CN108269960A - 一种电池单体及其制造方法和电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，公开了一种电池单体及其制造方法和电池组。所述电池单体包括连接板(101)、电芯(103)和密封结构，所述连接板(101)与所述密封结构的一个外表面面接触，电芯主体置于所述密封结构内部，所述电芯(103)由正极极片、隔膜和负极极片卷绕或层叠形成，并且在所述正极极片的一端形成有正极端子(1032)，在所述负极极片的一端形成有负极端子(1031)，所述负极端子(1031)或所述正极端子(1032)与所述连接板(101)电连接。本发明所述的电池单体具有较好的散热性能和具有较好的均热性能。

Description

一种电池单体及其制造方法和电池组
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体地，涉及一种电池单体，该电池单体的制造方法，由该方法制造的电池单体，由所述电池单体构成的电池组。
背景技术
无人机、电动工具及混合动力电动汽车(HEV)都要求电池系统能够在短时间内输出较高的能量，在电压一定的情况下，只有增加电流输出，才能满足用电设备对高功率的要求。因此，市场对电池大电流放电要求日益增加，锂离子电池倍率放电性能的重要性也日益提升。
锂离子电池按外形来分，主要有圆柱形电池、方形电池和软包装电池三种。其中软包装电池可制作成各种形状、尺寸，具有很高的设计灵活性，同时可以兼顾能量密度和功率密度要求，因此软包装锂离子电池市场较为广阔。
软包装锂离子电池在充放电时，电池内部电化学反应需要的电子会途经正负极极耳，充放电电流越大，电池内部反应越剧烈，所需的电子越多，容易引起极耳处发热严重，并导致电池整体温度升高，最终可能导致电池热失控；另一方面，极耳的发热要比其他部位更加明显，引起电池内部温度不均匀分布，也可能引起电池内部极片的不一致性，以上两点将导致电池倍率放电性能和循环性能持续恶化。
而且，大多用电设备对电压和容量都有要求，锂离子电池单体的电压在3.6V左右，出于安全考虑，单体电池的容量也会受到限制，因此必须对单体电池进行串联或并联组合形成电池组使用。电池组在大电流充放电时，要保证电池组内各单体电池温度的一致性和散热的及时性，才能使电池组安全、长久使用。传统的风冷或水冷能够较好地满足电池组外部的散热，却不能解决电池内部热量及时散出的问题和各单体电池温度一致性问题。
CN101088192A中提及一种高功率锂单体电池以及具有该锂单体电池的高功率锂电池组技术，该技术通过增加锂电池电极端子的宽度，以降低电极的生成热及电位降，进而有效地除去产生的热量。然而，在高倍率下(大于等于5C倍率)，电池在充放电过程中发热量较大，单纯通过加宽电极端子宽度较难达到散热效果；另一方面，在充放电过程中，正极端子发热明显高于负极端子，电池内存在一定温度梯度，温度分布不均匀，在用于电池组时，使得电池组内单体电池一致性变差。
发明内容
本发明的目的是提供一种高功率的电池单体，该电池单体具有良好的导热特性和散热特性，能够将电池在大电流充放电时产生的热量均匀分布并及时散出，保证了单体电池温度分布的均匀性及散热的及时性。
本发明提供了一种电池单体，所述电池单体包括连接板、电芯和密封结构，所述连接板与所述密封结构的一个外表面面接触，电芯主体置于所述密封结构内部，所述电芯由正极极片、隔膜和负极极片卷绕或层叠形成，并且在所述正极极片的一端形成有正极端子，在所述负极极片的一端形成有负极端子，所述负极端子或所述正极端子与所述连接板电连接。
本发明还提供了一种制造上述电池单体的方法，该方法包括：
(1)将正极极片、隔膜和负极极片进行卷绕或层叠，并在所述正极极片的一端形成有正极端子，在所述负极极片的一端形成有负极端子，从而制得电芯；
(2)将密封框与连接板的外表面面接触，使二者固定在一起；
(3)将所述电芯放置在所述密封框的内部，并使所述电芯的正极端子或负极端子与所述连接板电连接；
(4)将密封条贴在所述电芯的不与所述连接板电连接的电极端子上；
