CN112582668A - 一种多极柱锂离子动力电池及其制造方法 - Google Patents

一种多极柱锂离子动力电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多极柱锂离子动力电池及其制造方法,该多极柱锂离子动力电池包括铝壳,铝壳内设置有电芯组件,电芯组件包括正极片和负极片,正极片和负极片之间设置有隔膜,正极片的两侧分别一体连接有正极耳,负极片的两侧分别一体连接有负极耳,正极耳和负极耳分别与铝壳上的正极柱和负极柱连接;本发明的多极柱锂离子动力电池具有倍率性能优异、低温性能良好优点,并且该多极柱锂离子动力电池采用双极柱设计,在进行充放电时,其电流通过两个极柱进行冲放电,相当于电流进行分流,使电池的倍率性能大大提升,另外在低温条件下使用时通过每个极柱的电流减小,进而降小了电池的极化现象,提高电池的整体性能。

Description

一种多极柱锂离子动力电池及其制造方法
技术领域
本发明属于新能源电池技术领域,具体的说,涉及一种多极柱锂离子动力电池及其制造方法。
背景技术
近几年,随着石油资源日渐匮乏、环境污染日益严重,开发新的能源来替代传统的石化能源迫在眉睫,在此背景下,加速对环境无污染的锂离子电池的开发显得尤为重要。
锂电池经过最近十几年的迅速发展,各项性能,如常温充放电、常规电流充放电、安全性等性能日趋完善,在用作动力电池方面来说,低温条件下使用及电池的倍率性能还需进一步的发展。
使用过锂离子电池的消费者都知道,大电流会造成电池温度快速升高,致使电池内部过热,电池内部过热可能会损坏电池的内部结构,还会融化内部隔膜造成电池内部短路等,极端情况下还容易引起燃烧或爆炸。
并且长时间大电流使用还会造成电池内部化学物质产生不可逆的反应,造成电池容量永久性损失,并产生气体造成电池鼓胀等,低温条件下使用,电池充放电的电流越大电池内部极化现象越严重。
并且现有市面上出现了一种多极柱电池,如专利号为:200720046455.2,公开了一种双极柱超级电容器,其壳体内腔的正、负极片通过汇流条和极耳分别与壳体外的正、负极柱相连接,改进之处是正、负极柱有两组,分别设置在壳体的上、下侧面,每片正、负极片的汇流条上焊有两个极耳;所述汇流条为环形结构,极耳焊接在环形汇流条的上、下两侧,最好处于汇流条的对角线位置,所述极柱由螺柱与活节螺母构成。
上述该类多极柱电池采用多极柱设计,能够缩短集流体上电子流过的距离,双极柱有分流作用,从而大大降低电容器内阻,使其大电流放电性能明显提高。
但是该类多极柱电池的整体结构只适用于卷绕式电池,其并不适用于叠片式锂离子电池,并且汇流条与正、负极片连接时,需要进行焊接,其汇流条与正、负极柱连接时,也需要进行焊接,致使电池制造工艺繁琐,制造成本大,并且各连接处均采用焊接,长时间使用,其焊接处容易脱落,影响电池整体性能,并且电池抗震动能力差,震动过大,其焊接处容易脱落。
并且正、负极片与汇流条连接后,其正、负极片上的电流均汇流至汇流条上,致使汇流条上的电流过大,容易使汇流条发热,影响电池的整体性能。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是提供一种采用双极柱设计,其电池的倍率性能优异、低温性能良好的多极柱锂离子动力电池。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种多极柱锂离子动力电池,包括铝壳,铝壳内设置有电芯组件,电芯组件包括正极片和负极片,正极片和负极片之间设置有隔膜,正极片的两侧分别一体连接有正极耳,负极片的两侧分别一体连接有负极耳,正极耳和负极耳分别与铝壳上的正极柱和负极柱连接。
