CN111613753B - 一种锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池包括壳体和单向阀门，所述壳体上设置有通孔，所述单向阀门穿过所述通孔，所述单向阀门和所述通孔间设置有密封件，所述单向阀门的打开条件为锂离子电池内部气压为0.5‑0.8MPa；所述单向阀门能在电池内部气压异常时，将电池内部的气体经单向阀门排出，维持锂离子电池内部气压在适宜的范围内，从而解决锂离子电池内部由于副反应产生的气压异常引起的局部析锂的问题，进而改善锂离子电池的循环性能，延长锂离子电池的使用寿命。

Description

一种锂离子电池
技术领域
本发明属于储能器件技术领域，涉及一种锂离子电池。
背景技术
二次电池的充放电过程均需电解液和电极参与，过程中不可避免的发生电解液和电极的副反应，产生异常气体，产生的异常气体挤压在电芯内部，存在于正负电极之间，增长或阻断了锂离子传输通道，因此，电芯内部产气是影响电芯循环寿命的一个重要因素，也影响着整个二次电池的使用寿命。
CN108666538A公开了一种锂离子电池，其包括：一壳体、一阳极、一阴极、一隔膜及电解液，所述阳极、阴极、隔膜和电解液封装于所述壳体内部，所述阳极和阴极通过隔膜间隔设置，所述阳极包括一3D结构的碳纳米管海绵体及多个过渡金属氧化物颗粒，所述碳纳米管海绵体为一由多个碳纳米管相互连接形成的蜂窝状结构，该碳纳米管海绵体包括多个微孔，所述微孔的孔径大于等于5微米；所述多个过渡金属氧化物颗粒均匀附着在碳纳米管的表面并位于微孔中，所述多个过渡金属氧化物颗粒的粒径小于等于200纳米，此方案并未给出如何解决锂离子电池内部气压异常并造成电池内部局部析锂引起的锂离子电池寿命缩短的问题的方法。
CN108987680A公开了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括包含正极活性材料的正极片，包含负极活性材料的负极片以及电解液；所述正极活性材料包括内核以及包覆层。所述包覆层包覆在所述内核的表面且所述包覆层中含有硼元素，所述电解液包括锂盐、非水有机溶剂以及电解液添加剂，所述电解液添加剂包括有机钛化合物；此方案并未给出如何解决锂离子电池内部气压异常并造成电池内部局部析锂引起的锂离子电池寿命缩短的问题的方法。
CN109473630A公开了一种锂离子电池制备方法及锂离子电池，其通过将铜箔基材相对的两侧面进行负极浆料厚涂操作以形成负极浆料厚涂层，干燥后得到负极浆料干固层，接着对铜箔基材进行分条和切片操作，得到负极片，再将负极片经过极片冲压装置，以在负极浆料干固层上冲压形成多个负极微槽；还在铝箔基材上涂覆形成正极浆料干固层后进行分条和切片操作，得到正极片，并将正极片经过极片冲压装置，以在正极浆料干固层上冲压形成多个正极微槽。如此，通过在负极片和正极片上设置多个微槽结构，能够更好的吸附电解液，并对正极片和负极片进行充分的浸润，降低了电池内阻，提高了锂离子电池内部传导电子的效率，且微槽结构还能更好的嵌置锂离子，大大提高了锂离子电池的容量和循环性能，但此方案并未给出如何解决锂离子电池内部气压异常并造成电池内部局部析锂引起的锂离子电池寿命缩短的问题的方法。
因此，开发一种能减少锂离子电池内部气压异常造成的电池寿命缩短的锂离子电池仍具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括壳体和单向阀门，所述壳体上设置有通孔，所述单向阀门穿过所述通孔，所述单向阀门和所述通孔间设置有密封件，所述单向阀门的打开条件为锂离子电池内部气压为0.5-0.8MPa；所述单向阀门能在电池内部气压异常时，将电池内部的气体经单向阀门排出，从而解决锂离子电池内部由于副反应产生的气压异常引起的局部析锂的问题，维持电池内部气压在适宜的范围之内，进而改善锂离子电池的循环性能，延长锂离子电池的使用寿命。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括壳体和单向阀门，所述壳体上设置有通孔，所述单向阀门穿过所述通孔，所述单向阀门用于将锂离子电池内的气体排出，所述单向阀门和所述通孔间设置有密封件，所述单向阀门的打开条件为锂离子电池内部气压为0.5-0.8MPa，例如0.55MPa、0.6MPa、0.65MPa、0.7MPa或0.75MPa等。
本发明所述锂离子电池为二次电池。
本发明所述单向阀门穿过所述通孔设置，所述单向阀门的外部与所述通孔的外部相对设置，用密封件填充所述单向阀门所述通孔间的间隙，以保持电池处于密封状态。
此处所述密封件需满足一定的化学稳定性和结构强度，避免与电池内的物质发生化学反应，同时，避免电池内部气压过高时，影响通孔处单向阀门的结构稳定性。
