CN109921138A - 一种锂离子动力电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子动力电池，包括电芯、金属壳体、电解液和固定连接在所述金属壳体上的顶盖；电芯包括正极片、负极片和隔膜；正极片和负极片上分别设有正极极耳和负极极耳；顶盖上设有正极极柱和负极极柱；负极片包括负极集流体和负极活性材料层；正极片包括正极集流体和正极活性材料层，其特征在于正极片和负极片均设置有导热集热体，导热集热体为正极集流体及负极集流体的正面局部或/和反面局部未涂覆活性材料层的集流体，正极极柱和负极极柱均设置于顶盖一侧。本发明能有效解决电池温度过高或过低等问题，达到控温和提高电池寿命等效果。

Description

一种锂离子动力电池

(一)技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种锂离子动力电池。

(二)背景技术

交通对能源危机和环境污染带来双重压力，迫切需要大力开发和研究高效、清洁、安全的新能源汽车来实现节能减排。锂离子电池由于具有比能量高、无污染、无记忆效应等优点成为新能源汽车动力系统的最佳候选。但锂离子电池对温度非常敏感，在合适的温度范围内电池组才能高效率放电并保持良好的性能。高温会使锂离子电池老化速度变快、热阻增加变快、循环次数变少、使用寿命变短，甚至引发电池热失控等问题；低温会使得电解液的电导率降低，传导活性离子的能力下降，阻抗增加，容量下降。

现有技术或是通过改变电芯的安放位置，以达到改善流体流道，增加散热的目的；或是通过对电池壳体的改进，如将壳体材料由铝合金更换为由热电材料和铝材料复合制备，将壳体侧面增设多处散热凸沿；或是将电极片延长伸入到电解液中，通过电解液将能量传输至电池外壳，再由电池外壳传输到电池外部等。现有技术虽然可以起到一定的散热作用，但是热量仍旧不能从主要发热部位极片直接导出到电池外部，导热散热效果较差。因此，研究一种新型锂离子动力电池已为急需。

(三)发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种锂离子动力电池，它能有效解决电池温度过高或过低等问题，达到控温和提高电池寿命等效果。

本发明的技术方案为：

锂离子动力电池，包括电芯、用于容纳所述电芯的金属壳体、注入到所述金属壳体内的电解液和固定连接在所述金属壳体上的顶盖；所述电芯包括正极片、负极片和间隔于所述正极片和负极片之间的隔膜，按顺序依次叠片或卷绕制成电芯；所述正极片设有正极极耳；所述负极片设有负极极耳；所述顶盖上设有与所述正极极耳电连接的正极极柱、与所述负极极耳电连接的负极极柱；所述的负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料层；正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料层，其特征在于正极片和负极片均设置有导热集热体，所述导热集热体为正极集流体及负极集流体的正面局部或/和反面局部未涂覆活性材料层的集流体，所述正极极柱和负极极柱分别设置于顶盖的相对侧面。这样，导热集热体分别与正极片和负极片一体成型，既简化了工序，提高了生产效率，又使得通过对导热集热体加热或冷却，即可实现电池内部温度升高或降低，始终维持电池在合适的工作温度，提高电池工作效率，延长电池寿命，消除安全隐患。另外，正极极柱和负极极柱分别设置于顶盖的相对侧面，正极极柱和负极极柱距离相对较远，有利于避免正极极柱和负极极柱相互干扰，提高组装效率。

至少两片以上导热集热体上下在同一区域叠成导热集热的热汇流道，构成电芯热能进出的热汇流道。这样，导热集热体叠合形成热汇流道，既有利于电池的加热或冷却，也有利于维持各极片上的温度均衡，利于提高电池工作效率。

至少两片以上导热集热体上下间隔在同一区域叠成夹芯导热集热的热汇流道，构成电芯热能进出的热汇流道。这样，导热集热体叠合形成热汇流道，既有利于电池的加热或冷却，也有利于维持各极片上的温度均衡，利于提高电池工作效率。

