CN111403672B

CN111403672B - 一种锂离子电池

Info

Publication number: CN111403672B
Application number: CN202010206212.0A
Authority: CN
Inventors: 周鹏程; 陈健; 陆守强
Original assignee: Guangdong Shunde Industrial Design Institute
Current assignee: Guangdong Shunde Industrial Design Institute
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2040-03-20
Also published as: CN111403672A

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池，包括壳体、位于壳体内腔的电芯、位于壳体两端的正极部件、负极部件；电芯的一端设有正极整形极耳、正集流板，正极整形极耳与正集流板的一端焊接为一体；电芯的另一端设有负极整形极耳、负集流板，负极整形极耳与负集流板的一端焊接为一体；正极部件包括正极端子、将壳体一端口密封的正极盖板，正集流板的另一端通过导线与正极端子的一端连接，正极端子的另一端与正极盖板的连接；负极部件包括负极端子、将壳体一端口密封的负极盖板，负集流板的另一端通过导线与负极端子的一端连接，负极端子的另一端与负极盖板的连接；本发明能够解决现有大容量单体电池的大电流的过流问题，从而提高电池的使用寿命。

Description

一种锂离子电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池。

背景技术

近年来，我国储能呈现多元发展的良好态势，抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、超级电容器、铅蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等储能技术得到快速发展。

现有技术中，锂离子电池容量大多介于30Ah–90Ah之间，对于动辄数百MWh甚至GWh级别的储能电站而言，所需的电池单体数量超过百万只，例如国内最大的单体商用锂电储能项目：协鑫智慧能源10MWh分布式储能系统主要由15万只20Ah的锂离子电池串并联组成，管理如此庞大数量的电池十分困难。此外，过多的数量也会增加电芯成组时的零部件成本。因此，开发大容量的单体电池对于储能系统的发展意义重大。

然而，单体容量过大也会带来很多问题，例如电芯极化增大，循环寿命下降，充放电产热严重，散热问题难以解决，电芯结构无法承载大电流，一致性无法保证等。

发明内容

本发明实施例提供了一种锂离子电池，能够解决现有大容量单体电池的大电流的过流问题，从而提高电池的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种锂离子电池，包括：壳体、电芯、正极部件、负极部件，所述电芯位于所述壳体内腔中，所述正极部件和所述负极部件位于所述壳体两端；

所述电芯的一端设有正极极片，所述正极极片包括正极整形极耳、正集流板，所述正极整形极耳与所述正集流板的一端焊接为一体；所述电芯的另一端设有负极极片；所述负极极片包括负极整形极耳、负集流板，所述负极整形极耳与所述负集流板的一端焊接为一体；

所述正极部件包括正极端子、将壳体一端口密封的正极盖板，所述正集流板的另一端通过导线与所述正极端子的一端连接，所述正极端子的另一端与所述正极盖板的一端连接；

所述负极部件包括负极端子、将壳体一端口密封的负极盖板，所述负集流板的另一端通过导线与所述负极端子的一端连接，所述负极端子的另一端与所述负极盖板的一端连接。

作为优选方案，所述正极整形极耳与所述正集流板的一端之间设有径向限位圈；

所述径向限位圈为圆环或半圆环结构，且所述径向限位圈外边缘上设有第一凹槽。

作为优选方案，所述正极端子的一端与所述正集流板的另一端之间依次设有橡胶密封圈、轴向限位圈；

所述橡胶密封圈为带有第一方形凹槽的第一圆柱体结构；其中，所述第一方形凹槽的中心与第一圆柱体的中心位于同一垂直方向上，且所述第一方形凹槽贯穿于所述第一圆柱体；

所述轴向限位圈包括第一圆环体和第二圆环体，所述第一圆环体的一端与所述橡胶密封圈连接，所述第一圆环体的另一端上设置所述第二圆环体，且所述第一圆环体外壁直径大于所述第二圆环体的外壁直径，所述第一圆环体内壁直径小于或等于所述第二圆环体外壁直径；所述第一圆环体与所述第二圆环体焊接为一体。

作为优选方案，所述正集流板包括第一圆盘、设有螺孔的第二圆盘，所述第二圆盘与所述第一圆盘同轴设置，且所述第二圆盘设置在所述第一圆盘的上方；

所述第一圆盘包括第三圆环体、中心盘、若干个支撑架；所述第三圆环体、所述中心盘与所述第二圆盘同轴设置，且所述第二圆盘设置在所述中心盘的上方；

所述支撑架沿所述第三圆环体周向分布，且每个所述支撑架的两端分别与所述第三圆环体内壁及所述中心盘外壁固定连接；每个所述支撑架与所述第三圆环体内壁之间设有第一筋板；每个所述支撑架与所述中心盘外壁之间设有第二筋板。

