CN104485483A - 一种锂离子动力电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂离子动力电池，所述锂离子动力电池为圆柱形，包括不锈钢的电池外壳，所述电池外壳的中央设有一卷芯芯轴，所述卷芯芯轴上缠绕有电池卷芯；电池卷芯的两端分别与正极集流盘和负极集流盘焊接；正极集流盘和负极集流盘分别与正极端盖和负极端盖焊接；电池卷芯通过卷芯支撑架进行固定，正极端盖和负极端盖采用更加安全的设计，合理的结构设计使得电池的容量大，安全性能好。

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，尤其是涉及一种锂离子动力电池。
背景技术
18650型号的三元材料锂离子电池是现有比较常用的三元材料圆柱形锂离子电池，它的正极活性物质采用镍钴锰酸锂三元材料，负极活性物质采用人造石墨。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样道理，当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。
现有的18650型号三元材料锂离子电池容量普遍在2AH左右，体积小容量低，在用于动力电池组装时，需要将许多同样的电池并联，如在使用中有一支电池出现故障，会很快的耗尽其他电池的电量，甚至引起火灾。同时电池体积小，集流体小导致电池内阻较大，电池工作时发热量较大，存在安全隐患。该电池在用于动力时，通常采用的PTC组合盖帽的断流压力为1.3～1.5MPa，防爆膜开启压力为2.0～2.2MPa，为了放电电流足够大，有的甚至不加PTC和防爆膜，一旦电池过充电，无法保证电池的使用安全。
发明内容
本发明要解决的问题是针对上述不足，提供一种结构设计更加合理，生产效率高，容量大且安全性能高的锂离子动力电池。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种锂离子动力电池，所述锂离子动力电池为圆柱形，包括不锈钢的电池外壳，所述电池外壳的中央设有一卷芯芯轴，所述卷芯芯轴上缠绕有电池卷芯；电池卷芯的两端分别与正极集流盘和负极集流盘焊接；正极集流盘和负极集流盘分别与正极端盖和负极端盖焊接；
所述负极端盖包括负极极柱和负极盖板，所述负极盖板上开有注液孔和安全阀片孔，所述安全阀片孔内焊接有一安全阀片，所述注液孔通过一注液孔密封件实现密封；
所述正极端盖包括正极极柱，依次套装在所述正极极柱上的外绝缘圈、外密封圈、正极盖板、内绝缘垫，以及与所述正极极柱铆接的压板；所述正极盖板中央开有一孔洞，所述内绝缘垫上设有与所述孔洞相嵌合的凸起。
所述电池卷芯的两端分别通过一卷芯支撑架进行固定。
作为优选的方案，所述正极集流盘和负极集流盘为圆形，四周有凸沿，其内部设置有一端翘起的焊接部，所述焊接部的两端开有用于电解液通过的通孔。
作为优选的方案，所述电池卷芯是由被隔膜隔开的正极片和负极片，围绕卷芯芯轴边扶正边绕卷而成的圆柱形结构；其中，所述正极片由铝箔和涂覆在铝箔正反面上的活性物质组成，所述活性物质为三元镍钴锰材料；所述负极片由铜箔和涂覆在铜箔正反面上的活性物质组成，所述活性物质为人造石墨；所述隔膜采用32μm多层PP隔膜。
作为优选的方案，所述电池卷芯为四层结构，从外到内依次为PP隔膜，负极片，PP隔膜和正极片。
作为优选的方案，所述电池卷芯的两端分别通过极耳与所述正极集流盘和负极集流盘焊接；铝箔和铜箔涂覆活性材料时，箔片两侧留白，将两侧留白进行激光切割，每侧分别切出73个极耳后，缠绕成电池卷芯。
作为优选的方案，所述卷芯芯轴的材质为铝，其外表面设置有一层厚度为0.15mm的PP膜。
作为优选的方案，所述锂离子动力电池的直径为48mm，长度为245mm，电池容量可达33Ah。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、该电池容量大，在用于动力电池组装时，减少了单体电池的数量，从而降低了电池管理系统的节点数量；
2、该电池的集流体大，从而有效降低了电池内阻；
3、该电池负极端盖上设置有安全阀片，启动压力可达0.8-1.0MPa，启动压力低，提高了电池的使用安全性能。
