CN201311953Y

CN201311953Y - 一种锂离子电池

Info

Publication number: CN201311953Y
Application number: CNU2008202140410U
Authority: CN
Inventors: 胡存跃; 张兆华; 张亚召
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2018-11-27

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池，包含电芯、非水电解液、电池壳体和密封电池壳体的盖板，电芯和非水电解液密封在电池壳体内，该电池还包括第一弹性件；第一弹性件设置在电池壳体内壁上；第一弹性件具有弹性，第一弹性件与电池壳体内壁之间具有空隙。本实用新型解决了现有技术中电芯膨胀导致电池变形、电池性能下降以及安全性差的问题。

Description

一种锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及一种电池，特别是一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池在使用过程中，电池电芯膨胀且电池壳体内部气体增加，导致电芯各部分的膨胀幅度不均匀，电池壳体的膨胀变形较大。另外，在电池实际使用过程中，电池极片膨胀导致正、负极间距增加，锂离子运动距离加大，导致电池循环性能下降。

目前，普通电池的电池壳体内壁为平板式结构，具有这种电池壳体的电池在电芯膨胀时极易变形，导致电池的循环性能下降。

现有技术中公开了一种方形锂离子电池壳体，包括两大面和两小面，该两大面和两小面围成长方体状的中空壳体，在两大面上形成有加强筋，如图6所示。该加强筋能减小电池壳体的膨胀变形，但设置加强筋后减小了电池壳体的内部空间，会减少电解液的含量，电池的性能下降；且改加强筋为刚性结构，直接抵抗电池膨胀时产生的应力，存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术中存在的电芯膨胀导致电池变形、电池性能下降以及安全性差问题。

本实用新型提供了一种锂离子电池，包含电芯、非水电解液、电池壳体和密封电池壳体的盖板，所述电芯和非水电解液密封在电池壳体和盖板形成的空间内，该电池还包括第一弹性件；第一弹性件设置在电池壳体与电芯之间；第一弹性件具有弹性，第一弹性件与电池壳体内壁之间具有空隙。

本实用新型结构的有益效果是：第一弹性件可以把电池膨胀过程中的压力分散到电池壳体的边缘，使整个电池壳体受到的压力分布均匀，有效抑制电池壳体局部膨胀变形；且所述第一弹性件在把压力传递到电池壳体边缘过程中，会将压力减缓或消除，电池安全性能好；同时，电池壳体会给电芯一个反作用力，使电芯更加紧密，电池在使用过程中正、负极之间保持较短距离；另外第一弹性件与电池壳体内壁间具有空隙，可供电解液存放及移动，因而可充分利用电池内部空间，提高电池各种性能。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步详细的说明：

图1是本实用新型具体实施方式的结构示意图。

图2是本实用新型具体实施方式的第一弹性件的立体结构示意图。

图3是本实用新型具体实施方式的结构示意图。

图4是本实用新型具体实施方式的第一弹性件的立体结构示意图。

图5是图1的剖面效果示意图。

图6是现有电池的立体结构示意图。

1——电池壳体；2——电芯；3——第一弹性件；4——加强筋；L——第一弹性件与小面的距离；W——外壳宽度。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种锂离子电池，包含电芯、非水电解液、电池壳体和密封电池壳体的盖板，所述电芯和非水电解液密封在电池壳体和盖板形成的空间内，该电池还包括第一弹性件；第一弹性件设置在电池壳体与电芯之间；第一弹性件具有弹性，第一弹性件与电池壳体内壁之间具有空隙。

第一弹性件的横截面为圆弧状，例如可以为一体式圆弧或者多个小圆弧拼成的分体结构。综合考虑第一弹性件的弹性性能和电池壳体内部空间的利用，在圆弧对应的圆上，该圆弧的圆心角优选为6-50°，更优选为20-30°。