所述热汇流道是导热集热体通过焊接固定形成。这样，通过焊接的方式将导热集热体叠合固定形成热汇流道，不仅结合牢固，而且有利于降低电池质量，提高电池能量密度。

所述焊接为超声波焊、激光焊或摩擦焊。

所述热汇流道是导热集热体通过栓接或铆接固定形成。这样，通过栓接或铆接的方式叠合固定导热集热体形成热汇流道，不会对隔膜等造成损害。

所述热汇流道为多层所述导热集热体折弯固定成一体。这样，导热集热体上的热量将更有利于集中于热汇流道，有利于冷却或加热。

所述导热集热体折弯与正极片和负极片的夹角分别为0-90°。这样，导热集热体上的热量将更有利于集中于热汇流道，有利于冷却或加热。

所述热汇流道为多层所述导热集热体单向折弯固定成一体。这样，热汇流道既安装比较方便，又有利于冷却或加热。

所述热汇流道为多层所述导热集热体正、反向折弯固定成一体。这样，导热集热体间接触好，热汇流道有利于冷却或加热。

所述热汇流道为部分多层折弯的所述导热集热体与平直的所述导热集热体固定成一体。这样，导热集热体之间接触好，热汇流道有利于冷却。

部分多层折弯的所述导热集热体为单向折弯。这样，工序比较简单。

部分多层折弯的所述导热集热体为正、反向折弯。这样，导热集热体间接触好，热汇流道有利于冷却或加热。

所述导热集热体的部分或全部穿孔或3D穿孔或3D凹凸。这样，导热集热体的表面积增大，更有利于冷却或加热。

所述导热集热体之间夹有穿孔、网状、3D穿孔、3D凹凸的导热集热部件。这样，导热集热体的表面积增大，更有利于冷却或加热。

所述导热集热体之间夹有折弯的穿孔、网状、3D穿孔、3D凹凸的自身导热集热体。这样，导热集热体的冷却或加热效果好。

所述热汇流道设置有热连接件。这样，通过热连接件可实现热量导入或导出热汇流道，从而控制电池的温度在合适的范围之内。

所述热连接件为散热片。这样，热汇流道上的热量可迅速通过散热件从电池中导出，降低电池温度。

所述热连接件为金属片。这样，热汇流道上的热量可迅速通过金属片从电池中导出，降低电池温度。

所述金属片为多金属片。这样，热汇流道上的热量可迅速通过多金属片从电池中导出，降低电池温度。

所述金属片与导热集热体材质相同。这样，有利于导热集热体与金属片之间连接，并有利于导热。

所述导热集热体之间或表面设置有翅片。这样，导热集热体上的热量可通过翅片快速的导出，进而降低电池的温度。

所述导热集热体上设置有热沉。这样，有利于维持导热集热体上温度均衡，保持电池温度在合适的范围内。

所述热汇流道设置有热交换部件。这样，通过热交换部件，可将热量从热汇流道上导出或导入，维持电池温度在合适的范围内。

所述热汇流道与所述热交换部件焊接成一体。这样，热汇流道和热交换部件间结合牢固，并且不需增加其它部件，有利于提高电池能量密度。

所述热汇流道与所述热交换部件栓接、胶结或铆接成一体。这样，热汇流道与热交换部件间结合牢固，并且不会对隔膜等造成损害。

所述导热集热体表面有绝缘层、绝缘导热层或绝缘膜。这样，可以避免导热集热体处发生短路，消除安全隐患。

所述热汇流道表面有绝缘层或绝缘膜。这样，可以避免热汇流道处发生短路，消除安全隐患。

所述导热集热体分别凸出于正极片和负极片。这样，有利于导热集热体之间叠合，有利于热量的导入或/和导出。

凸出的所述导热集热体伸入电池外壳内的电解液中。这样，导热集热体的热量可导入电解液中，热量经电解液迅速传至电池表面，避免因隔膜传热性能不佳，而导致热量在电池内部集聚，引发危险；同时电解液中的热量也可通过导热集热体而迅速的导入极片，避免电池温度过低。

