CN111900511A - 一种通过极片散热的锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过极片散热的锂离子电池。本发明包括电芯，电芯包括多个正极片和多个负极片，并按照负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片的顺序卷绕或叠片组装，正极片的一端设有正极导电极耳和正极导热极耳，多个正极导电极耳和多个正极导热极耳分别对齐焊接在一起并焊接有正极导电极柱和正极导热极柱，负极片的一端设有负极导电极耳和负极导热极耳，多个负极导电极耳和多个负极导热极耳分别对齐焊接在一起并焊接有负极导电极柱和负极导热极柱，所述正极导电极柱、正极导热极柱、负极导电极柱和负极导热极柱均固定在盖板上，所述盖板与所述电芯相适配。本发明采用增加导热极耳的方法，对锂离子电池的工艺和设计没有影响，达到散热性能好的效果。

Description

一种通过极片散热的锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的说是一种通过极片散热的锂离子电池。
背景技术
由于锂离子电池有着能量密度大、寿命长、绿色环保等优点，已经广泛应用于储能、电动工具以及汽车领域。随着技术进步和成本下降压力，锂离子电池朝着大型化和高能量密度方向发展，这对电池的散热和热管理提出来更高的要求。
目前在锂离子电池领域，由于在高温下锂离子电池的寿命会急剧缩短，甚至引发安全风险，因此锂离子电池在应用时需要针对性的散热设计，尤其在大倍率和长时间应用时，会产生大量的热量，并且各个电池产热量往往有所差别，需要及时将电池产生的热量扩散出去，否则将会时电池寿命快速下降甚至导致爆炸或燃烧。而且电池的温度还需保持一致，不然在运行一段时间后，电池的一致性将会出现较大差别，由于“短板效应”导致电池组的寿命降低。
目前的技术方案一般是针对锂离子电池成组组成电池包时，整体进行散热设计，采用空气冷却(又称风冷)和液冷(主要为水冷)的方法。空气冷却即通过空气流动将电池包中的热量带走，虽然成本比液冷低，但风道设计复杂，容易造成电池温度分布不均匀，电池一致性快速变差。液冷则是通过在电池包中排布液冷管道，管道内充满水或冷却液，通过冷却水的流动将电池包中的热量带走，但其结构复杂，成本很高。针对锂离子电池本身的散热设计则主要为极片散热和极柱导热。极片散热通过在制备浆料时添加导热性好的材料或在极片表面添加导热涂层来提高极片的散热性能，不仅增加来工艺复杂性和生产成本而且还会导致电池容量的下降；极柱导热则是在极柱处增加导热性好的介质或与其连接来增加散热性能，因为极柱本身也是发热体，所以对电池的散热效果有限。
风冷和液冷这两种方式都是通过冷却介质与电池的外壳接触，通过冷却介质的流动，将热量传导带走。所以散热效果好的首要前提是电池内部的热量能够传递至电池外壳，而电池内部极片产生的热量是通过电解液和导电极柱传导至外壳的。电芯内的电解液量少，并且会随着使用时长而减少，而电芯的外部往往还有一绝缘保护层，这些都不利于电芯极片热量的传导，因此电芯极片热量传递至外壳过程缓慢且效率低。导电极柱因为有电流通过，其本身温度高，所以散热效果亦有限。通过在电池极片添加导热剂，导热效果有限，还会增加工艺难度和降低电池其他性能。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种通过极片散热的锂离子电池。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种通过极片散热的锂离子电池，包括电芯，所述电芯包括多个正极片和多个负极片，并按照负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片的顺序卷绕或叠片组装，其特征在于，所述正极片的一端设有正极导电极耳和正极导热极耳，多个正极导电极耳和多个正极导热极耳分别对齐焊接在一起并焊接有正极导电极柱和正极导热极柱，所述负极片的一端设有负极导电极耳和负极导热极耳，多个负极导电极耳和多个负极导热极耳分别对齐焊接在一起并焊接有负极导电极柱和负极导热极柱，所述正极导电极柱、正极导热极柱、负极导电极柱和负极导热极柱均固定在盖板上，所述盖板与所述电芯相适配。