第一弹性件为一类能耐电解液腐蚀且具有弹性的材料，能承受的最大挤压力为10N。优选情况下，第一弹性件可以为塑胶、橡胶、树脂，更优选为橡胶。

第一弹性件设置在电池壳体内壁上，结构可为片状或者薄板状。优选情况下，第一弹性件的厚度为2-5mm。

第一弹性件与所述外壳间留有空隙，可以用作非水电解液的存放和移动，使电池内部空间得到充分利用，不会影响电池的容量和充放电性能。

所述电池壳体为本领域人员所公知的各种电池壳体，例如常用的钢壳或铝壳，所述电池壳体可以为各种形状，例如方形、圆柱形、椭圆形。

电池膨胀时，电芯中正、负极片间距增加，电芯会挤压第一弹性件。第一弹性件把电芯的压力分散到电池壳体的边缘，从而使整个电池壳体的压力分布均匀，防止电池壳体局部膨胀变形。同时，电池壳体会通过第一弹性件给电芯一个反作用力，挤压电芯使电芯更加紧密，电芯中的正、负极片间距缩小。

所述电池还可以包括第二弹性件。第二弹性件的材料与第一弹性件相同，具有弹性。

第二弹性件的位置与电池壳体的形状有关，例如当电池壳体为方形，包括两大侧面和两小侧面，第二弹性件设置于盖板与电芯之间，第二弹性件与盖板内壁之间具有空隙；当电池壳体为方形，且包括两大侧面、两小侧面和一个底面时，第二弹性件设置于盖板下和/或底面上，例如可以设置在盖板与电芯之间和/或底面与电芯之间，第二弹性件与盖板和/或底面之间具有空隙。

第二弹性件的横截面为圆弧状，例如可以为一体式圆弧或者多个小圆弧拼成的分体结构。在圆弧对应的圆上，该圆弧的圆心角优选为6-50°，更优选为20-30°。电池使用过程中电芯发生膨胀，挤压第二弹性件，同时第二弹性件给电芯一个反作用力从而有效防治电池壳体的膨胀变形。

下面结合附图来对本实用新型作详细说明。

如图1所示，本实用新型的电池为方形锂离子二次电池。所述电池包含包括电池壳体1、电芯2、非水电解液和封闭电池壳体1的盖板。所述电芯2和非水电解液密封在电池壳体1和盖板形成的空间内；该电池还包括第一弹性件3；第一弹性件3设置在电池壳体1内壁上；第一弹性件3与电池壳体1内壁之间具有空隙。

如图1所示，第一弹性件3设置在电池壳体1与电芯2之间。电池壳体1为方形壳体，包括两大面、两小面和一个底面，第一弹性件3设置于方形壳体的两大面内壁上。

第一弹性件3为片状橡胶材料，能承受的最大挤压力为10N。

如图1所示，第一弹性件3的横截面为一体式圆弧。第一弹性件3的立体结构示意图如图2所示。在该一体式圆弧对应的圆上，圆弧对应的圆心角为6-50°，优选为20-30°。第一弹性件3与电池壳体1之间具有空隙，非水电解液可填充存放及移动，充分利用电池空间。

如图3所示，第一弹性件3的横截面为多个小圆弧拼成的分体结构。第一弹性件3的立体结构示意图如图4所示。在圆弧对应的圆上，各个小圆弧的圆心角为6-50°，优选为20-30°。第一弹性件3与电池壳体1之间具有空隙，非水电解液可填充存放及移动，充分利用电池空间。

如图5所示，优选情况下，第一弹性件3的宽度比电池壳体1的宽度小，使得第一弹性件3与电池壳体1的两大侧面内部的空间和第一弹性件3与电芯2之间的空间连通，非水电解液能够填充及移动。更优选情况下，第一弹性件3到两小侧面的距离相等，均记为L；外壳1的宽度为W。L与W满足关系式：0＜L/W＜0.25。

电芯2由正极片、隔膜和负极片组成。所述隔膜为本领域公知的锂离子电池隔膜。隔膜设置于正极和负极之间，具有电绝缘性能和液体保持性能。所述隔膜可以选自本领域技术人员公知的锂离子二次电池中所用的各种隔膜，例如聚烯烃微多孔膜、聚乙烯毡、玻璃纤维毡或超细玻璃纤维纸。