(5)将密封壳、密封条和密封框面接触，然后进行压合、注液、化成和二次密封。
本发明还提供了由上述方法制造的电池单体。
本发明还提供了一种电池组，该电池组包括多个本发明所述的电池单体。
根据本发明所述的电池单体，基于整面极耳设计，减小了极耳内阻，有益于大倍率充放电；实现电池单体在高倍率充放电时产生的热量及时散出，电池安全性能提升；电池单体在高倍率充放电时，电池温度分布更加均匀，电池寿命增加；在形成电池组后，在高倍率充放电时产生的热量能够及时散出并均匀分散，电池组安全性、寿命增加。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明所述的电池单体的结构示意图；
图2是本发明所述的电池单体的爆炸示图；
图3是本发明所述的电池组的结构示意图；
图4是实施例1按照本发明所述的方法制造的5Ah电池单体和对比例1制造的5Ah电池单体(即常规电池单体)在5C充电过程中的温度分布对比图，图中左侧是实施例1制造的电池单体，右侧是对比例1制造的电池单体；
图5是实施例1制造的电池单体在5C充电过程中表面温度分布图；
图6是对比例1制造的电池单体在5C充电过程中表面温度分布图；
图7是实施例1与对比例1制造的电池单体在5C充电过程中表面平均温度对比图；
图8是实施例1与对比例1制造的电池单体在5C充电过程中表面平均温差对比图。
附图标记说明
100 电池单体
101 连接板
1011 集流端
102 密封框
103 电芯
1031 负极端子
1032 正极端子
104 密封条
105 密封壳
200 负极跨接条
300 正极跨接条
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如图1和2所示，本发明提供的所述电池单体包括连接板101、电芯103和密封结构，所述连接板101与所述密封结构的一个外表面面接触，电芯主体置于所述密封结构内部，所述电芯103由正极极片、隔膜和负极极片卷绕或层叠形成，并且在所述正极极片的一端形成有正极端子1032，在所述负极极片的一端形成有负极端子1031，所述负极端子1031或所述正极端子1032与所述连接板101电连接。
在本发明所述的电池单体中，优选地，如图2所示，所述连接板101具有集流端1011。所述集流端1011的宽度与所述连接板101的宽度之比可以为0.1-1：1，优选为0.5-1：1。
在本发明所述的电池单体中，所述连接板101的厚度没有特别的限定，例如可以为0.03-1mm，优选为0.05-0.2mm。
在本发明所述的电池单体中，所述连接板101可以为具有较好的导热、导电性能的常规板材，例如，所述连接板101可以为金属板、石墨板等。在优选情况下，所述连接板101为金属板。所述连接板101的材质可以为铜、铝、镍、不锈钢、石墨板或有机板，优选为铜或铝。
在本发明所述的电池单体中，所述正极端子1032与所述正极极片可以为一体结构，也可以是通过电连接的方式连接在一起的。优选情况下，所述正极端子1032与所述正极极片为一体结构，也即所述正极端子1032从所述正极极片的一端延伸出。
在本发明所述的电池单体中，所述负极端子1031与所述负极极片可以为一体结构，也可以是通过电连接的方式连接在一起的。优选情况下，所述负极端子1031与所述负极极片为一体结构，也即所述负极端子1031从所述负极极片的一端延伸出。
在本发明所述的电池单体中，所述负极端子1031和所述正极端子1032可以位于所述电芯103的同侧或异侧。优选地，所述负极端子1031和所述正极端子1032位于所述电芯103的异侧。
在本发明所述的电池单体中，所述密封结构没有特别的限定，可以为本领域常规的密封结构。在优选情况下，如图2所示，所述密封结构由密封框102、密封条104和密封壳105配合形成，所述连接板101与所述密封框102的一个外表面面接触，电芯主体位于所述密封框102的内部，所述密封条104贴在所述电芯的不与所述连接板101电连接的电极端子上，所述密封壳105与所述密封条104和所述密封框102面接触。
在本发明所述的电池单体中，所述密封框102的材质可以为本领域的常规选择，例如可以为密封胶或热熔胶，优选为热熔胶。
