CN104051781A - 一种锂离子动力电池及制造该电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子动力电池。所述锂离子动力电池包括电池壳体、收容于电池壳体内部的卷芯、灌注于电池壳体中的电解液、位于卷芯外表面且与极耳焊接在一起的金属导电片、以及装设于电池壳体上的电池顶盖，所述电池壳体或电池顶盖上设有泄压阀。本发明提供的锂离子动力电池，在卷芯的外表面加入金属导电片且与极耳焊接，可以使电子在卷芯表面均匀分布，在产热时更为均匀，能有效提高电池的寿命，增加了电池的安全性，具有重大的实践意义。

Description

一种锂离子动力电池及制造该电池的方法

技术领域

本发明涉及锂离子动力电池，特别是涉及一种提高锂离子动力电池安全性和寿命的锂离子电池，以及该种锂离子电池的制造方法。 

背景技术

目前，随着锂离子电池在电动汽车和电网储能领域中的应用日趋广泛，锂离子电池的安全事故报道也日益增多：如公交车电池着火事故、电动邮政车着火事故、电动出租车自然事故和电动出租车碰撞起火事故。因此，近年来，锂离子电池的安全性能也越来越受到重视。 

通常，锂离子电池安全问题的起因是热失控，随着温度的不断攀升，电池内部发生各种反应，例如：SEI分解，阳极与电解液发生还原反应，阴极与电解液发生氧化反应，电解液自身受热蒸发、分解。各种反应导致电池温度持续上升的同时伴有大量气体生产，导致电池内压急剧升高。 

传统锂离子电池的安全设计，不外乎限流、断电以及释气等三种方式，其中，限流（Resistivity的简称）来阻止高电流的流动，是属于非破坏性的安全设计；而断电方式是电池内压增大时，能使电池内部电路的可导电易碎物品破裂，达到断流的作用；释气方式则是当电池内压增大时，以避免电池爆炸。但是，以上主要针对电池内压不正常升高时，所采用的安全保护手段，此类型专利见诸台湾地区公告第377045号、第364666号，以及美国专利第4238，812号及4255，688号等专利案中，但对于电池受到外部压力而变形时的安全保护，则没有提及；由于电池壳体外部受到撞击压力后会变形，如此一来，易发生局部过热，在极卷内部短路产生火花、烧焦、喷烟等情形，而有安全的问题。 

锂离子电池内部短路或在内外部短路时能够迅速将热量均匀分散，是解决锂离子电池安全性的根本问题。 

现有解决锂离子动力电池安全问题如陶瓷隔膜，中国专利CN100580990C（一种提高锂离子二次电池安全性的方法及锂离子二次电池），该方案涉及到在正极或负极表面涂敷一层氧化铝薄膜，解决电池在针刺等极端恶劣的内部短路的情况下，电池不易着火、爆炸。中国专利CN1252843C,方形电池的安全保护结构，该方案采用了在电池电极端子上连接一个金属制导电片，正常使用时，可避免电池无变形情况下短路的可能性；而在电池受到外力如挤压时，导电片与电池外壳侧边形成短路，从而使短路电流平均分布于全极片商，降低局部高热的可能性，以达到增进安全的功效。方案一受限于目前的涂层涂敷技术和涂层的厚度，会大大降低影响电池的能量密度和功率密度；而方案二只能在一定程度上解决电变形后的安全问题。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中存在的问题，提供一种提高锂离子电池二次电池安全性的方法，旨在解决非正常使用锂离子二次电池时如针刺、挤压，易引起电池内部短路而引起爆炸起火的问题。本发明同时由于热分布较为均匀，避免引起局部极化过大，衰减不一致，从而有效提高电池寿命。 

为此，本发明提供了一种锂离子动力电池，所述锂离子动力电池包括电池壳体、收容于电池壳体内部的卷芯、灌注于电池壳体中的电解液、位于卷芯外表面且与极耳焊接在一起的金属导电片、以及装设于电池壳体上的电池顶盖，所述电池壳体或电池顶盖上设有泄压阀。 