以下是本发明对上述技术方案的进一步优化:
正极片由激光刀模冲切制成,正极片两侧的正极耳分别呈交错布设。
进一步优化:负极片由激光刀模冲切制成,负极片两侧的负极耳分别呈交错布设。
进一步优化:负极片的整体尺寸均大于正极片的整体尺寸。
进一步优化:铝壳的上下两端分别设置有上盖板和下盖板,上盖板和下盖板分别用于封堵铝壳的上下两端。
进一步优化:正极柱和负极柱分别固定安装在上盖板和下盖板上,上盖板和下盖板上的正极柱和负极柱分别呈交错布设。
进一步优化:电芯组件的叠片顺序为负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片,电芯组件的最低端和最上端的极片均为负极片。
进一步优化:电芯组件同一侧的正极耳和负极耳呈上下平行布设,且正极耳和负极耳不重叠。
一种用于制造上述多极柱锂离子动力电池的制造方法,该制造方法包括如下步骤:
1)、正极、负极的制作;
1、正极片由20-30μm铝箔作为集流体,上面涂覆有活性浆料,经过烘箱烘干后浆料粘附在集流体铝箔上;
2、负极片由10-15μm铜箔作为集流体,上面涂覆有活性浆料,经过烘箱烘干后浆料粘附在集流体铜箔上;
2)、极片冲片:根据电池正极片和负极片的整体形状和尺寸进行冲片;
3)、极片烘烤:在真空状态下对正极片和负极片进行烘烤;
4)、叠片制作电芯组件:叠片方式为负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片的叠片结构,叠片完成后成卷芯制备呈电芯组件;
5)、焊接上盖板和下盖板,将电芯组件两端的正极耳分别与上盖板和下盖板上的正极柱焊接在一起,负极耳分别与上盖板和下盖板上的负极柱焊接在一起;
6)、上盖板和下盖板焊接完成的电芯组件经过装配、激光焊、电芯烘烤、注液、化成分容后完成制作。
以下是本发明对上述技术方案的进一步优化:
步骤2)中正极片的两侧分别一体设置有呈交错布设的正极耳;负极片的两侧分别一体设置有呈交错布设的负极耳;
所述负极片的长度为正极片的长度加3mm,负极片的宽度为正极片的宽度加3mm。
本发明采用上述技术方案,构思巧妙,结构合理,能够使该多极柱锂离子动力电池具有倍率性能优异、低温性能良好优点,并且该多极柱锂离子动力电池采用双极柱设计,在进行充放电时,其电流通过两个极柱进行冲放电,相当于电流进行分流,使电池的倍率性能大大提升,另外在低温条件下使用时通过每个极柱的电流减小,进而降小了电池的极化现象,进而提高电池的整体性能。
并且采用多极柱设计,该多极柱锂离子动力电池,能够真正实现边充电边放电的功能,其使用一组正负极作为充电极柱使用,而另一组正负极则作为放电极柱使用,提高使用效果。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例的总体结构示意图;
图2为本发明实施例中电芯组件的结构示意图;
图3为本发明实施例中电芯组件剖视图;
图4为本发明实施例中正极片的结构示意图;
图5为本发明实施例中负极片的结构示意图;
图6为检测试验中采用的单极柱电池的结构示意图。
图中:1-铝壳;11-正极柱;12-负极柱;13-上盖板;14-下盖板;2-正极片;21-正极耳;3-负极片;31-负极耳;4-隔膜;5-电芯组件。
具体实施方式
实施例:如图1-5所示,一种多极柱锂离子动力电池,包括铝壳1,所述铝壳1内设置有电芯组件5,所述电芯组件5包括相互堆叠设置的正极片2和负极片3,所述正极片2和负极片3之间设置有隔膜4,所述正极片2的两侧分别一体连接有正极耳21,所述负极片3的两侧分别一体连接有负极耳31,所述正极耳21和负极耳31分别与铝壳1上的正极柱11和负极柱12连接。