锂离子电池内部充放电过程中均需电解液和电极参与，而随着充放电过程的进行，不可避免的发生电解液和电极的副反应，产生异常气体，电芯内部气体越来越多，内压越来越大，产生的气体积聚在电芯内部、电极之间，增长或阻断了锂离子传输通道，是影响电芯循环寿命的一个重要因素，也影响着整个二次电池的使用寿命；
本发明所述锂离子电池为半开放式的锂离子电池，其中，“半开发”指的是所述锂离子电池的壳体上设置有通孔，所述通孔内设置有单向阀门，所述单向阀门能在电池内部气压异常时，将气体由单向阀门排出，维持锂离子电池内的气压在适宜的范围之内，使得锂离子电池内部锂离子的传输通道畅通，避免锂离子电池内部局部析锂，进而延长锂离子电池的使用寿命；同时，单向阀门能阻止锂离子电池外部的空气进入锂离子电池内部。
本发明所述锂离子电池采用上述结构，其能为锂离子电池内部提供适宜的气压条件，从而避免电池内析锂现象的发生，进而提升二次电池的循环寿命。
本发明所述单向阀门的打开条件控制在上述范围内，其有利于维持电池内部气压在适宜的范围内，从而抑制锂离子电池内部局部析锂现象的发生，改善电池的循环性能，延长锂离子电池的使用寿命。
优选地，所述壳体的材质为铝。
优选地，所述通孔位于所述壳体的顶端。
此处所述壳体的顶端指的是电池成组时朝上一侧的电池壳体；本发明所述单向阀门设置在电池壳体的顶端，其有利于锂离子电池内部电解液与电极副反应产生的气体在压力较高时，由电极之间排出，经单向阀门流出到电池外部，从而避免电池内部由气压异常造成的局部析锂，延长锂离子电池的使用寿命。
优选地，所述通孔的圆心距离所述壳体的顶端端面的形心的距离为5-20mm，例如6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm或19mm等。
优选地，所述通孔的截面面积小于所述壳体的顶端的端面的面积。
优选地，所述通孔的截面面积为所述壳体的顶端的端面面积的30％以下，例如5％、10％、15％、20％、25％或28％等。
本发明所述通孔与所述壳体的顶端的端面的面积之比在上述范围内，其有利于锂离子电池内部气压异常时，气体能快速由单向阀门排出，从而改善锂离子电池内部局部析锂的问题，改善锂离子电池的循环性能，进而延长其使用寿命。
优选地，所述密封件的材质为铝材质。
本发明采用上述特定材质的密封件，其具有高的化学稳定性，不与电解液和锂盐间发生反应，同时，其具有高的机械强度，不会因为内部气压而失效。
优选地，所述单向阀门的直径为5-10mm，例如6mm、7mm、8mm或9mm等。
本发明所述单向阀门的直径在上述范围内，其有利于单向阀门与电池壳体的组装和控制气流。
优选地，所述锂离子电池的壳体形状为圆柱形或长方体形。
优选地，所述壳体上通孔的个数为1-5个，例如2个、3个或4个等。
本发明所述锂离子电池上通孔的个数为1-5个，其对应1-5个单向阀门，在锂离子电池内部气压异常时，气体由单向阀门排出，从而更加有效的维持锂离子电池内部气压在适宜的范围内，从而延长锂离子电池的使用寿命。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述锂离子电池包括壳体和单向阀门，所述壳体上设置通孔，所述单向阀门穿过所述通孔，所述单向阀门和所述通孔间设置有密封件，所述单向阀门的打开条件为锂离子电池内部气压为0.5-0.8MPa；当锂离子电池内部由于电解液和电极副反应造成气压异常时，锂离子电池内的气体能由单向阀门排出，从而维持锂离子电池内部气压维持在适宜的范围之内，进而优化锂离子电池内部锂离子传输通道的畅通，进而避免锂离子电池内部局部析锂现象的发生，延长锂离子电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例1中锂离子电池的结构示意图；
图2是本发明实施例4中锂离子电池的结构示意图；
1-壳体，2-通孔，3-单向阀门。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例所述锂离子电池的结构如图1所示，由图1可以看出，所述锂离子电池的壳体为圆柱形，所述壳体的顶端设置有通孔，所述通孔内设置有单向阀门，所述单向阀门用于将锂离子电池内部气体排出锂离子电池外部；所述单向阀门与所述通孔之间设置有密封件，所述密封件的材质为铝。
本实施例所述圆柱形壳体的端面直径为21mm，高为70mm；所述通孔的直径为5mm，所述通孔的圆心与所述端面的圆心的距离为5mm，所述单向阀门打开条件为锂离子电池内部气压为0.6MPa，所述单向阀门的直径为4.9mm，单向阀门和通孔之间留有密封件空间0.1mm。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，单向阀门打开条件为锂离子电池内部气压为0.8MPa，其他条件与实施例1相比完全相同。
