，各拼接单元预留空箔的位置都有温度开关、过流开关，各拼接单元之间不直接导通，电流必须通过温度开关、过流开关将各拼接单元并联起来，以此方式来实现当电池内部短路时防止短路点将过高的能量在一点释放造成热失控，从而实现电池的高安全性。通过本发明制备的锂离子电池可轻松实现大电流充放电性能，同时保证电池的高安全性。
2、本发明提供的锂离子电池，其轴向方向的高度远远小于径向方向的直径，杜绝了因上下表面扩渗的电解液不能将电池极组完全浸润的情况，极大地提高了锂离子电池的一致性。
这种锂离子电池的上下表面通过与正负极基材铜铝箔直接连接，所以热是通过铜铝箔向上下底面辐射，轴向传热是径向传热几百倍，所以具有极大的散热优势；这种散热方式大大降低了电池因产热不能及时散失导致的温度差异，从而使得锂离子电池组的充放电压差较小，循环寿命较长。
3、本发明提供的电池结构在电池内部结构紧凑及对正极板、负极板与隔膜之间的束缚力方面明显优于方形电池，在电解液的浸润方面明显优于传统圆柱形电池，而对于方形电池导致电池循环寿命下降的往往是电池的胀气导致极片内部紧凑结构受损，对于圆柱形电池寿命衰减往往是因为电解液浸润不好导致局部性能下降。而此发明提供的结构方案巧妙的将以上两种电池的弊端都规避掉了，同时拥有以上两种电池的优点，圆柱形电池内部结构的紧密束缚以及方形电池的倍率导电性能，所以此发明提供的电池结构循环寿命远优于传统的圆柱形及方形电池。
4、本发明提供的锂离子电池在外短路时不存在安全隐患，因电池内部电流密度均匀化，在外加短路点后相当于电池大电流放电，而电池内部没有电流密集点，不至于局部过热，没有烧穿隔膜的隐患，不会存在短路导致的热失控问题，短路后电池在极短时间内就将内部电量消耗干净，不会发生进一步恶化，所以电池外短路没有安全的隐患。
5、本发明提供的锂离子电池在挤压测试方面表现也比传统电池结构更具优势，该锂离子电池在上下底面方向上进行挤压，锂离子电池被挤压50%时仅可能导致上下底面上的正负极接触短路，与外短路情况相当，不存在进一步失控的可能性；在锂离子电池经向方向上将电池挤压50%，锂离子电池径向方向上发生变形，圆形底面被强制错位成长方形，隔膜有一部分拉伸，不会发生隔膜破损没有安全隐患.
本发明还提供了一种锂离子电池制备方法，该锂离子电池制备方法用于制备上述的锂离子电池，包括：
通过卷绕的方式将正极板、负极板形成扁平形结构，并采用绝缘层将所述正极板、所述负极板隔开；
正极板与电池正极相连端预留正极端面，所述正极端面略高于所述绝缘层；
负极板与电池负极相连端预留负极端面，所述负极端面略高于所述绝缘层；
采用与所述正极板、所述负极板尺寸相匹配的金属片连接所述正极板、所述负极板与密封装置。 优选的方案中，所述正极板包括多个正极基本单元，并由所述多个正极基本单元连接而成；所述相连接的两个正极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且所述正极基本单元之间仅通过所述温度开关和过流开关连接；所述负极板包括多个负极基本单元，并由所述多个负极基本单元连接而成；所述相连接的两个负极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且所述负极基本单元之间仅通过所述温度开关和过流开关连接。
优选的方案中，所述导电集流片为铜铝箔。
由于上述锂离子电池具备上述技术效果，本发明提供的锂离子电池制备方法也应具备相应的技术效果。
下面几个实施例结合相应的实验内容，对采用上述锂离子电池制备方法及锂离子电池的性能进行介绍。
实施例1
正极板采用由镍钴锰酸锂制备的正极板，负极板采用由天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度14mm、直径64mm的极组，将极组封装在直径66mm，高度16mm的金属壳体内制备成5Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的锂离子电池计为锂离子电池A1。
锂离子电池倍率充电性能评估：将上述的锂离子电池以不同倍率（xC）恒流充电至满电电压3.6V，将电池搁置5min，采用1C恒流放电至2.0V的容量计为Cx。锂离子电池在1C恒流恒压条件下充饱电，搁置5min，采用1C恒流放电至2.0V的容量计为C0，Cx/C0的比值计为不同倍率的充电效率。
锂离子电池倍率放电性能评估：将上述的锂离子化成后电池以1C恒流恒压充电满，将锂离子电池搁置5min，采用不同倍率（xC）恒流放电至2.0V的容量计为Dx，锂离子电池以1C恒流恒压充电满，将锂离子电池搁置5min，采用1C恒流放电至2.0V的容量计为D0，Dx/D0的比值计为不同倍率的放电效率。
锂离子电池循环寿命评估方法：将上述的锂离子化成后电池以1C的倍率进行充放电循环，某一循环的1C放电容量与最大放电容量之比称作锂离子电池的某一循环后的容量保持率，锂离子电池容量保持率为80%时的循环周数作为衡量循环性能的指标。