所述铝壳1的上下两端分别设置有上盖板13和下盖板14,所述上盖板13和下盖板14分别用于封堵铝壳1的上下两端。
所述上盖板13和下盖板14上分别固定安装有正极柱11和负极柱12,所述上盖板13和下盖板14上的正极柱11和负极柱12分别呈交错布设。
所述正极柱11采用铝连接片制成。
所述负极柱12采用铜镀镍连接片制成。
所述正极片2由激光刀模冲切制成,且正极片2两侧的正极耳21分别呈交错布设。
所述负极片3由激光刀模冲切制成,且负极片3两侧的负极耳31分别呈交错布设。
所述负极片3的整体尺寸均大于正极片2的整体尺寸。
所述负极片3的长度为正极片2的长度加3mm,所述负极片3的宽度为正极片2的宽度加3mm。
这样设计,通过将负极片3的整体尺寸设计成大于正极片2的整体尺寸,使负极片3能够保证完全包覆正极片2,提高电池的整体性能。
所述电芯组件5的叠片顺序为负极片3、隔膜4、正极片2、隔膜4、负极片3,所述电芯组件5的最低端和最上端的极片均为负极片3。
所述电芯组件5可根据电池需要的容量确定叠片的片数。
所述正极片2、负极片3、隔膜4经叠片制备呈电芯组件5后,其正极片2的正极耳21分别设置在电芯组件5的两侧,负极片3的负极耳31分别设置在电芯组件5的两侧。
所述电芯组件5的两侧的正极耳21呈交错布设,所述电芯组件5的两侧的负极耳31呈交错布设。
所述电芯组件5同一侧的正极耳21和负极耳31呈上下平行布设,且正极耳21和负极耳31不重叠。
所述电芯组件5两侧的正极耳21和负极耳31分别与上盖板13和下盖板14上相对应的正极柱11和负极柱12连接。
所述正极耳21采用焊接的方式与正极柱11连接,所述负极耳31采用焊接的方式与负极柱12连接。
所述电芯组件5的正极片2上设置有分隔线AB,所述分隔线AB的左侧电子向正极片2左侧的正极耳21处汇集,最终在该正极耳21处形成最大电流,所述分隔线AB的右侧电子向正极片2右侧的正极耳21处汇集,最终在该正极耳21处形成最大电流。
这样设计,其该多极柱锂离子动力电池进行放电时,通过每个极柱的电流为单极柱电池的一半,能够有效减小了电池极化现象,进而提高电池的整体性能。
并且该多极柱锂离子动力电池采用双极柱设计,可以真正实现边充电边放电功能,其使用一组正负极作为充电极柱使用,而另一组正负极则作为放电极柱使用,提高使用效果。
所述正极片2由20-30μm铝箔作为集流体,上面涂覆有活性浆料,并经烘干后,使活性浆料粘附在集流体铝箔上制成正极片2。
所述活性浆料的具体组份为:磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂,导电剂、粘结剂。
所述磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂,导电剂、粘结剂将混合搅拌制备呈活性浆料。
所述负极片3由10-15μm铜箔作为集流体,上面涂覆有活性浆料,并经烘干后,使活性浆料粘附在集流体铜箔上制成负极片3。
所述活性浆料的具体组份为:磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、导电剂、粘结剂。
所述磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、导电剂、粘结剂将混合搅拌制备呈活性浆料。
如图1-5所示,本发明还提供一种用于制造上述多极柱锂离子动力电池的制造方法,该制造方法包括如下步骤:
1)、正极、负极的制作;
1、正极片2由20-30μm铝箔作为集流体,上面涂覆有活性浆料,经过烘箱烘干后浆料粘附在集流体铝箔上。
2、负极片3由10-15μm铜箔作为集流体,上面涂覆有活性浆料,经过烘箱烘干后浆料粘附在集流体铜箔上。