附图说明
图1是锂离子动力电池的整体结构示意图。
图2是图1的局部放大示意图。
图3是正极集流盘的剖视图。
图4是正极集流盘的俯视图。
图5是电池卷芯极耳的结构示意图。
图6是正极端盖的结构示意图。
图7是负极端盖的结构示意图。
图中：1-负极端盖；2-安全阀片；3-注液孔密封件；4-卷芯支撑架；5-负极集流盘；6-电池卷芯；7-卷芯芯轴；8-电池外壳；9-正极集流盘；10-正极端盖；51-焊接部；52-通孔；61-极耳；101-正极极柱；102-外绝缘圈；103-外密封圈；104-正极盖板；105-内绝缘垫；106-压板；1101-负极极柱；1102-负极盖板；1103-注液孔；1104-安全阀片孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明涉及一种锂离子动力电池，请参考图1，所述锂离子动力电池为圆柱形，包括不锈钢的电池外壳8，所述电池外壳8的中央设有一卷芯芯轴7，所述卷芯芯轴上缠绕有电池卷芯6；电池卷芯6的两端分别与正极集流盘9和负极集流盘5焊接；正极集流盘9和负极集流盘5分别与正极端盖10和负极端盖1焊接；
具体的，请参考图7，所述负极端盖1包括负极极柱1101和负极盖板1102，所述负极盖板1102上开有注液孔1103和安全阀片孔1104，所述安全阀片孔1104内焊接有一安全阀片2，所述注液孔1103通过一注液孔密封件3实现密封。
作为优选的方案，负极极柱1101的材质为不锈钢，负极盖板1102的材质为不锈钢。
该负极端盖1的特点是：负极极柱1101可以根据过电流需要采用铜合金，同时负极极柱1101部分可以采用与下文所述的正极端盖10类似的结构，密封绝缘作用好；注液孔1103直径较大，焊接注液孔密封件比起敲钢珠的密封方式，提高注液效率；安全阀片2在电池内压较大时破裂，起到泄压作用，同时可以根据需要自由选择安全阀片的材质和直径等，安全性能好。
具体的，请考图6，所述正极端盖10包括正极极柱101，依次套装在所述正极极柱101上的外绝缘圈102、外密封圈103、正极盖板104、内绝缘垫105，以及与所述正极极柱101铆接的压板106；所述正极盖板104中央开有一孔洞，所述内绝缘垫105上设有与所述孔洞相嵌合的凸起。
作为优选的方案，正极极柱101的材质为铝合金，外绝缘圈102的材质为PP，外密封圈103的材质为绝缘防腐蚀的橡胶，当正极极柱101和正极盖板104装配时，外密封圈103受力挤压变形，起到密封作用；正极盖板104的材质为不锈钢，是正极端盖10的主要组成部分，边缘与电池外壳8焊接；内绝缘垫105的材质为PP，压板106的材质为铝合金。
正极端盖10在装配时，先将内绝缘垫105的凸起部分深入正极盖板104的孔洞内与孔洞嵌合，然后正极极柱101的下半部分穿过外绝缘圈102和外密封圈103再深入嵌合后的孔洞内，最后于压板10铆接。
该正极端盖的特点是：绝缘和密封性能良好，正极极柱可以根据实际需要增减直径，传导电流性能较好；正极盖板中间的孔洞可以有效防止电池在装配过程中正极极柱的转动，经测试，其最大扭矩可达10N·m。
为了更好的固定电池卷芯6，所述电池卷芯6的两端分别设置有一卷芯支撑架4。
所述正极集流盘9和负极集流盘4为圆形，具体结构请参考图3和图4，四周有凸沿，其内部设置有一端翘起的焊接部51，所述焊接部51的两端开有用于电解液通过的通孔52。
所述电池卷芯6是由被隔膜隔开的正极片和负极片，围绕卷芯芯轴7边扶正边绕卷而成的圆柱形结构；所述正极片活性物质采用三元镍钴锰材料，导电剂为导电碳黑和导电石墨，粘结剂为PVDF(聚偏氟乙烯)，按重量比为94:1.5:1.5:3，用溶剂NMP将其混合均匀，涂覆在厚度为25μm的铝箔的正反面上，烘烤干燥并且进行碾压成厚度为163μm的极片；负极片活性物质采用人造石墨，导电剂为导电碳黑，粘结剂为PVDF，按重量比为90:2:8，用溶剂NMP将其混合均匀，涂覆在厚度为12μm的铜箔的正反面上，烘烤干燥并且进行碾压成厚度为118μm的极片；两种体系搭配在一起，具有较高的电化学窗口，高温稳定，锂离子脱嵌容易。隔膜采用32μm多层PP隔膜，机械强度较大，热缩率低。