作为优选方案，所述支撑架上设有第二凹槽，且所述第二凹槽与所述第三圆环体内壁上的缺口连通。

作为优选方案，所述正极端子包括设有螺孔的第二圆柱体、方体、正极极柱；其中，所述方体与第一方形凹槽相匹配，所述正极极柱上的外侧壁上设有外螺纹；

所述第二圆柱体、所述方体、所述正极极柱同轴设置，且所述正极极柱通过所述方体设置在所述第二圆柱体的上方。

作为优选方案，所述正极端子的另一端与所述正极盖板之间设有绝缘片；

所述绝缘片为带有第二方形凹槽的第三圆柱体结构，所述第二方形凹槽的中心与第三圆柱体的中心位于同一垂直方向上，且所述第二方形凹槽贯穿于所述第三圆柱体，所述第二方形凹槽与所述方体相匹配。

作为优选方案，所述正极盖板包括第四圆柱体，所述第四圆柱体上设有圆环体凹槽；所述圆环体凹槽与所述第四圆柱体同轴设置，且所述圆环体凹槽与所述轴向限位圈相匹配。

作为优选方案，所述负极部件与所述正极部件采用相同的结构，所述负极极片与所述正极极片采用相同的结构。

作为优选方案，所述壳体外壁设有防爆阀。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的锂离子电池，包括壳体、位于壳体内腔的电芯、位于壳体两端的正极部件、负极部件；电芯的一端设有正极整形极耳、正集流板，正极整形极耳与正集流板的一端焊接为一体；电芯的另一端设有负极整形极耳、负集流板，负极整形极耳与负集流板的一端焊接为一体；正极部件包括正极端子、将壳体一端口密封的正极盖板，正集流板的另一端通过导线与正极端子的一端连接，正极端子的另一端与正极盖板的连接；负极部件包括负极端子、将壳体一端口密封的负极盖板，负集流板的另一端通过导线与负极端子的一端连接，负极端子的另一端与负极盖板的连接。本发明通过导线将正集流板和正极端子、负集流板和正极端子进行连接，可通过调节导线的线径和端子极柱的直径实现电流大小的调节，从而避免电池因过流造成损坏，进而提高电池的使用寿命。本发明还将正极整形极耳与正集流板焊接为一体，负极整形极耳与负集流板焊接为一体，使得正极整形极耳与正集流板、负极整形极耳与负集流板接触良好的同时增加锂离子电池结构的稳定性。

附图说明

图1是本发明提供的锂离子电池的结构示意图；

图2是本发明提供的锂离子电池的另一结构示意图；

图3是本发明提供的径向限位圈的结构示意图；

图4是本发明提供的橡胶密封圈的结构示意图；

图5是本发明提供的轴向限位圈的结构示意图；

图6是本发明提供的正集流板的结构示意图；

图7是本发明提供的正极端子的结构示意图；

图8是本发明提供的绝缘片的结构示意图；

其中，说明书附图的标记如下：

1、电芯；2、整形极耳；3、径向限位圈；

4、集流板；401、第一筋板；402、支撑架；403、第二凹槽；404、螺孔；405、第二圆盘；406、第二筋板；407、第一圆盘；

5、橡胶密封圈；6、轴向限位圈；7、正、负极端子；8、第一绝缘片；9、正、负极盖板；10、螺钉；11、第二绝缘片；12、端子紧固螺母；13、防爆阀；14、电池壳体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例：

参见图1至图2，是本发明提供的锂离子电池的一种实施例的结构示意图。包括壳体14、电芯1、正极部件、负极部件，电芯1位于壳体14内腔中，正极部件和负极部件位于壳体14两端；

电芯1的一端设有正极极片，正极极片包括正极整形极耳2、正集流板4，正极整形极耳2与正集流板4的一端焊接为一体；电芯1的另一端设有负极极片；负极极片包括负极整形极耳2、负集流板4，负极整形极耳2与负集流板4的一端焊接为一体；

正极部件包括正极端子7、将壳体14一端口密封的正极盖板9，正集流板4的另一端通过导线与正极端子7的一端连接，正极端子7的另一端与正极盖板9的一端连接；

负极部件包括负极端子7、将壳体14一端口密封的负极盖板9，负集流板4的另一端通过导线与负极端子7的一端连接，负极端子7的另一端与负极盖板9的一端连接。

由上可见，本发明实施例提供的锂离子电池，包括壳体、位于壳体内腔的电芯、位于壳体两端的正极部件、负极部件；电芯的一端设有正极整形极耳、正集流板，正极整形极耳与正集流板的一端焊接为一体；电芯的另一端设有负极整形极耳、负集流板，负极整形极耳与负集流板的一端焊接为一体；正极部件包括正极端子、将壳体一端口密封的正极盖板，正集流板的另一端通过导线与正极端子的一端连接，正极端子的另一端与正极盖板的连接；负极部件包括负极端子、将壳体一端口密封的负极盖板，负集流板的另一端通过导线与负极端子的一端连接，负极端子的另一端与负极盖板的连接。本发明通过导线将正集流板和正极端子、负集流板和正极端子进行连接，可通过调节导线的线径和端子极柱的直径实现电流大小的调节，从而避免电池因过流造成损坏，进而提高电池的使用寿命。本发明还将正极整形极耳与正集流板焊接为一体，负极整形极耳与负集流板焊接为一体，使得正极整形极耳与正集流板、负极整形极耳与负集流板接触良好的同时增加锂离子电池结构的稳定性。