实施例3
本实施例所述锂离子电池的结构示意图如图2所示，由图2可以看出，所述锂离子电池的壳体为长方体，所述壳体的顶端设置有通孔，所述通孔内设置有单向阀门，所述单向阀门用于将锂离子电池内部气体排出锂离子电池外部；所述单向阀门与所述通孔之间设置有密封件，所述密封件的材质为铝材质。
本实施例所述长方体形壳体的尺寸为52mm*148mm*97mm；所述通孔的直径为5mm，所述通孔的圆心距离所述顶端端面的形心的距离为10mm，所述单向阀门位于所述两个极耳的连线的中线上，所述单向阀门打开条件为锂离子电池内部气压为0.6MPa，所述单向阀门的直径为4.9mm，单向阀门和通孔之间留有密封件空间0.1mm。
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于，打开条件为锂离子电池内部气压为0.8MPa，其他条件与实施例3相比完全相同。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，所述锂离子电池的顶端未设置通孔，也不包含单向阀门和密封件，其他结构与实施例1相比完全相同。
对比例2
本对比例与实施例3的区别在于，所述锂离子电池的顶端未设置通孔，也不包含单向阀门和密封件，其他结构与实施例3相比完全相同。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，单向阀门打开条件为锂离子电池内部气压为0.4MPa，其他条件与实施例1相比完全相同。
对比例4
本对比例与实施例3的区别在于，打开条件为锂离子电池内部气压为0.4MPa，其他条件与实施例3相比完全相同。
性能测试：
对实施例1-4和对比例1-4所得锂离子电池进行循环寿命测试，测试方法如下所示：
上述实施例1-2和对比例1、3中，圆柱形电池材质为，钢壳壳体、复合石墨负极、镍钴锰酸锂正极、PE湿法隔膜及电解液，所述负极、正极、隔膜和电解液封装于所述壳体内部，所述负极和正极通过隔膜间隔设置。
上述实施例3-4和对比例2、4中，方形电池材质为，铝壳壳体、复合石墨负极、镍钴锰酸锂正极、PE湿法隔膜及电解液，所述负极、正极、隔膜和电解液封装于所述壳体内部，所述负极和正极通过隔膜间隔设置。
上述进行锂离子电池循环寿命的测试结果如表1所示；
表1
Figure BDA0002513119880000081
由上表可以看出，本发明所述锂离子电池中在电池壳体的顶端设置通孔，并在所述通孔处设置单向阀门，单向阀门与所述通孔间用密封件密封，并控制单向阀门的打开条件为锂离子电池内部气压为0.5-0.8MPa；采用上述结构，其能保证锂离子电池在充放电过程中内部气压维持在适宜的范围内，从而改善锂离子电池内部局部析锂现象的发生，优化锂离子电池的循环性能，延长其使用寿命。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括壳体和单向阀门，所述壳体上设置有通孔，所述单向阀门穿过所述通孔，所述单向阀门用于将锂离子电池内的气体排出，所述单向阀门和所述通孔间设置有密封件，所述单向阀门的打开条件为锂离子电池内部气压为0.6-0.8Mpa；
所述通孔的截面面积为所述壳体的顶端的端面面积的30％以下；所述单向阀门的直径为5～10mm；所述锂离子电池在充放电过程中维持内部气压小于0.6Mpa，避免局部析锂。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述壳体的材质为铝。
3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述通孔位于所述壳体的顶端。
4.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述通孔的圆心距离所述壳体的顶端端面的形心的距离为5-20mm。
5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述通孔的截面面积小于所述壳体的顶端的端面的面积。
6.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述密封件的材质为铝材质。
7.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的壳体形状为圆柱形或长方体形。
8.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述壳体上通孔的个数为1-5个。
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