所述正极片2上的活性浆料为现有技术,通过常规配方和配置工艺获得。
所述负极片3上的活性浆料为现有技术,通过常规配方和配置工艺获得。
2)、极片冲片:采用激光刀模并根据电池正极片2和负极片3的整体形状和尺寸进行冲片。
所述步骤2)中正极片2的两侧分别一体设置有正极耳21,两个正极耳21呈交错布设。
所述步骤2)中负极片3的两侧分别一体设置有负极耳31,两个负极耳31呈交错布设。
所述步骤2)中,负极片3的整体尺寸均大于正极片2的整体尺寸,且负极片3的长度为正极片2的长度加3mm,负极片3的宽度为正极片2的宽度加3mm。
3)、极片烘烤:在真空状态下(真空度<-0.09MPa)对正极片2和负极片3进行烘烤,正极片2在95~110℃温度下烘烤,箱内温度升至95℃开始计时,烘烤24小时;
负极片3在温度为80~100℃下烘烤,箱内温度升至80℃开始计时,烘烤12小时,烘烤过程中每隔 40min充1次氮气,保持20min氮气环境,然后在真空状态下冷却极片到40℃以下,取出正极片2和负极片3测量水分,要求水分值小于600ppm。
4)、叠片制作电芯组件:所述叠片方式为负极片3、隔膜4、正极片2、隔膜4、负极片3的叠片结构,所述隔膜4采用厚度为20μm的隔膜,叠片完成后成卷芯制备呈电芯组件5;
所述步骤4)中,可根据电池需要的容量确定叠片的片数。
所述步骤4)中,电芯组件5的最低端和最上端的极片均为负极片3。
所述步骤4)中叠片时,电芯组件5的两端各有一个正极耳21和一个负极耳31,所述电芯组件5同一侧的正极耳21和负极耳31分别布设在电芯组件5的上、下部位,且不重叠。
5)、焊接上盖板和下盖板,叠片完成的电芯组件5进行焊接,将电芯组件5两端的正极耳21分别与上盖板13和下盖板14上的正极柱11焊接在一起,负极耳31分别与上盖板13和下盖板14上的负极柱12焊接在一起。
6)、上盖板和下盖板焊接完成的电芯组件5经过装配、激光焊、电芯烘烤、注液、化成分容后完成制作。
所述装配、激光焊、电芯烘烤、注液、化成分容的方法均为现有技术,采用常规装配、激光焊、电芯烘烤、注液、化成分容的方法即可。
下面结合示图1、2进行技术原理分析:
电池进行充放电时,其电池的两个正极柱11分别与充放电柜的正极连接,所述电池的两个负极柱12分别与充放电柜的负极连接。
以50A电流为例进行性能优势分析。
进行充电时,锂离子由正极片2通过电解液、隔膜4游离到负极片3上,电子通过正极片2的集流体(一般为铝箔)经上盖板13和下盖板14上的正极连接片、正极柱11、外导线到负极柱12。
如图4为该多极柱锂离子动力电池的极片,分隔线AB的左侧电子向左侧的正极耳21处汇集,最终在该正极耳21处形成最大电流,该最大电流为25A,分隔线AB的右侧电子向右侧的正极耳21处汇集,最终在该正极耳21处形成最大电流,该最大电流为25A。
如图6为单极柱电池的极片,电子向正极耳M处汇集,最终在M处形成最大电流50A,放电时,反之。
由此可以看出,在用同样大小的电流进行充放电时,单极柱电池的极片集流体局部电流密度要大于该多极柱锂离子动力电池;而集流体电流大小是导致电池内部发热的主要原因。
由上可以总结出,该多极柱锂离子动力电池的倍率性能要优于单极柱电池。
目前锂离子电池普遍低温性能差,在低温条件下进行放电时,电池会发生极化现象,而极化现象与电流大小成正比,电流越大极化现象越严重。
该多极柱锂离子动力电池在低温条件下进行放电时,通过每个极柱的电流为单极柱电池的一半,能够有效减小了电池极化现象,进而提高电池的整体性能。
另外,采用多极柱锂离子动力电池,可以真正实现边充电边放电的功能,其使用一组正负极作为充电极柱使用,而另一组正负极则作为放电极柱使用,提高使用效果。