在其中一种优选实施例中，电芯1由正极极片、负极极片以及隔膜通过卷绕机卷绕成型，电芯1中间保留或不保留芯轴，芯轴的主材料为中空或实心的耐腐蚀材料，起到支撑作用，电芯1的外壳为圆柱形铝壳或不锈钢壳体，有利于电芯1的散热；作为优选，电芯1外壳为带有或不带有多个轴向的金属翅片结构。

在其中一种优选实施例中，正极整形极耳2与正集流板4的一端之间设有径向限位圈3；可参见图3，径向限位圈3为圆环或半圆环结构，且径向限位圈3外边缘上设有第一凹槽。径向限位圈3采用绝缘性好，耐腐蚀的材料，该材料包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)，PFA塑料，聚氯乙烯塑料；需说明的是，在径向限位圈3外边缘上设有第一凹槽有利于电解液注入，且第一凹槽的形状包括但不限于圆形、三角形、半圆。

在其中一种优选实施例中，正极端子7的一端与正集流板4的另一端之间依次设有橡胶密封圈5、轴向限位圈6。

可参见图4，橡胶密封圈5为带有第一方形凹槽的第一圆柱体结构；其中，第一方形凹槽的中心与第一圆柱体的中心位于同一垂直方向上，且第一方形凹槽贯穿于第一圆柱体。

可参见图5，轴向限位圈6包括第一圆环体和第二圆环体，第一圆环体的一端与橡胶密封圈5连接，第一圆环体的另一端上设置第二圆环体，且第一圆环体外壁直径大于第二圆环体的外壁直径，第一圆环体内壁直径小于或等于第二圆环体外壁直径；第一圆环体与第二圆环体焊接为一体。

在本实施例中，轴向限位圈6与正极盖板9、负极盖板9的圆环体凹槽相匹配；其中，轴向限位圈6采用绝缘性好，耐腐蚀的材料，该材料包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)，PFA塑料，聚氯乙烯塑料，加入轴向限位圈6后的电芯1在轴向上与壳体14等高。

在其中一种优选实施例中，可参见图6，正集流板4包括第一圆盘407、设有螺孔404的第二圆盘405，第二圆盘405与第一圆盘407同轴设置，且第二圆盘405设置在第一圆盘407的上方；第一圆盘407包括第三圆环体、中心盘、若干个支撑架402；第三圆环体、中心盘与第二圆盘405同轴设置，且第二圆盘405设置在中心盘的上方；支撑架402沿第三圆环体周向分布，且每个支撑架402的两端分别与第三圆环体内壁及中心盘外壁固定连接；每个支撑架402与第三圆环体内壁之间设有第一筋板401；每个支撑架402与中心盘外壁之间设有第二筋板406。

在本实施例中，第二圆盘405上设有多个螺孔404，螺孔404用于固定金属导线以引出电流，其中，螺孔404的大小介于M3至M10之间；整个集流板4的材质选用铜或铝等金属或合金，需说明的是，集流板4的第一圆盘407结构使得集流板4中部为镂空结构，有利于电解液的渗入。

在本实施例中，第一筋板401和第二筋板406有利于提高第三圆环体与支撑架402之间强度，从而提高锂离子电池结构的稳定性和可靠性。优选地，将第三圆环体、中心盘、支撑架402、第一筋板401、第二筋板406通过焊接的方式成型于一体。

在其中一种优选实施例中，支撑架402上设有第二凹槽403，且第二凹槽403与第三圆环体内壁上的缺口连通；需说明的是，支撑架402上设有第二凹槽403，具有减薄结构，便于焊接，该焊接方式包括但不仅限于激光焊，超声焊，氩弧焊。

在其中一种优选实施例中，通过螺母在正、负极集流板4上接入具有合适过流能力的铜制或铝制导线并固定导线的一端，再使用螺柱和螺母将导线的另一端与相应的正、负极端子7连接，通过螺母和螺柱，使得导线的两端能够稳定的固定在集流板4和端子上，从而提高锂离子电池结构的稳定性。