优选的，所述负极金属导电片为金属铜片，所述正极金属导电片为金属铝片。 

优选的，所述金属导电片是单个平面金属导电片、U型金属导电片中的任意一种 ，或者是其他类似改进形状的金属导电片。 

优选的，所述金属导电片与卷芯极耳焊接在一起，焊接方式采用挤压连接、夹持连接、粘接、超声焊接、激光焊接中的任意一种。 

优选的，所述金属导电片采用负极金属导电片单独使用，只有负极金属导电片与极耳焊接在一起，没有正极金属导电片。 

优选的，所述金属导电片采用正极金属导电片、负极金属导电片组合使用，正极金属导电片与极耳焊接在一起，负极金属导电片与极耳焊接在一起。 

优选的，所述金属导电片的厚度为8μm～500μm。 

一种制造上述任意一种锂离子动力电池的方法，其特征在于：包括以下步骤： 

（1）将正极片、隔离膜、负极片和隔离膜，叠放一起，卷绕成卷芯，将多层正极集流体、负极集流体分别焊接成一体；

（2）通过焊接技术将金属导电片焊接在金属集流体上，金属导电片之间、最里层和最外层金属片均用隔离膜覆盖，将金属集流体、金属导电片与电芯极耳 焊接；

（3）将焊接后的卷芯装入电池壳体，用激光焊接方式将电池壳体与上盖

板焊接；向电芯中注入电解液，静置，待电解液充分浸润后，预充电对电极材料活化，除气，继续充放电活化，进化老化，形成电芯。

由以上本发明提供的技术方案可见，本发明具有以下技术效果： 

（1）在卷芯的外表面加入金属导电片且与极耳焊接，可以使电子在卷芯表面均匀分布，在产热时更为均匀，能有效提高电池的寿命。

（2）采用金属导电片与极耳焊接方式，在外部钉刺时，会发生电池金属壳体、导电片优先导通，形成最外层的电流回路，使钉刺时瞬间产生的大电流在金属导电片和外壳之间均匀分布，减少电流在卷芯内层的分布，进一步减少产热，避免电池热失控。 

（3）在电池受到外部压力挤压时，如没有金属导电片，则卷芯内部会产生大面积短路，瞬间产生大量的热量，温度迅速升高，导致电芯内部的电解液、正极材料达到分解温度，释放氧气，引起链式反应，导致热失控。而采用本方案在卷芯的外表面加入与正极或负极、或正负极焊接的金属导电片，在电池受到外力挤压时，电池壳体与金属导电片接触形成电子回路通道，大量的电子和热量通过外部电阻较小的通道，在电池壳体表面产生大量的热量，分流了在卷芯内部形成内短路的电流和热量，不至于导致电解液和正极材料活性物质及其他物质的分解，引起链式反应，导致电池热失控，最终导致电池着火。 

附图说明

图1为同侧出极耳铝壳电芯示意图。 

图2为方形卷绕卷芯示意图。 

图3为两种金属导电片分别与正负极耳连接示意图。 

图4为两种不同U型金属导电片分别与正负极耳连接示意图。 

图5 为一种金属导电片与极耳连接示意图。 

图6为一种U型金属导电片与极耳连接示意图。 

图7为两端出极耳电芯示意图。 

图8为两端出极耳卷芯示意图。 

图9为两端出极耳、双金属导电片与正负极连接示意图。 

图10为两端出极耳、一种U型金属导电片与负极连接示意图。 

其中，1-正极金属导电片     2-负极金属导电片     3-隔离膜          4-U型铝金属导电片   5- U型铜金属导电片     6-隔离膜   7-负极金属导电片    8-隔离膜       9- U型负极金属导电片        10-隔离膜       11-正极金属导电片  12-负极金属导电片    13-隔离膜   14- U型负极金属导电片   15-隔离膜。 