所述正极导电极耳和正极导热极耳位于所述正极片宽度方向上的一端；所述负极导电极耳和负极导热极耳位于所述负极片宽度方向上的一端。
所述负极导热极耳位于所述负极导电极耳与负极片上沿中心点之间的中间位置；所述正极导热极耳位于所述正极导电极耳与正极片上沿中心点之间的中间位置。
所述盖板中部设有防爆阀。
所述正极导热极柱位于所述正极导电极柱和防爆阀中间，所述负极导热极柱位于所述负极导电极柱和防爆阀中间，所述正极导热极柱和负极导热极柱位于所述防爆阀的两侧。
所述正极导热极柱、负极导热极柱与盖板之间通过陶瓷隔开，所述正极导热极柱、负极导热极柱凸出盖板的部分涂覆有致密导热绝缘层并将所述正极导热极柱和负极导热极柱完全覆盖。
所述致密导热绝缘层为0.5mm-5mm。
所述电芯和盖板外固定有止动架。
所述正导热极柱和负导热极柱外均套有导热绝缘片。
本发明具有以下优点及有益效果：本发明采用增加导热极耳的方法，对锂离子电池的工艺和设计没有影响，仅在裁切时多保留一对极耳，制造简单。通过导热极耳与导热极柱连接，因为导热极耳和导热极柱本身没有电流通过，所以其不产生热量，温度低，每一片的电芯极片的热量都可以通过极耳、导热极柱传递到电池外部散热，不会造成内部的热量累积，各电池极片的温度更均匀，提高了散热性能和一致性。通过导热极柱与外壳或外部冷却介质连接，传热效率更高，因此散热性能更好。
附图说明
图1为本发明的结构分解示意图；
图2为本发明的整体结构图；
图3为本发明的正极片结构图；
图4为本发明的负极片结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1-4所示，一种通过极片散热的锂离子电池，包括电芯，所述电芯包括多个正极片21和多个负极片22，并按照负极片22、隔膜、正极片21、隔膜、负极片22的顺序卷绕或叠片组装，所述正极片21的一端设有正极导电极耳41 和正极导热极耳31，多个正极导电极耳41和多个正极导热极耳31分别对齐焊接在一起并焊接有正极导电极柱和正极导热极柱，所述负极片22的一端设有负极导电极耳42和负极导热极耳32，多个负极导电极耳42和多个负极导热极耳 32分别对齐焊接在一起并焊接有负极导电极柱和负极导热极柱，所述正极导电极柱、正极导热极柱、负极导电极柱和负极导热极柱均固定在盖板6上，所述盖板6与所述电芯相适配。正极导电极耳41和正极导热极耳31位于所述正极片21宽度方向上的一端；负极导电极耳42和负极导热极耳32位于所述负极片 22宽度方向上的一端。导热极耳3包括正极导热极耳31和负极导热极耳32。导电极耳4包括正极导电极耳41和负极导电极耳42。导电极柱7包括正极导电极柱和负极导电极柱。导热极柱包括正极导热极柱和负极导热极柱。
所述盖板6中部设有防爆阀10。所述正极导热极柱31位于所述正极导电极柱41和防爆阀10中间，所述负极导热极柱32位于所述负极导电极柱42和防爆阀10中间，所述正极导热极柱31和负极导热极柱32位于所述防爆阀10的两侧。
所述正极导热极柱31、负极导热极柱32与盖板6之间通过陶瓷隔开，所述正极导热极柱、负极导热极柱凸出盖板6的部分涂覆有致密导热绝缘层并将所述正极导热极柱31和负极导热极柱32完全覆盖。所述致密导热绝缘层为 0.5mm-5mm。
所述电芯和盖板6外固定有止动架5。所述正极导热极柱31和负极导热极柱32外均套有导热绝缘片9。
本发明的制作方法由以下步骤组成：
1)首先制作负极片和正极片，沿负极片或正极片的宽度方向，涂布区位于两侧，空白区位于中间；
2)负极片和正极片的极耳设计：首先根据正常工艺设计负极片和正极片的极耳作为导电极耳，在负极片极耳与电芯中间的中间位置设计负极导热极耳，在正极片极耳与电芯中间的中间位置设计正极导热极耳；