在本发明所述的电池单体中，所述密封条104的材质可以为本领域的常规选择，例如可以为密封胶或热熔胶，优选为热熔胶。
在本发明所述的电池单体中，所述密封壳105的材质可以为本领域的常规选择，例如可以为铝塑膜。
在本发明所述的电池单体中，在所述电芯103中，所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片均为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
在一种优选实施方式中，如图1和2所示，所述电池单体100包括连接板101、密封框102、电芯103、密封条104和密封壳105，其中，电芯由正极极片、隔膜和负极极片卷绕或层叠形成，所述电芯含有电极端子，分别为正极端子1032和负极端子1031，所述正极端子1032从所述正极极片延伸出，所述负极端子1031从所述负极极片延伸出，连接板101与密封框102的外表面面接触且三边对齐，电芯主体置于密封框102内部，且电芯的负极端子1031或正极端子1032与连接板101电连接，密封条104贴在电芯103的不与连接板101电连接的电极端子上，且在靠近密封壳105一侧；密封壳105与密封条104和密封框102面接触，且密封壳105四边与密封框102四边对齐，从而配合形成密封结构。
本发明还提供了制造上述电池单体的方法，该方法包括：
(1)将正极极片、隔膜和负极极片进行卷绕或层叠，并在所述正极极片的一端形成有正极端子，在所述负极极片的一端形成有负极端子，从而制得电芯；
(2)将密封框与连接板的外表面面接触，使二者固定在一起；
(3)将所述电芯放置在所述密封框的内部，并使所述电芯的正极端子或负极端子与所述连接板电连接；
(4)将密封条贴在所述电芯的不与所述连接板电连接的电极端子上；
(5)将密封壳、密封条和密封框面接触，然后进行压合、注液、化成和二次密封。
在上述方法中，密封框、连接板、密封条和密封壳均与前文描述相同。
在步骤(1)中，将正极极片、隔膜和负极极片进行卷绕或层叠的方法可以采用本领域常规的方式实施。当进行层叠时，优选将正极极片、隔膜和负极极片以“之字式”层叠。所述正极端子和所述负极端子可以在同侧或异侧引出，优选在异侧引出。
在步骤(3)中，将所述电芯的正极端子或负极端子与所述连接板电连接的操作方式可以为本领域的常规选择，例如可以为超声焊接。优选地，通过超声焊接将所述正极端子与连接板电连接，而将密封条贴在所述负极端子上。
在步骤(5)中，优选地，使密封壳四边与密封框四边对齐，并使密封壳、密封条和密封框面接触，然后通过热封机将三边压合，其中一边留出开口，并通过该开口进行后续的注液操作。
本发明还提供了由上述方法制造的电池单体。
本发明还提供了一种电池组，如图3所示，该电池组包括多个(如2-100个)本发明所述的电池单体100。
在一种实施方式中，如图3所示，本发明所述的电池组还包括正极跨接条300和负极跨接条200。所述电池组内的电池单体100可以以串联、并联或串并混联连接。正极跨接条300、负极跨接条200与电池单体100的集流端的连接方式可以为激光焊接、超声焊接或螺栓焊接。
以下通过实施例对本发明作进一步详细阐述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
本实施例用于本发明所述的电池单体及其制造方法。
电池单体制作：
(1)将正极极片、隔膜、负极极片以“之字式”层叠方式进行层叠，形成5Ah电芯，其中集流端在同侧引出；
(2)将密封框简易固定在金属板上，确保金属板与密封框面接触且三边对齐；
(3)将制作好的电芯的正极端子通过超声焊接与金属板构成电连接；
(4)将密封条与电芯的负极端子贴合；
(5)将密封壳与密封条、密封框面接触，且密封壳四边与密封框四边对齐，通过热封机将其中三边压合，其中一边留出开口，然后进行注液、化成、二次密封和分容，从而制得本发明所述的电池单体。
对比例1
(1)将正极极片、隔膜、负极极片以“之字式”层叠方式进行层叠，形成5Ah电芯，其中集流端在同侧引出；