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面对本发明作进一步的详细说明： 

本发明提供了一种锂离子动力电池，所述锂离子动力电池包括电池壳体、收容于电池壳体内部的卷芯、灌注于电池壳体中的电解液、位于卷芯外表面且与极耳焊接在一起的金属导电片、以及装设于电池壳体上的电池顶盖，所述电池壳体或电池顶盖上设有泄压阀。

优选的，所述负极金属导电片为金属铜片，所述正极金属导电片为金属铝片。 

优选的，所述金属导电片是单个平面金属导电片、U型金属导电片中的任意一种 ，或者是其他类似改进形状的金属导电片。 

优选的，所述金属导电片与卷芯极耳焊接在一起，焊接方式采用挤压连接、夹持连接、粘接、超声焊接、激光焊接中的任意一种。 

优选的，所述金属导电片采用负极金属导电片单独使用，只有负极金属导电片与极耳焊接在一起，没有正极金属导电片。 

优选的，所述金属导电片采用正极金属导电片、负极金属导电片组合使用，正极金属导电片与极耳焊接在一起，负极金属导电片与极耳焊接在一起。 

优选的，所述金属导电片的厚度为8μm～500μm。 

一种制造上述任意一种锂离子动力电池的方法，其特征在于：包括以下步骤： 

（1）将正极片、隔离膜、负极片和隔离膜，叠放一起，卷绕成卷芯，将多层正极集流体、负极集流体分别焊接成一体；

（2）通过焊接技术将金属导电片焊接在金属集流体上，金属导电片之间、最里层和最外层金属片均用隔离膜覆盖，将金属集流体、金属导电片与电芯极耳焊接；

（3）将焊接后的卷芯装入电池壳体，用激光焊接方式将电池壳体与上盖板焊接；向电芯中注入电解液，静置，待电解液充分浸润后，预充电对电极材料活化，除气，继续充放电活化，进化老化，形成电芯。

下面将通过实施例来更详细地描述本发明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方案仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。 

 实施例1

（1）将一定长度的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜，叠放一起，卷绕成卷芯，将多层正负极集流体分别焊接成一体，如图2所示。

（2）分别取与正极集流体、负极集流体相同类型的金属导电片，见图3中的1和2，通过焊接技术将金属导电片分别焊接在正负极集流体上。两种金属导电片之间、最里层和最外层金属片均用隔离膜覆盖，见图3中的3。然后将正极集流体、负极集流体、金属导电片与电芯极耳焊接。 

（3）将焊接后的卷芯装入电池壳体，用激光焊接方式将电池壳体与上盖 

板焊接；向电芯中注入电解液，静置，待电解液充分浸润后，预充电对电极材料活化，除气，继续充放电活化，进化老化，电芯如图1。

将制作好的电芯分别进行针刺和挤压测试，电芯均不起火、不爆炸，均能 

通过测试。将电芯进行寿命循环，附加金属导电片的电芯因为金属导电片的面平整、电子导电性和导热性都较好，分布比较均匀，电芯寿命比没有加入金属导电片的电芯寿命提高很多。试验结果见表1。 

 实施例2

其他部分与实施例1相同，不同之处在于实施例1中的金属导电片为两个

单个平面的金属导电片，而实施例2均为一个U型结构的金属导电片，如图4所示，金属导电片之间有隔离膜覆盖。所制作的电芯进行针刺和挤压试验，均不起火、不爆炸。将电芯进行寿命循环，附加金属导电片的电芯因为金属导电片的面平整、电子导电性和导热性都较好，分布比较均匀，电芯寿命比没有加入金属导电片的电芯寿命提高很多。试验结果见表1。    

实施例3

其他实施部分同实施例1，不同之处是只有负极金属导电片与负极集流体焊接在一起，如图5所示，没有正极金属导电片。该电芯针刺和挤压测试，均不起火、不爆炸。将电芯进行寿命循环，附加金属导电片的电芯因为金属导电片的面平整、电子导电性和导热性都较好，分布比较均匀，电芯寿命比没有加入金属导电片的电芯寿命提高很多。试验结果见表1。