所述正极片、负极片为本领域公知的负载有活性物质的锂离子电池的正极片、负极片。本实用新型所用一种正极片或负极片由敷料区和作为极耳的未敷料区两部分组成。敷料区是通过将定量浆料均匀对称涂布在电极集流体上制得；与集流体长度方向平行的一端预留或刮出一块具有一定宽度的未敷料区域作为极耳，极耳与极片的长度相同。正、负极片的未敷料区即极耳分别位于敷料区的相对端，即当正极片的未敷料区位于正极片的上端时，则负极片未敷料区位于负极片的下端；当正极片的未敷料区位于正极片的下端时，则负极片未敷料区位于负极片的上端。

电芯2为叠片式电芯，将正极、隔膜、负极依次间隔层叠形成叠片式电芯。

将电芯装入本实用新型所提供的电池壳体组件中，注入非水电解液，通过电池盖板密封，得到本实用新型所提供的电池。

本实用新型中所述的非水电解液以及盖板的结构或组成及其制备方法等为本领域技术人员所公知，本实用新型对其没有特别的限定。

【实施例1】

本实施例说明本实用新型提供的一种电池壳体组件以及包含所述电池壳体组件的电池。

(1)正极片的制备

将100重量份商购的LiCoO₂、5重量份粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、8重量份导电剂乙炔黑加入到80重量份N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，然后在真空搅拌机中搅拌形成稳定、均一地分散正极材料浆料。

将该正极浆料均匀地涂覆在宽为400mm、厚为20μm的宽幅铝箔的两侧，然后，在100℃下真空烘干、辊轧，在分切机上分切成正极片。

采用2.0MPa的压力将正极片辊压，正极片的双面面密度为14mg/cm²。

(2)负极片的制备

将100重量份负极活性物质天然石墨、4重量份粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)、4重量份导电剂炭黑加入到40重量份二甲亚砜(DMSO)中，再加入0.3重量份分散剂(聚异丁烯丁二酰亚胺∶聚环氧乙烷醚＝1∶1)，然后在真空搅拌机中搅拌形成稳定、均一的负极材料浆料。

将负极浆料均匀地涂布在宽为425mm、厚为10μm的宽幅铜箔上，经120℃烘干、辊轧之后得到宽为400mm、厚为145μm的含有负极材料的宽幅铜箔，在分切机上分切成负极片。

采用1.5MPa的压力将负极片进行辊压。

(3)电池的装配

将LiPF₆与碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)配置成LiPF6浓度为1.0摩尔/升的溶液(EC/DEC的体积比为1∶1)，得到非水电解液。将(1)得到的正极片、隔膜，(2)得到的负极片依次用卷绕机层叠卷绕成涡卷状的电芯。

将得到的电芯放入一端开口的方形电池钢壳中，该方形电池钢壳的两个较大的侧面内壁设有第一弹性件，所述第一弹性件的横截面为一体式圆弧，在圆弧对应的圆上，该圆弧的圆心角为25°，第一弹性件与方形电池壳体小面的距离L均为4.0mm，钢壳的宽度W为40.0mm，L/W＝0.1。将上述非水电解液以4.0g/Ah的量加入该电池壳中，通过电池盖板密封后即得本实用新型的锂离子二次电池，记为A1。该电池立体结构示意图如图1所示。

【实施例2】

与实施例1所不同的是：第一弹性件的横截面为多个小圆弧拼成的分体结构，在圆弧各自对应的圆上，所有小圆弧的圆心角均为30°，第一弹性件与方形电池壳体小面的距离L为4.8mm，与钢壳的宽度W为40mm，L/W＝0.12。所得到的锂离子二次电池，记为A2。该电池立体结构示意图如图2所示。

【实施例3】

与实施例1所不同的是：第一弹性件的横截面为一体式圆弧，在圆弧对应的圆上，该圆弧的圆心角为40°，第一弹性件与方形电池壳体小面的距离L为10.0mm，与钢壳的宽度W为40mm，L/W＝0.25。所得到的锂离子二次电池，记为A3。该电池立体结构示意图如图1所示。