锂离子电池批量一致性评估方法：将采用同一工艺制备的100pcs锂离子电池进行恒流恒压充电，对比锂离子电池的恒流充电阶段与充电总容量的比例，即：恒流恒压比。
安全性测试评估：
1. 外短路测试：将锂离子电池采用1C恒流恒压充饱电，用总阻值小于100mΩ的导线将锂离子电池正负极直接连接短路，锂离子电池不起火、不爆炸为合格；
2. 挤压测试：将锂离子电池采用1C恒流恒压充饱电，用大约13KN的力将锂离子电池在两平面间挤压，将锂离子电池尺寸挤压至原尺寸的50%为止，锂离子电池不起火、不爆炸为合格，挤压测试包括轴向与径向两个方向测试（方形电池为厚度方向与宽度方向两个方向挤压）。
3. 针刺测试：将锂离子电池采用1C恒流恒压充饱电，用钢针刺穿锂离子电池针刺分为轴向和径向两个方向的针刺，对于方形电池为垂直于厚度方向与垂直于宽度方向两个方向的测试，钢针停留在电池内部，电池不起火、不爆炸为合格。
对比例1
采用传统叠片工艺制备方形软包锂离子电池，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过将正极板、负极板以及夹在正极板负极板之间的隔膜依次叠放的方式，负极边缘超出正极边缘1mm，隔膜边缘超出负极边缘1mm，正负极各单元片通过预留空箔作为极耳并联起来，采用铝塑膜热压的方式将电池封装成厚：8mm；宽：70mm；长：110mm的锂离子电池，制备电池的容量为5Ah，以此工艺制备的电池计为电池A2。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1。
对比例2
采用传统卷绕工艺制备圆柱形锂离子电池，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕方式将正极板、负极板以及夹在正负极板之间的隔膜卷绕成极组，负极边缘超出正极边缘1mm，隔膜边缘超出负极边缘1mm，正负极各单元片通过点焊的极耳与壳体连接，采用金属壳体机械封装或者激光焊接工艺将电池封装成直径26mm，高度70mm的锂离子电池，制备电池的容量为5Ah，以此工艺制备的电池计为电池A3；
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1。
实施例1、对比例1以及对比例2制备电池的倍率、循环以及安全性测试结果列于下表。
表1：实施例1、对比例1以及对比例2制备电池电性能对比表
表2：实施例1、对比例1以及对比例2制备电池安全性能对比表
备注：对于方形电池轴向为电池的宽度方向，径向为电池的厚度方向。
小结：本发明提供的锂离子电池倍率充放电性能、循环性能以及制程一致性均较传统方形电池、圆柱形电池有明显改善，同时挤压性能方面扁平形电池保持了圆柱形电池抗挤压性能的优点，针刺测试方面三种结构电池没有明显差异。
实施例2
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度24mm、直径64mm的极组，将极组封装在直径66mm，高度26mm的金属壳体内制备成10Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A4。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1。
实施例3
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度34mm、直径64mm的极组，将极组封装在直径66mm，高度36mm的金属壳体内制备成15Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A5。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1。
实施例4
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度44mm、直径64mm的极组，采用本发明提供的封装方式将极组封装在直径66mm，高度46mm的金属壳体内制备成20Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A6。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1。
实施例1~4制备电池的倍率、循环以及安全性测试结果列于下表。
表3：实施例1~4制备电池电性能对比表
表4：实施例1~4制备电池安全性能对比表
小结：随着本发明提供的锂离子电池轴向长度增加，电池性能逐渐下降，当极组轴向长度小于24mm时，电池性能几乎没有下降；轴向长度变化对电池安全性能没有影响。
实施例5
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度24mm、直径88mm的极组，采用本发明提供的封装方式将极组封装在直径90mm，高度26mm的金属壳体内制备成20Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A7。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1。
