CN109148940A - 一种高能量密度锂电池 - Google Patents

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Abstract

一种高能量密度锂电池，电池外壳为绝缘耐腐壳体，所述绝缘耐腐壳体与正极盖板或负极盖板之间设有连接层，二者之间通过焊接或粘接密封地连接成一体。本发明创造性用绝缘耐腐壳体取代了金属导电壳体，锂电池的正负极输出处的绝缘、密封和固定连接方式产生了革命性简化效果，省去现有技术中的导电圈、正极连接圈、连接圈托架、特定异形绝缘密封件和绝缘隔离垫，使得锂电池的卷芯高度尺寸增加10％～20％，在现有锂电池的外形尺寸不变的条件下，锂电池的能量密度得到了大幅度提高。同时，简化了锂电池的生产工艺，降低了生产成本，电池的密封、绝缘、防腐性能更可靠。

Description

一种高能量密度锂电池
技术领域：
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种圆柱型锂离子电池。
背景技术：
锂电池相对于普通铅酸电池的能量密度高、循环寿命长、自放电率低，无记忆效应，在工业生产、日常生活中得到了日益广泛应用，例如：18650电芯、21700电芯，但是现有锂电池的盖帽大多采用铆合工艺及塑料密封结构，盖帽处空间被大大浪费，因此，现有金属外壳类锂电池的能量密度的提升空间极小，除非改用不同的卷芯材料和电解液。
在卷芯材料和电解液不变的条件下，增加容纳卷芯实体的空间是提升电池容量最直接的有效方案。
随着各种电子产品的快速发展，人们不仅对锂离子电池的需求量快速增长，而且对锂电池的容量提出更高的要求，人们迫切希望现有的锂电池的容量能有较大幅度提升。目前，产业化的圆柱形及方形锂离子电池均采用碳素钢或铝合金作为电池壳体，金属壳体与正极金属盖板或负极金属盖板之间采用焊接或者铆接的方式进行固定密封连接，为保证正负极之间的绝缘，正极盖板与金属壳体之间必须采用复杂的密封绝缘结构才能实现，根据现有技术，正极金属盖板、负极金属盖板与金属壳体之间的密封绝缘结构高度为4～5毫米，如图1所示，由于金属壳体与负极盖板相连，因此，正极盖板6与金属电池壳体5之间必须设置密封绝缘结构，正极盖板6在轴向依次通过导电圈61、正极连接圈62、连接圈托架63与正极耳3相连接，导电圈61、正极连接圈62、连接圈托架63在径向方向均撑持在特定异形绝缘密封件8的内圈中，为了防止卷芯1中负极片与正极组件之间接触短路，在异形绝缘密封件8与卷芯1的上端之间设有绝缘隔离垫9。这种结构直接缩小电池壳体5内容纳卷芯1的空间尺寸，造成电池的能量密度难以增加，同时金属电池壳体5与正极盖板6之间的传统密封结构都是采用塑料聚合物作为绝缘密封材料，这种结构不仅存在电解液泄漏，可靠性低，绝缘性能差的缺陷，而且塑料聚合物会随着时间推移很容易产生材料老化。为了保证电池壳体5的外部绝缘，还需在电池壳体5上热缩上塑料绝缘套管，为了保证金属电池壳体5与卷芯1之间的绝缘，需在卷芯1外部加贴绝缘胶纸，有的制造商还在金属壳体内部进行绝缘涂层处理，这些绝缘措施不仅造成电池生产成本的增加，而且缩小了卷芯1的径向尺寸，都不利于锂电池能量密度的增加。
发明内容：
为了进一步提高现有锂电池的容量密度，本发明的目的是提供一种高能量密度锂电池。
本发明采用的技术方案如下：
一种高能量密度锂电池，包括卷芯，芯轴，正极耳、负极耳、电池壳体、正极盖板和负极盖板，卷芯由正极片、隔膜、负极片和隔膜依次层叠后卷绕成中空筒状体，并套装在芯轴上，正极耳与正极片相连接，负极耳与负极片相连接，在电池壳体、正极盖板、负极盖板与卷芯之间注满电解液，其特征在于：所述电池壳体为绝缘耐腐壳体，所述绝缘耐腐壳体与正极盖板或负极盖板之间设有连接层，二者之间通过焊接或粘接密封地连接成一体。