所述电解液中有加热或冷却电解液用热交换器。这样，通过热交换装置对电解液进行加热或冷却，电解液再对导热集热体进行加热或冷却，而使电池温度维持在合适的范围内。

所述导热集热体分别凹陷于正极片和负极片。这样，有利于减小电池重量，提高电池能量密度。

所述导热集热体分别与正极片和负极片相连部位同宽。这样，在不增加电池重量的情况下，导热集热体和极片连接部位接触面积最大，导热效果最好。

所述露面集流体分别平行于正极活性材料层和负极活性材料层。这样，生产工艺方便，生产效率高。

所述露面集流体为全集流体。这样，导热效果好。

所述露面集流体分别为同侧覆盖正极活性材料层中部和同侧覆盖负极活性材料层中部。

所述热汇流道上设置有温度传感器。这样，可准确监控热汇流道上的温度，达到控制热汇流道温度的目的。

所述热交换部件上设置有温度传感器。这样，可准确监控热交换部件上的温度。

所述温度传感器为薄膜温度传感器。这样，既可以准确监控温度，又具有重量小等特点，可提高电池的能量密度。

所述叠片为复合叠片或袋装或细片叠片。

所述正极活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂或三元材料。

所述负极活性材料为碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料或合金类负极材料。

(四)附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1中的电芯结构示意图；

图3是图1中电芯的剖面结构示意图；

图4是电芯的剖面结构示意图；

图5是本发明实施例5的结构示意图；

图6是本发明实施例6的结构示意图；

图7是本发明实施例7的结构示意图；

图8是本发明实施例8的结构示意图；

图9是本发明实施例9的结构示意图；

图10是本发明实施例10的结构示意图

图11是本发明实施例11的结构示意图；

图12是本发明实施例12的结构示意图；

图13是本发明实施例13的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的技术方案为：锂离子动力电池，包括电芯、用于容纳所述电芯的金属壳体、注入到所述金属壳体内的电解液和固定连接在所述金属壳体上的顶盖；所述电芯包括正极片、负极片和间隔于所述正极片和负极片之间的隔膜，按顺序依次叠片或卷绕制成电芯；所述正极片设有正极极耳；所述负极片设有负极极耳；所述顶盖上设有与所述正极极耳电连接的正极极柱、与所述负极极耳电连接的负极极柱；所述的负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料层；正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料层，其特征在于正极片和负极片均设置有导热集热体，所述导热集热体为正极集流体及负极集流体的正面局部或/和反面局部未涂覆活性材料层的集流体，所述正极极柱和负极极柱分别设置于顶盖的相对侧面。

各附图中，1为正极极耳，2为负极极耳，3为正极端子，4为负极端子，5为导热集热体，6为流体流道部件，7为电芯，8为热交换装置，9为金属壳体，10顶盖，11为热汇流道。

如图1中，正负极耳设置在同一端，正负极片上均设置有导热集热体5，且设置在极耳的相对端，即金属壳体9的底端，正极极耳1与顶盖10上设置的正极端子3通过电连接连接，负极极耳1与顶盖10上设置的负极端子4通过电连接连接。图2为图1中电芯的结构示意图，图3为图2的剖面示意图，图2、图3中导热集热体5与集流体连接成整体。图4中多个导热集热体5连接在一起，形成导热集热的热汇流道11。

如图5所示，正负极耳设置在同一端，导热集热体5设置在正负极片之间，多个导热集热体5叠合成热汇流道11，流体流道部件6设置在热汇流道11上，流体流道部件6从负极端子4的中间进入，从正极端子3一端出来，在正极端子3与负极端子4的中间预留有流体流道部件6的进出管孔，另一方案流体流道部件6还可以从正极端子3进入，从负极端子4出来，在电池壳体9外面有热交换装置8与流体流道部件6构成一个完整的能量循环。

如图6所示，正负极耳设置在同一端，导热集热体5设置在正负极片之间，多个导热集热体5叠合成热汇流道11，流体流道部件6设置在热汇流道11上，流体流道部件6从顶盖10端面的一侧进入，从顶盖10端面的一侧出来，在电池壳体外面有热交换装置8与流体流道部件6构成一个完整的能量循环。

如图7所示，正负极耳设置在同一端，导热集热体5设置在正负极片之间，可以设置在正极片上，也可以设置在负极片上，多个导热集热体5叠合成热汇流道11，流体流道部件6设置在热汇流道11上，流体流道部件6从顶盖10端面预留的端口进出，其进口和出口均设置在该端口，在电池壳体外面有热交换装置8与流体流道部件6构成一个完整的能量循环。

如图8所示，正负极耳设置在同一端，导热集热体5设置在正负极耳的相对端，可以设置在正极片上，也可以设置在负极片上，多个导热集热体5叠合成热汇流道11，流体流道部件6设置在热汇流道11上，流体流道部件6从金属壳体9的底面一侧进入，从金属壳体9底面的另一侧出来，在电池壳体外面有热交换装置8与流体流道部件6构成一个完整的能量循环。

如图9所示，正负极耳设置在同一端，导热集热体5设置在正负极耳的相对端，可以设置在正极片上，也可以设置在负极片上，多个导热集热体5叠合成热汇流道11，流体流道部件6设置在热汇流道11上，流体流道部件6从金属壳体9的底面预留的端口进出，其进口和出口均设置在该端口，在电池壳体外面有热交换装置8与流体流道部件6构成一个完整的能量循环。

如图10所示，正负极耳设置在同一端，导热集热体5设置在正负极片之间，导热集热体5与负极片连接成整体，多个导热集热体5叠合成热汇流道11，流体流道部件6设置在热汇流道11上，流体流道部件6从负极端子4的中间预留的管孔中进来，在正极端子与负极端子的中间预留有流体流道部件6的进出管孔；(另一方案中导热集热体5与正极片连接成整体，案流体流道部件6从正极端子3预留流体流道部件6的进出管孔进出)，在电池壳体外面有热交换装置8与流体流道部件6构成一个完整的能量循环。

如图11所示，正负极耳设置在同一端，导热集热体5设置在电芯7的侧边，多个导热集热体5叠合成热汇流道11，流体流道部件6设置在热汇流道11上，流体流道部件6从金属壳体9的侧面预留的端口进出，在电池壳体外面有热交换装置8与流体流道部件6构成一个完整的能量循环。