(2)将制作好的电芯用铝塑膜包装，露出正负极端子；
(3)将铝塑膜通过热封机将其中三边压合，其中一边留出开口，然后进行注液、化成、二次密封和分容，从而制得参比的电池单体。
测试例
按分容后5C的电流对单体电池进行充电过程中温升及温度分布进行测试。图4给出了实施例1制造的5Ah电池单体和对比例1制造的5Ah电池单体在5C充电过程中的温度分布对比图，图中左侧是实施例1制造的电池单体，右侧是对比例1制造的电池单体；图5是实施例1制造的电池单体在5C充电过程中表面温度分布图；图6是对比例1制造的电池单体在5C充电过程中表面温度分布图；图7给出了实施例1与对比例1制造的电池单体在5C充电过程中表面平均温度对比图；图8给出了实施例1与对比例1制造的电池单体在5C充电过程中表面平均温差对比图。
由图7可以看出，实施例1制造的电池单体的平均温升比对比例1制造的平均温升低约1℃，说明按照本发明可以降低电池在充电过程中温升，本发明所述的电池单体具有较好的散热性能。
由图8可以看出，实施例1制造的电池单体的表面温差远低于对比例1制造的电池单体的表面温差，说明按照本发明可以降低电池单体表明温差，本发明所述的电池单体具有较好的均热性能。

Claims (10)

1.一种电池单体，其特征在于，所述电池单体包括连接板(101)、电芯(103)和密封结构，所述连接板(101)与所述密封结构的一个外表面面接触，电芯主体置于所述密封结构内部，所述电芯(103)由正极极片、隔膜和负极极片卷绕或层叠形成，并且在所述正极极片的一端形成有正极端子(1032)，在所述负极极片的一端形成有负极端子(1031)，所述负极端子(1031)或所述正极端子(1032)与所述连接板(101)电连接。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述连接板(101)具有集流端(1011)，该集流端(1011)的宽度与所述连接板(101)的宽度之比为0.1-1：1，优选为0.5-1：1。
3.根据权利要求1或2所述的电池单体，其中，所述连接板(101)的厚度为0.03-1mm，优选为0.05-0.2mm。
4.根据权利要求1或2所述的电池单体，其中，所述连接板(101)为金属板，
优选地，所述连接板(101)的材质为铜、铝、镍、不锈钢、石墨板或有机板，优选为铜或铝。
5.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述负极端子(1031)和所述正极端子(1032)位于所述电芯(103)的同侧或异侧。
6.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述密封结构由密封框(102)、密封条(104)和密封壳(105)配合形成，所述连接板(101)与所述密封框(102)的一个外表面面接触，电芯主体位于所述密封框(102)的内部，所述密封条(104)贴在所述电芯的不与所述连接板(101)电连接的电极端子上，所述密封壳(105)与所述密封条(104)和所述密封框(102)面接触。
7.根据权利要求6所述的电池单体，其中，所述密封框(102)和所述密封条(104)的材质各自为密封胶或热熔胶；
所述密封壳(105)的材质为铝塑膜。
8.一种制造权利要求1-7中任意一项所述的电池单体的方法，该方法包括：
(1)将正极极片、隔膜和负极极片进行卷绕或层叠，并在所述正极极片的一端形成有正极端子，在所述负极极片的一端形成有负极端子，从而制得电芯；
(2)将密封框与连接板的外表面面接触，使二者固定在一起；
(3)将所述电芯放置在所述密封框的内部，并使所述电芯的正极端子或负极端子与所述连接板电连接；
(4)将密封条贴在所述电芯的不与所述连接板电连接的电极端子上；
(5)将密封壳、密封条和密封框面接触，然后进行压合、注液、化成和二次密封。
9.由权利要求8所述的方法制造的电池单体。
10.一种电池组，该电池组包括多个权利要求1-7和9中任意一项所述的电池单体。
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