进一步，所述绝缘耐腐电池壳体的材质为陶瓷、玻璃或工程塑料。
更进一步，所述绝缘耐腐壳体的材质为陶瓷。
进一步，所述绝缘耐腐壳体为管状结构，在管体二端的端口端面、外圆侧面或内圆侧面上至少有一处设有电池盖板连接结构。
更进一步，所述电池盖板连接结构为金属涂层。
进一步，所述绝缘耐腐壳体包括管体和轴肩卷，轴肩卷设置在管体的任一端，并与管体连为一体，在管体的端口端面、外圆侧面或内圆侧面上至少有一处设有金属涂层，在轴肩卷的电极盖板连接面处设有金属涂层。
在上述方案中，在管体上端设有连体轴肩卷，在轴肩卷的上端面设有金属涂层。
在上述方案中，在管体下端设有连体轴肩卷，在轴肩卷的下端面设有金属涂层。
进一步，负极盖板的结构与正极盖板相同，其材质均为整体导电体。
由于本发明创造性采用绝缘耐腐壳体取代了金属导电壳体，且在绝缘耐腐壳体与正极盖板或负极盖板之间设有连接层，二者之间通过焊接或粘接密封地连接成一体。这样锂电池的正负极输出处的绝缘、密封和固定连接方式产生了革命性简化效果，省去现有技术中的导电圈、正极连接圈、连接圈托架、特定异形绝缘密封件和绝缘隔离垫，使得锂电池的卷芯高度尺寸增加10％～20％，在现有锂电池的外形尺寸不变的条件下，锂电池的能量密度得到了大幅度提高。同时，简化了锂电池的生产工艺，降低了生产成本，电池的密封、绝缘、防腐性能更可靠。
众所周知，绝缘耐腐壳体若采用陶瓷材料，陶瓷材料的密度比不锈钢更低，不锈钢的热胀系数是陶瓷的2.5倍，陶瓷的维氏硬度是不锈钢的5倍，是铝合金的20倍，因此具有极高的常温断裂韧性及常温抗弯强度，耐刮，耐腐蚀性能优越，更为关键的是，陶瓷材料具有极高的介电常数，是优秀的绝缘材料。使用陶瓷材料作为电池壳体，电池盖板就无需采用复杂的绝缘、密封连接结构，可以大幅度降低电极盖板的连接高度尺寸，从而提升电池能量密度，还可提高壳体的绝缘性能，省去壳体外部绝缘套膜及卷芯外部贴绝缘胶纸的必要性。若电极盖板采用整体板式结构，内部卷芯中的正、负电极耳可在对应电极盖板的任意部位进行焊接，使制造工艺变得简单。
附图说明：
图1为现有柱状锂电池的正极盖板处的结构示意图；
图2为发明的一种结构示意图；
图3为电池壳体的一种结构示意图；
图4为正极盖板与电池壳体的一种连接结构示意图；
图5、图6为正极盖板二种结构示意图；
图7为本发明的另一种结构示意图；
图8为电池壳体的另一种结构示意图；
图中：1-卷芯；2-芯轴；3-正极耳；4-负极耳；5-电池壳体；6-正极盖板；7-负极盖板；8-异形绝缘密封件；9-绝缘隔离垫；11-正极片；12隔膜；13-负极片；51-金属涂层；52-管体；53-端口端面；54-外圆侧面；55-内圆侧面；56-轴肩卷；61-导电圈；62-正极连接圈；63-连接圈托架；64-上盖板；65-外轴肩；66-下端凹坑；67-内轴肩；68-圆环槽。
具体实施方式：
下面结合附图2-图8举例说明本发明的具体实施方式：
实施例1：
一种高能量密度锂电池，包括卷芯1，芯轴2，正极耳3、负极耳4、电池壳体5、正极盖板6和负极盖板7，卷芯1由正极片11、隔膜12、负极片13和隔膜12依次层叠后卷绕成中空筒状体，并套装在芯轴2上，正极耳3与正极片11相连接，负极耳4与负极片13相连接，在电池壳体5、正极盖板6、负极盖板7与卷芯1之间注满电解液，所述电池壳体5为管状陶瓷壳体，在管体52的上下端口端面53上均设有金属涂层51，正极盖板6和负极盖板7为整体片状导电体，正极盖板6与陶瓷壳体上端面的金属涂层51密封焊接连接，负极盖板7与陶瓷壳体下端面的金属涂层51密封焊接连接。
实施例2：