在其中一种优选实施例中，可参见图7，正极端子7包括设有螺孔的第二圆柱体、方体、正极极柱；其中，方体与第一方形凹槽相匹配，正极极柱上的外侧壁上设有外螺纹；第二圆柱体、方体、正极极柱同轴设置，且正极极柱通过方体设置在第二圆柱体的上方。

在本实施例中，第二圆柱体上有多个螺孔，有利于导线的接入，其螺孔大小介于M3至M10之间，极柱的尺寸可根据需要的过流能力设计，作为优选，正极端子7、负极端子7的材料采用铜制或铝制材料，需说明的是，将正、负极端子7引出壳体14。

在其中一种优选实施例中，正极端子7的另一端与正极盖板9之间设有绝缘片；可参见图8，绝缘片为带有第二方形凹槽的第三圆柱体结构，第二方形凹槽的中心与第三圆柱体的中心位于同一垂直方向上，且第二方形凹槽贯穿于第三圆柱体，第二方形凹槽与正极端子7上的方体相匹配，并与橡胶密封圈5的第一方形凹槽相吻合。

在本实施例中，通过注塑或机加工工艺在正、负极盖板9内设有绝缘片，该绝缘片优选耐腐蚀的聚四氟乙烯(PTFE)，PFA塑料，聚乙烯、聚氯乙烯塑料的材料。

在其中一种优选实施例中，在正极盖板9的另一端设有第二绝缘片11，其中，第一绝缘片8与第二绝缘片11的结构完全相同。

在其中一种优选实施例中，正极盖板9包括第四圆柱体，第四圆柱体上设有圆环体凹槽，圆环体凹槽与轴向限位圈6的第二圆环体相匹配。

在其中一种优选实施例中，第四圆柱体的中心位置上设有第三凹槽，第三凹槽贯穿于第四圆柱体，且第三凹槽宽度大于或等于正极极柱的直径，小于正极端子的方体的宽度，从而使得正极端子7的正极极柱能够露出于正极盖板9。

在其中一种优选实施例中，正极盖板9、负极盖板9与壳体14焊接为一体，有利于提高锂离子电池结构的稳定性，作为优选，焊接方式为激光焊，氩弧焊。

在其中一种优选实施例中，通过螺母将正、负极端子7与对应的盖板进行固定，且螺母与盖板之间加铜制或铝制的垫片。

在其中一种优选实施例中，负极部件与正极部件采用相同的结构，负极极片与正极极片采用相同的结构。

在其中一种优选实施例中，壳体14外壁设有防爆阀13。

在其中一种优选实施例中，正负极集流板4、壳体14、正负极盖板9、正负极端子7、防爆阀13、套管采用的材料优选为1-8系铝材、纯铜及其合金、不锈钢。

由上可见，本发明的锂离子电池结构稳定，极耳、集流板、电流引出端子固定良好，可靠性高，在运输、搬运过程中不易损坏，且全极耳的结构和大尺寸的电流引出端子能够很好的解决大电流的过流问题，能通过大于500A的电流，因此，采用该结构的电池或超级电容器可以制作成较大的尺寸，其放电容量优选为10Ah-2000 Ah之间，针对大尺寸电芯的产气问题在端盖上设置单向排气阀，能够有效提高其使用的安全性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括：壳体、电芯、正极部件、负极部件，所述电芯位于所述壳体内腔中，所述正极部件和所述负极部件位于所述壳体两端；

所述负极部件包括负极端子、将壳体一端口密封的负极盖板，所述负集流板的另一端通过导线与所述负极端子的一端连接，所述负极端子的另一端与所述负极盖板的一端连接；

所述正极端子的一端与所述正集流板的另一端之间依次设有橡胶密封圈、轴向限位圈；

2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极整形极耳与所述正集流板的一端之间设有径向限位圈；

3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正集流板包括第一圆盘、设有螺孔的第二圆盘，所述第二圆盘与所述第一圆盘同轴设置，且所述第二圆盘设置在所述第一圆盘的上方；

4.如权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述支撑架上设有第二凹槽，且所述第二凹槽与所述第三圆环体内壁上的缺口连通。

5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极端子包括设有螺孔的第二圆柱体、方体、正极极柱；其中，所述方体与第一方形凹槽相匹配，所述正极极柱上的外侧壁上设有外螺纹；

6.如权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极端子的另一端与所述正极盖板之间设有绝缘片；

7.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极盖板包括第四圆柱体，所述第四圆柱体上设有圆环体凹槽；

所述圆环体凹槽与所述第四圆柱体同轴设置，且所述圆环体凹槽与所述轴向限位圈相匹配。

8.如权利要求1至7任意一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极部件与所述正极部件采用相同的结构，所述负极极片与所述正极极片采用相同的结构。

9.如权利要求1至7任意一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述壳体外壁设有防爆阀。