3)按照步骤2的设计，完成相应正负极片的裁切；
4)按照负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片的顺序，采用卷绕或叠片组装方式，组装成裸电芯；
5)将裸电芯的导电极耳和导热极耳分别对齐焊接在一起，再将导电极耳和导热极耳分别焊接在特制盖板的导电极柱和导热极柱上；
6)盖板：盖板除设有正常的正负极柱端子外，还设有正负导热极柱端子，导热极柱端子分别位于防爆阀和正负导电极柱端子的中间，与正负极片的极耳相对应。导热极柱与盖板之间通过导热性好的陶瓷隔开，导热极柱凸出盖板的部分涂覆0.5～5mm厚的致密导热绝缘材料，形成了图1中的导热绝缘片9，将导热极柱端子完全覆盖，因此导热极柱只传导热量，与外部及盖板均保持绝缘；
7)安装绝缘袋和止动架，裸电芯放入外壳中，盖板和外壳密封焊接；
8)将水分合格的电芯注入所需电解液；
9)注液后电芯经陈化、化成、封口、分容、检测等步骤制成电池。
10)锂离子电池工作时，有电流通过的地方均会产生热量，由于导电极柱处的电流大，因此会产生大量的热量，其温度与电池内部的温度相差不大，甚至更高，因此通过导电极柱散热效果非常有限。而电池芯与电池壳体采取了绝缘保护，因此电芯的热量需要通过电解液和绝缘保护套缓慢传导至壳体再散发出去，散热效率低，尤其电池芯内部的极片热量难以散出，会导致内部极片性能快速劣化。通过导热极柱的设计，因为其本身没有电流通过，所以其不产生热量，温度低，与电池极片极耳连接后，每一片的电芯极片的热量都可以通过极耳、导热极柱传递到电池外部散热，不会造成内部的热量累积，各电池极片的温度更均匀，提高了散热性能和一致性。

Claims (9)

1.一种通过极片散热的锂离子电池，包括电芯，所述电芯包括多个正极片和多个负极片，并按照负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片的顺序卷绕或叠片组装，其特征在于，所述正极片的一端设有正极导电极耳和正极导热极耳，多个正极导电极耳和多个正极导热极耳分别对齐焊接在一起并焊接有正极导电极柱和正极导热极柱，所述负极片的一端设有负极导电极耳和负极导热极耳，多个负极导电极耳和多个负极导热极耳分别对齐焊接在一起并焊接有负极导电极柱和负极导热极柱，所述正极导电极柱、正极导热极柱、负极导电极柱和负极导热极柱均固定在盖板上，所述盖板与所述电芯相适配。
2.根据权利要求1所述的一种通过极片散热的锂离子电池，其特征在于，所述正极导电极耳和正极导热极耳位于所述正极片宽度方向上的一端；所述负极导电极耳和负极导热极耳位于所述负极片宽度方向上的一端。
3.根据权利要求1所述的一种通过极片散热的锂离子电池，其特征在于，所述负极导热极耳位于所述负极导电极耳与负极片上沿中心点之间的中间位置；所述正极导热极耳位于所述正极导电极耳与正极片上沿中心点之间的中间位置。
4.根据权利要求1所述的一种通过极片散热的锂离子电池，其特征在于，所述盖板中部设有防爆阀。
5.根据权利要求4所述的一种通过极片散热的锂离子电池，其特征在于，所述正极导热极柱位于所述正极导电极柱和防爆阀中间，所述负极导热极柱位于所述负极导电极柱和防爆阀中间，所述正极导热极柱和负极导热极柱位于所述防爆阀的两侧。
6.根据权利要求1所述的一种通过极片散热的锂离子电池，其特征在于，所述正极导热极柱、负极导热极柱与盖板之间通过陶瓷隔开，所述正极导热极柱、负极导热极柱凸出盖板的部分涂覆有致密导热绝缘层并将所述正极导热极柱和负极导热极柱完全覆盖。
7.根据权利要求6所述的一种通过极片散热的锂离子电池，其特征在于，所述致密导热绝缘层为0.5mm-5mm。
8.根据权利要求1所述的一种通过极片散热的锂离子电池，其特征在于，所述电芯和盖板外固定有止动架。
9.根据权利要求1所述的一种通过极片散热的锂离子电池，其特征在于，所述正导热极柱和负导热极柱外均套有导热绝缘片。
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