与实施例1不同之处在于正极盖板6与电池壳体5的连接结构，在本例中，在管体52的上端口端面53、外圆侧面54上均设有金属涂层51，正极盖板6为金属杯盖体，正极盖板6由上盖板64、外轴肩65和下端凹坑66组成，下端凹坑66的直径与电池壳体5外径相配合，正极盖板6通过下端凹坑66与管状陶瓷壳体上的金属涂层51密封焊接连接，负极盖板7与管状陶瓷壳体的连接方式与实施例1相同。
实施例3：
与实施例1不同之处在于正极盖板6与电池壳体5的连接结构，在本例中，在管体52的上端口端面53和内圆侧面55上均设有金属涂层51，正极盖板6为金属瓶塞结构，正极盖板6由上盖板64、内轴肩67组成，内轴肩67的直径与电池壳体5的内径相配合，内轴肩67与管状陶瓷壳体上的金属涂层51密封焊接连接，负极盖板7与管状陶瓷壳体的连接方式与实施例1相同。
实施例4：
与实施例1不同之处在于正极盖板6与电池壳体5的连接结构，在本例中，在管体52的上端口端面53、外圆侧面54和内圆侧面55上均设有金属涂层51，在正极盖板6的背面设有圆环槽68，圆环槽68与管体52的上端面相配合，正极盖板6通过圆环槽68与管状陶瓷壳体上端口处设置的三面金属涂层51密封焊接连接，负极盖板7与管状陶瓷壳体的连接方式与实施例1相同。
实施例5：
一种高能量密度锂电池，与实施例1不同之处在于电池壳体5的结构，所述电池壳体5为陶瓷壳体，它包括管体52和轴肩卷56，轴肩卷56设置在管体52的上端，并与管体52连为一体，在管体52的端口端面53、外圆侧面54或内圆侧面55上至少有一处设有金属涂层51，在轴肩卷56的电极盖板连接面处设有金属涂层51。
本发明的实施方式很多，在此不逐一罗列，只要电池壳体采用绝缘耐腐刚性材料制成的所有技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高能量密度锂电池，包括卷芯(1)，芯轴(2)，正极耳(3)、负极耳(4)、电池壳体(5)、正极盖板(6)和负极盖板(7)，卷芯(1)由正极片、隔膜、负极片和隔膜依次层叠后卷绕成中空筒状体，并套装在芯轴(2)上，正极耳(3)与正极片相连接，负极耳(4)与负极片相连接，在电池壳体(5)、正极盖板(6)、负极盖板(7)与卷芯(1)之间注满电解液，其特征在于：所述电池壳体(5)为绝缘耐腐壳体，所述绝缘耐腐壳体与正极盖板或负极盖板之间设有连接层，二者之间通过焊接或粘接密封地连接成一体。
2.根据权利要求1所述高能量密度锂电池，其特征是：所述绝缘耐腐电池壳体(5)的材质为陶瓷、玻璃或工程塑料。
3.根据权利要求2所述高能量密度锂电池，其特征是：所述绝缘耐腐壳体的材质为陶瓷。
4.根据权利要求1所述高能量密度锂电池，其特征是：所述绝缘耐腐壳体为管状结构，在管体(52)二端的端口端面(53)、外圆侧面(54)或内圆侧面(55)上至少有一处设有电池盖板连接结构。
5.根据权利要求4所述高能量密度锂电池，其特征是：所述盖板连接结构为金属涂层(51)。
6.根据权利要求1所述高能量密度锂电池，其特征是：所述绝缘耐腐壳体包括管体(52)和轴肩卷(56)，轴肩卷(56)设置在管体(52)的任一端，并与管体(52)连为一体，在管体(52)的端口端面(53)、外圆侧面(54)或内圆侧面(55)上至少有一处设有金属涂层(51)，在轴肩卷(56)的电极盖板连接面处设有金属涂层(51)。
7.根据权利要求6所述高能量密度锂电池，其特征是：在管体(52)上端设有连体轴肩卷(56)，在轴肩卷(56)的上端面设有金属涂层(51)。
8.根据权利要求6所述高能量密度锂电池，其特征是：在管体(52)下端设有连体轴肩卷(56)，在轴肩卷(56)的下端面设有金属涂层(51)。
9.根据权利要求1所述高能量密度锂电池，其特征是：负极盖板(7)的结构与正极盖板(6)相同，材质均为整体导电体。
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