实施例6
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度24mm、直径118mm的极组，采用本发明提供的封装方式将极组封装在直径120mm，高度26mm的金属壳体内制备成40Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A8。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1。
实施例7
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度24mm、直径152mm的极组，采用本发明提供的封装方式将极组封装在直径154mm，高度26mm的金属壳体内制备成60Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A9。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1。
实施例1以及5~7制备电池的倍率、循环以及安全性测试结果列于下表。
表5：实施例1以及5~7制备电池电性能对比表
表6：实施例1以及5~7制备电池安全性能对比表
小结：本发明提供的锂离子电池，随着径向直径增加，电池的电性能以及安全性能没有明显变化，再保证电池轴向长度在合理范围内的情况下增加电池径向长度电池性能无变化。
实施例8
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，将正极板人为分成600mm长的小片，每片极片的预留空箔上增加温度、过流控制开关，采用过流开关中过流能力为每个单元小片容量的5.5倍率（即按照单元小片的5.5C选用过流切断电流），然后将每个小片的正极板拼接起来，电流只能通过增加的过流保护开关导通，各小片直接不直接导通，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度24mm、直径152mm的极组，采用本发明提供的封装方式将极组封装在直径154mm，高度26mm的金属壳体内制备成60Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A10。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1，其中仅对针刺方面的测试评估增加为对100pcs电池进行针刺测试，评估不同方位针刺通过的概率。
实施例9
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，将正极板人为分成1200mm长的小片，每片极片的预留空箔上增加温度、过流控制开关，采用过流开关中过流能力为每个单元小片容量的5.5倍率（即按照单元小片的5.5C选用过流切断电流），然后将每个小片的正极板拼接起来，电流只能通过增加的过流保护开关导通，各小片直接不直接导通，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度24mm、直径152mm的极组，采用本发明提供的封装方式将极组封装在直径154mm，高度26mm的金属壳体内制备成60Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A11。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1，其中仅对针刺方面的测试评估增加为对100pcs电池进行针刺测试，评估不同方位针刺通过的概率。
实施例10
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，将正极板人为分成1800mm长的小片，每片极片的预留空箔上增加温度、过流控制开关，采用过流开关中过流能力为每个单元小片容量的5.5倍率（即按照单元小片的5.5C选用过流切断电流），然后将每个小片的正极板拼接起来，电流只能通过增加的过流保护开关导通，各小片直接不直接导通，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度24mm、直径152mm的极组，采用本发明提供的封装方式将极组封装在直径154mm，高度26mm的金属壳体内制备成60Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A12。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1，其中仅对针刺方面的测试评估增加为对100pcs电池进行针刺测试，评估不同方位针刺通过的概率。
实施例11