也就是说，所述电池卷芯6为四层结构，从外到内依次为PP隔膜，负极片，PP隔膜和正极片。
所述电池卷芯6的两端分别通过极耳61与所述正极集流盘9和负极集流盘4焊接；铝箔和铜箔涂覆活性材料时，箔片两侧留白，将两侧留白进行激光切割每侧分别切出73个极耳61后，缠绕成电池卷芯。具体结构请参看图5。
所述卷芯芯轴7的材质为铝，其外表面设置有一层厚度为0.15mm的PP膜。
该电池在组装时，先把电池卷芯的正、负极极耳分别和正、负极集流盘焊好，然后在两头套上卷芯支撑架，焊接一边的集流盘和端盖，套上电池外壳，再焊接另一头的集流盘和端盖，最后分别将正、负极端盖和电池外壳焊接好，然后经过注液孔往电池内注液，用注液密封件密封好，经活化后制成完整的成品电池，所述锂离子动力电池的直径为48mm，长度为245mm，电池容量可达33Ah，相当于10支18650电池并联，内阻在1mΩ以下，3C/10V单体电池过充电测试不起火，不冒烟，不爆炸，安全阀片正常开启，安全性能良好。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子动力电池，其特征在于：所述锂离子动力电池为圆柱形，包括不锈钢的电池外壳(8)，所述电池外壳(8)的中央设有一卷芯芯轴(7)，所述卷芯芯轴(7)上缠绕有电池卷芯(6)；电池卷芯(6)的两端分别与正极集流盘(9)和负极集流盘(5)焊接；正极集流盘(9)和负极集流盘(5)分别与正极端盖(10)和负极端盖(1)焊接；
所述负极端盖(1)包括负极极柱(1101)和负极盖板(1102)，所述负极盖板(1102)上开有注液孔(1103)和安全阀片孔(1104)，所述安全阀片孔(1104)内焊接有一安全阀片(2)，所述注液孔(1103)通过一注液孔密封件(3)实现密封；
所述正极端盖(10)包括正极极柱(101)，依次套装在所述正极极柱(101)上的外绝缘圈(102)、外密封圈(103)、正极盖板(104)、内绝缘垫(105)，以及与所述正极极柱(101)铆接的压板(106)；所述正极盖板(104)中央开有一孔洞，所述内绝缘垫(105)上设有与所述孔洞相嵌合的凸起；
所述电池卷芯(6)的两端分别通过一卷芯支撑架(4)进行固定。
2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述正极集流盘(9)和负极集流盘(5)为圆形，四周有凸沿，其内部设置有一端翘起的焊接部(51)，所述焊接部(51)的两端开有用于电解液通过的通孔(52)。
3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电池卷芯(6)是由被隔膜隔开的正极片和负极片，围绕卷芯芯轴(7)边扶正边绕卷而成的圆柱形结构；其中，所述正极片由铝箔和涂覆在铝箔正反面上的活性物质组成，所述活性物质为三元镍钴锰材料；所述负极片由铜箔和涂覆在铜箔正反面上的活性物质组成，所述活性物质为人造石墨；所述隔膜采用32μm多层PP隔膜。
4.根据权利要求3所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电池卷芯(6)为四层结构，从外到内依次为PP隔膜，负极片，PP隔膜和正极片。
5.根据权利要求3所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述电池卷芯(6)的两端分别通过极耳(61)与所述正极集流盘(5)和负极集流盘(9)焊接；铝箔和铜箔涂覆活性材料时，箔片两侧留白，将两侧留白进行激光切割，每侧分别切出73个极耳(61)后，缠绕成电池卷芯(6)。
6.根据权利要求1-5任一所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述卷芯芯轴(7)的材质为铝，其外表面设置有一层厚度为0.15mm的PP膜。
7.根据权利要求6所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述锂离子动力电池的直径为48mm，长度为245mm，电池容量可达33Ah。
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