如图12所示，正负极耳设置在同一端，导热集热体5设置在电芯7的侧边，并且内凹与极片，多个导热集热体5叠合成热汇流道11，流体流道部件6设置在热汇流道11上，流体流道部件6从金属壳体9的侧面预留的端口进出，在电池壳体外面有热交换装置8与流体流道部件6构成一个完整的能量循环。

如图13所示，正负极耳设置在同一端，导热集热体5设置在电芯7的侧边，多个导热集热体5叠合成热汇流道11，流体流道部件6设置在热汇流道11上，流体流道部件6的入口设置在金属壳体9的侧面，流体流道部件6的出口设置在金属壳体9的同侧面的不同位置，在电池壳体外面有热交换装置8与流体流道部件6构成一个完整的能量循环。

上述内容为本发明的具体实施例的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

同时本发明上述实施例仅为说明本发明技术方案之用，仅为本发明技术方案的列举，并不用于限制本发明的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本发明权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本发明权利要求书及说明书所公开的范围。

Claims (8)

1.锂离子动力电池，包括电芯、用于容纳所述电芯的金属壳体、注入到所述金属壳体内的电解液和固定连接在所述金属壳体上的顶盖；所述电芯包括正极片、负极片和间隔于所述正极片和负极片之间的隔膜，按顺序依次叠片或卷绕制成电芯；所述正极片设有正极极耳；所述负极片设有负极极耳；所述顶盖上设有与所述正极极耳电连接的正极极柱、与所述负极极耳电连接的负极极柱；所述的负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料层；正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料层，其特征在于正极片和负极片均设置有导热集热体，所述导热集热体为正极集流体及负极集流体的正面局部或/和反面局部未涂覆活性材料层的集流体，所述正极极柱和负极极柱分别设置于顶盖两端的相对侧面。

2.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于至少两片以上导热集热体上下在同一区域叠成导热集热的热汇流道，构成电芯热能进出的热汇流道；或者至少两片以上导热集热体上下间隔在同一区域叠成夹芯导热集热的热汇流道，构成电芯热能进出的热汇流道。

3.如权利要求2所述的锂离子动力电池，其特征在于所述热汇流道是导热集热体通过焊接固定形成；或者所述热汇流道是导热集热体通过栓接或铆接固定形成；或者所述热汇流道为多层所述导热集热体折弯固定成一体；或者所述热汇流道为部分多层折弯的所述导热集热体与平直的所述导热集热体固定成一体；或者热汇流道设置有热交换部件；或者所述热汇流道表面有绝缘层或绝缘膜；或者所述热汇流道上设置有温度传感器。

4.如权利要求3所述的锂离子动力电池，其特征在于所述焊接为超声波焊、激光焊或摩擦焊；或者所述导热集热体折弯与正极片和负极片的夹角分别为0-90°；或者所述热汇流道为多层所述导热集热体单向折弯固定成一体；或者所述热汇流道为多层所述导热集热体正、反向折弯固定成一体；或者部分多层折弯的所述导热集热体为单向折弯；或者部分多层折弯的所述导热集热体为正、反向折弯；或者所述热汇流道与所述热交换部件焊接成一体；或者所述热汇流道与所述热交换部件栓接、胶结或铆接成一体；或者所述热交换部件上设置有温度传感器；或者所述温度传感器为薄膜温度传感器。

5.如权利要求4所述的锂离子动力电池，其特征在于所述温度传感器为薄膜温度传感器。

6.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于导热集热体的部分或全部穿孔或3D穿孔或3D凹凸；或者导热集热体之间夹有穿孔、网状、3D穿孔、3D凹凸的导热集热部件；或者导热集热体之间夹有折弯的穿孔、网状、3D穿孔、3D凹凸的自身导热集热体；或者热汇流道设置有热连接件；或者导热集热体表面有绝缘层、绝缘导热层或绝缘膜；或者导热集热体上设置有热沉；或者导热集热体之间或表面设置有翅片；或者导热集热体分别凸出于正极片和负极片；或者导热集热体分别凹陷于正极片和负极片；或者导热集热体分别与正极片和负极片相连部位同宽；或者露面集流体分别平行于正极活性材料层和负极活性材料层；或者露面集流体为全集流体；或者露面集流体分别为同侧覆盖正极活性材料层中部和负极活性材料层中部；或者所述叠片为复合叠片或袋装或细片叠片；或者所述正极活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂或三元材料；或者所述负极活性材料为碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料或合金类负极材料。

7.如权利要求6所述的锂离子动力电池，其特征在于所述热连接件为散热片；或者所述热连接件为金属片；或者凸出的所述导热集热体伸入电池外壳内的电解液中。

8.如权利要求7所述的锂离子动力电池，其特征在于所述金属片为多金属片；或者所述金属片与导热集热体材质相同；或者所述电解液中有加热或冷却电解液用热交换器。