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，将正极板人为分成2400mm长的小片，每片极片的预留空箔上增加温度、过流控制开关，采用过流开关中过流能力为每个单元小片容量的5.5倍率（即按照单元小片的5.5C选用过流切断电流），然后将每个小片的正极板拼接起来，电流只能通过增加的过流保护开关导通，各小片直接不直接导通，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度24mm、直径152mm的极组，采用本发明提供的封装方式将极组封装在直径154mm，高度26mm的金属壳体内制备成60Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A13。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1，其中仅对针刺方面的测试评估增加为对100pcs电池进行针刺测试，评估不同方位针刺通过的概率。
实施例12
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，负极板采用传统天然石墨制备的负极板，将负极板人为分成600mm长的小片，每片极片的预留空箔上增加温度、过流控制开关，采用过流开关中过流能力为每个单元小片容量的5.5倍率（即按照单元小片的5.5C选用过流切断电流），然后将每个小片的正极板拼接起来，电流只能通过增加的过流保护开关导通，各小片直接不直接导通，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过卷绕的方式将正极板、负极板通过隔膜隔离开，正负极两端面分别预留正负极端面超出隔膜，正极端面正极板超出隔膜1mm，负极端面负极板超出隔膜1mm，隔膜分别超出正负极下边缘1mm，以此制备成高度24mm、直径152mm的极组，采用本发明提供的封装方式将极组封装在直径154mm，高度26mm的金属壳体内制备成60Ah容量的锂离子电池，以此制备工艺制备的电池计为电池A14。
电池倍率充放电、循环寿命，制程一致性以及安全性评估方法同实施例1，其中仅对针刺方面的测试评估增加为对100pcs电池进行针刺测试，评估不同方位针刺通过的概率。
实施例1以及8~12制备电池的倍率、循环以及安全性测试结果列于下表。
表7：实施例1以及实施例8~12制备电池电性能对比表
表8：实施例1以及实施例8~12制备电池安全性能对比表
小结：对电池极片增加温度过流开关后电池的倍率充放电性能受到限制，对电池的循环及制程一致性没有影响。增加温度过流开关对电池的安全性能提高有明显改善，不论温度开关增加在正极上还是负极上得到的改善效果是一样的。随着组成电池的单个小片能量的增加，电池安全性能逐渐下降。
对比例3
采用传统叠片工艺制备方形软包锂离子电池，正极板采用传统镍钴锰酸锂制备的正极板，每片极片的预留空箔上增加温度、过流控制开关，采用过流开关中过流能力为每个单元小片容量的5.5倍率（即按照单元小片的5.5C选用过流切断电流），负极板采用传统天然石墨制备的负极板，隔膜采用20um厚度锂离子电池隔离膜，通过将正极板、负极板以及夹在正极板负极板之间的隔膜依次叠放的方式，负极边缘超出正极边缘1mm，隔膜边缘超出负极边缘1mm，正负极各单元片通过预留空箔作为极耳并联起来，采用铝塑膜热压的方式将电池封装成厚：8mm；宽：70mm；长：110mm的锂离子电池，制备电池的容量为5Ah，以此工艺制备的电池计为电池A15。
对于对比例3仅评估其安全性能；安全性评估方案同实施例1。
对比例1与对比例3制备电池的安全性测试结果列于下表。
表9：对比例1与对比例3制备电池安全性能对比表
备注：对于方形电池轴向为电池的宽度方向，径向为电池的厚度方向。
小结：增加温度过流开关在方形电池上对改善电池的安全性有同样的效果。
实施例13
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，采用铜片作为本发明提供的锂离子电池组的连接件，采用直径略小于电池直径的铜片将实施例1中的电池串联在一起组成7串电池组，铜片与锂离子电池上下面（电池的正负极）之间采用接触导电并在铜板与电池之间涂抹导电导热胶加固，以此种连接方式制备的电池组计为Z1。
锂离子电池组充放电一致性的评估：采用1C恒流恒压充电满电，比较恒压充电末端各串电池的电压差，采用1C恒流放电至n*2.0V（n代表串联电池的串数），比较恒流放电末端各串电池的电压差，分别以恒压充电末端压差以及恒流充电末端压差来衡量电池组充放电一致性。
锂离子电池组循环性能评估：组装后电池组以1C的倍率进行充放电循环，某一循环的1C放电容量与最大放电容量之比称作电池的某一循环后的容量保持率，电池容量保持率为80%时的循环周数作为衡量循环性能的指标。
实施例14
根据本发明提供的锂离子电池制备方法，采用中空铜饼作为本发明提供的锂离子电池组的连接件，采用直径略小于电池直径的中空铜饼将实施例1中的电池串联在一起组成7串电池组，铜饼内部可以通过导热但不导电的流体，作为散热的介质，电池在任何测试时均在铜饼内部通有25℃恒温导热油。此类铜饼与电池上下面（电池的正负极）之间采用接触导电并在铜饼与电池之间涂抹导电导热胶加固，以此种连接方式制备的电池组计为Z2；