对于本领域的普通技术人员而言,根据本发明的教导,在不脱离本发明的原理与精神的情况下,对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多极柱锂离子动力电池,包括铝壳(1),其特征在于:铝壳(1)内设置有电芯组件(5),电芯组件(5)包括正极片(2)和负极片(3),正极片(2)和负极片(3)之间设置有隔膜(4),正极片(2)的两侧分别一体连接有正极耳(21),负极片(3)的两侧分别一体连接有负极耳(31),正极耳(21)和负极耳(31)分别与铝壳(1)上的正极柱(11)和负极柱(12)连接;
电芯组件(5)同一侧的正极耳(21)和负极耳(31)呈上下平行布设,且正极耳(21)和负极耳(31)不重叠。
2.根据权利要求1所述的一种多极柱锂离子动力电池,其特征在于:正极片(2)由激光刀模冲切制成,正极片(2)两侧的正极耳(21)分别呈交错布设。
3.根据权利要求2所述的一种多极柱锂离子动力电池,其特征在于:负极片(3)由激光刀模冲切制成,负极片(3)两侧的负极耳(31)分别呈交错布设。
4.根据权利要求3所述的一种多极柱锂离子动力电池,其特征在于:负极片(3)的整体尺寸均大于正极片(2)的整体尺寸。
5.根据权利要求4所述的一种多极柱锂离子动力电池,其特征在于:铝壳(1)的上下两端分别设置有上盖板(13)和下盖板(14),上盖板(13)和下盖板(14)分别用于封堵铝壳(1)的上下两端。
6.根据权利要求5所述的一种多极柱锂离子动力电池,其特征在于:正极柱(11)和负极柱(12)分别固定安装在上盖板(13)和下盖板(14)上,上盖板(13)和下盖板(14)上的正极柱(11)和负极柱(12)分别呈交错布设。
7.根据权利要求6所述的一种多极柱锂离子动力电池,其特征在于:电芯组件(5)的叠片顺序为负极片(3)、隔膜(4)、正极片(2)、隔膜(4)、负极片(3),电芯组件(5)的最低端和最上端的极片均为负极片(3)。
8.一种多极柱锂离子动力电池的制造方法,其特征在于:基于权利要求1-7任一项所述的多极柱锂离子动力电池,该制造方法包括如下步骤:
1)、正极、负极的制作;
1、正极片(2)由20-30μm铝箔作为集流体,上面涂覆有活性浆料,经过烘箱烘干后浆料粘附在集流体铝箔上;
2、负极片(3)由10-15μm铜箔作为集流体,上面涂覆有活性浆料,经过烘箱烘干后浆料粘附在集流体铜箔上;
2)、极片冲片:根据电池正极片(2)和负极片(3)的整体形状和尺寸进行冲片;
3)、极片烘烤:在真空状态下对正极片(2)和负极片(3)进行烘烤;
4)、叠片制作电芯组件:叠片方式为负极片(3)、隔膜(4)、正极片(2)、隔膜(4)、负极片(3)的叠片结构,叠片完成后成卷芯制备呈电芯组件(5);
5)、焊接上盖板和下盖板,将电芯组件(5)两端的正极耳(21)分别与上盖板(13)和下盖板(14)上的正极柱(11)焊接在一起,负极耳(31)分别与上盖板(13)和下盖板(14)上的负极柱(12)焊接在一起;
6)、上盖板和下盖板焊接完成的电芯组件(5)经过装配、激光焊、电芯烘烤、注液、化成分容后完成制作。
9.根据权利要求8所述的一种多极柱锂离子动力电池的制造方法,其特征在于:步骤2)中正极片(2)的两侧分别一体设置有呈交错布设的正极耳(21);负极片(3)的两侧分别一体设置有呈交错布设的负极耳(31)。
10.根据权利要求9所述的一种多极柱锂离子动力电池的制造方法,其特征在于:所述负极片(3)的长度为正极片(2)的长度加3mm,负极片(3)的宽度为正极片(2)的宽度加3mm。
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