实施例4

其他部分同实施例3，不同的是负极金属导电片为U型结构的金属导电片，如图6。该电芯针刺和挤压测试，均不起火、不爆炸。将电芯进行寿命循环，附加金属导电片的电芯因为金属导电片的面平整、电子导电性和导热性都较好，分布比较均匀，电芯寿命比没有加入金属导电片的电芯寿命提高很多。试验结果见表1。

实施例5

将一定长度的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜，叠放一起，卷绕成卷芯，将多层正负极集流体分别焊接成一体，如图8所示，分别取与正极集流体、负极集流体相同类型的金属导电片，如图8所示，通过焊接技术将金属导电片分别焊接在正极集流体、负极集流体上，两种金属导电片之间、最里层和最外层金属片均用隔离膜覆盖，如图3中的3。然后将正极集流体、负极集流体、金属导电片与电芯极耳焊接。其他与实施例1相同，形成图7的电芯。将电芯进行挤压和针刺测试，均不起火、不爆炸。将电芯进行寿命循环，附加金属导电片的电芯因为金属导电片的面平整、电子导电性和导热性都较好，分布比较均匀，电芯寿命比没有加入金属导电片的电芯寿命提高很多。试验结果见表1。

实施例6

其他与实施例5相同，不同之处在于使用图9的U型金属导电片与负极连接。将电芯进行挤压和针刺测试，均不起火、不爆炸。将电芯进行寿命循环，附加金属导电片的电芯因为金属导电片的面平整、电子导电性和导热性都较好，分布比较均匀，电芯寿命比没有加入金属导电片的电芯寿命提高很多。试验结果见表1。

比较例： 

（1）将一定长度的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜，叠放一起，卷绕成卷芯，将多层正负极集流体分别焊接成一体，如图2所示。

（2）将焊接后的卷芯装入电池壳体，用激光焊接方式将电池壳体与上盖板焊接；向电芯中注入电解液，静置，待电解液充分浸润后，预充电对电极材料活化，除气，继续充放电活化，进化老化，电芯如图1。 

将制作好的电芯分别进行针刺和挤压测试，电芯发生起火和爆炸，均不能 

通过测试。将电芯进行寿命循环，与其他实施例对比，循环性能略差。试验结果见表1。

  

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方案方式进行变更和修改。但是，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。 

Claims (8)

1.一种锂离子动力电池，其特征在于：所述锂离子动力电池包括电池壳体、收容于电池壳体内部的卷芯、灌注于电池壳体中的电解液、位于卷芯外表面且与极耳焊接在一起的金属导电片、以及装设于电池壳体上的电池顶盖，所述电池壳体或电池顶盖上设有泄压阀。

2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述负极金属导电片为金属铜片，所述正极金属导电片为金属铝片。

3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述金属导电片是单个平面金属导电片、U型金属导电片中的任意一种 。

4.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述金属导电片与卷芯极耳焊接在一起，焊接方式采用挤压连接、夹持连接、粘接、超声焊接、激光焊接中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述金属导电片采用负极金属导电片单独使用，只有负极金属导电片与极耳焊接在一起，没有正极金属导电片。

6.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述金属导电片采用正极金属导电片、负极金属导电片组合使用，正极金属导电片与极耳焊接在一起，负极金属导电片与极耳焊接在一起。

7.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述金属导电片的厚度为8μm～500μm。

8.一种制造权利要求1-7任一所述锂离子动力电池的方法，其特征在于：包括以下步骤： 

（1）将正极片、隔离膜、负极片和隔离膜，叠放一起，卷绕成卷芯，将多层正极集流体、负极集流体分别焊接成一体；

（2）通过焊接技术将金属导电片焊接在金属集流体上，金属导电片之间、最里层和最外层金属片均用隔离膜覆盖，将金属集流体、金属导电片与电芯极耳焊接；

（3）将焊接后的卷芯装入电池壳体，用激光焊接方式将电池壳体与上盖

板焊接；向电芯中注入电解液，静置，待电解液充分浸润后，预充电对电极材料活化，除气，继续充放电活化，进化老化，形成电芯。