电池组充放电一致性以及循环性能评估同实施例13；
对比例4
传统圆柱电池的组装方式，将对比例1中圆柱形电池采用支架隔离开，分别在上下盖板之间用镍与铜的复合板采用点焊的方式连接，将各支架间的电池采用螺栓连接的方式串联组成7串电池组，以此工艺制备的电池模组计为Z3。
电池组充放电一致性以及循环性能评估同实施例13。
对比例5
传统方形电池的组装方式，将对比例2中方形电池叠放在一起，分别在各预留极耳上采用螺栓连接组成7串电池组，以此工艺制备的电池模组计为Z4。
电池组充放电一致性以及循环性能评估同实施例13。
实施例13、14以及对比例4、5制备电池电池组的充放电一致性及循环性能测试结果列于下表；
表10：实施例13、14与对比例4、5制备电池安全性能对比表
小结：本发明提供的锂离子电池及锂离子电池组装成的电池组循环寿命明显优于传统方形电池以及圆柱形电池组成的电池组，给电池组增加控温系统有效改善电池组的压差一致性同时改善了电池的循环寿命。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种锂离子电池，包括具有正极和负极两个极性的密封装置，以及设于密封装置内部的电池极组，其特征在于，所述电池极组包括正极板、负极板和绝缘层，并由所述正极板与负极板相互卷绕，形成扁平形结构；
所述绝缘层设于所述正极板和负极板之间，用于使正极板与负极板相互隔离；
所述正极板与负极板相互卷绕而形成的扁平形结构的一个端面上，正极板高于绝缘层，并且高于绝缘层的正极板与密封装置上的正极通过金属片连接；
所述正极板与负极板相互卷绕而形成的扁平形结构的另一个端面上，负极板高于绝缘层，并且高于绝缘层的负极板与密封装置上的负极通过金属片连接；
所述正极板包括多个正极基本单元，并由所述多个正极基本单元连接而成；所述相连接的两个正极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且所述正极基本单元之间仅通过所述温度开关和过流开关连接；
所述负极板包括多个负极基本单元，并由所述多个负极基本单元连接而成；所述相连接的两个负极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且所述负极基本单元之间仅通过所述温度开关和过流开关连接。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极板与负极板相互卷绕而形成扁平形结构的径向的直径或宽度大于其轴向的高度。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述密封装置上的正极采用磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂或钴酸锂作为正极的活性物质。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极板与密封装置的正极，以及负极板与密封装置的负极之间通过焊接相连接。
5.一种锂离子电池组，由多个锂离子电池连接而成，其特征在于，所述锂离子电池采用如权利要求1-4任一所述的锂离子电池。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池组，其特征在于，所述锂离子电池组中连接锂离子电池的连接件上设有加热装置和散热装置，用以对锂离子电池组的温度以及锂离子电池组中的各个锂离子电池的温度的一致性进行调节。
7.一种锂离子电池制备方法，其特征在于，包括：
通过卷绕的方式将正极板、负极板形成扁平形结构，并采用绝缘层将所述正极板、所述负极板隔开；
正极板与电池正极相连接端预留正极端面，所述正极端面略高于所述绝缘层；
负极板与电池负极相连接端预留负极端面，所述负极端面略高于所述绝缘层；
采用与所述正极板、所述负极板尺寸相匹配的导电集流金属片连接所述正极板、所述负极板与密封装置。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池制备方法，其特征在于，所述正极板包括多个正极基本单元，并由所述多个正极基本单元连接而成；所述相连接的两个正极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且所述正极基本单元之间仅通过所述温度开关和过流开关连接；
所述负极板包括多个负极基本单元，并由所述多个负极基本单元连接而成；所述相连接的两个负极基本单元之间设有温度开关和过流开关，且所述负极基本单元之间仅通过所述温度开关和过流开关连接。
9.根据权利要求7所述的锂离子电池制备方法，其特征在于，所述导电集流金属片为铜铝箔。
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