【实施例4】

与实施例1所不同的是：第一弹性件的横截面为一体式圆弧，在圆弧对应的圆上，该圆弧的圆心角为70°，第一弹性件与方形电池壳体小面的距离L为8.0mm，与钢壳的宽度W为40mm，L/W＝0.20。所得到的锂离子二次电池，记为A4。该电池立体结构示意图如图1所示。

【实施例5】

与实施例1所不同的是：第一弹性件的横截面为一体式圆弧，在圆弧对应的圆上，该圆弧的圆心角为30°，第一弹性件与方形电池壳体小面的距离L为20.0mm，与钢壳的宽度W为40mm，L/W＝0.5。所得到的锂离子二次电池，记为A5。该电池立体结构示意图如图1所示。

【对比例1】

与实施例1所不同的是：方形电池钢壳内壁没有第一弹性件。最后得到锂离子二次电池，记为D1。

【对比例2】

与实施例1所不同的是：所述方形电池钢壳较大的两个侧面内壁设有加强筋。最后得到锂离子二次电池，记为D2。该电池立体结构示意图如图3所示。

电池测试：

(1)电池常温循环性能测试：将上述A1-A5以及D1-D2所得的锂离子电池，以1C恒流恒压充电充电至4.2V，搁置5分钟，用1C放电至3.0V，所得容量记为初始容量。再以1C恒流恒压充电至4.2V，然后以1C过充电1小时，搁置5分钟，用1C放电至3.0V，重复以上步骤250次，得到电池250次循环后1C放电至3.0V的容量，记为剩余容量。剩余容量比＝剩余容量/初始容量×100％。测试结果如表1所示。

(2)内阻和放电平台测试：采用电池测试内阻仪(广州擎天公司，BS-VR)测量上述A1-A5以及D1-D2所得的锂离子电池的首次内阻R0和循环250次后的内阻R250；采用广州蓝奇BS9300电池测试柜记录锂离子电池的放电中值电压，记为锂离子电池的放电平台，分别测试锂离子电池的首次放电平台U0和循环250次后的放电平台U250。测试结果如表2所示。

(3)大电流放电倍率测试：将上述A1-A5以及D1-D2所得的锂离子电池(每种条件30支电池，取其平均值)1C(900mA)恒压充电至4.2V，搁置10分钟，然后5C(4500mA)放电至3.0V，记录此时的放电容量，记为C1；然后以0.2C继续放电至3.0V为止，记录继续放电的放电容量，记为C2。放电倍率＝C1/(C1+C2)×100％。测试结果如表3所示。

表1电池常温循环性能测试结果

表2电池内阻和放电平台测试结果

表3大电池放电倍率测试结果

从上表1-3可知，本实用新型提供的电池的常温循环性能高、内阻增加少、放电平台高且大电流放电倍率高于现有技术的各种电池。

从A1～A5与D2的测试结果比较可以看出，现有技术中在电池壳体内部设置加强筋，虽然能抵挡电池壳体变形，但是由于加强筋的存在，减小了电池壳体的内部空间，使得电池的循环性能以及大电流放电倍率均较低。

从A1～A3与A4的测试结果比较还可以看出，采用本实用新型的优选情况即所述第一弹性件的横截面的圆弧的圆心角为6～50°时，电池的常温循环性能更好，大电流放电倍率更高。

Claims

1、一种锂离子电池，包含电芯、非水电解液、电池壳体和密封电池壳体的盖板，所述电芯和非水电解液密封在电池壳体和盖板形成的空间内，其特征在于：还包括第一弹性件；

第一弹性件设置在电池壳体与电芯之间；第一弹性件具有弹性，第一弹性件与电池壳体内壁之间具有空隙。

2、根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述第一弹性件的横截面为一体式圆弧或多个小圆弧拼成的分体结构。

3、根据权利要求2所述的电池，其特征在于：在所述圆弧对应的圆上，该圆弧的圆心角为6-50°。

4、根据权利要求3所述的电池，其特征在于：在所述圆弧对应的圆上，该圆弧的圆心角为20-30°。

5、根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述第一弹性件能承受的最大挤压力为10N。

6、根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电池壳体为方形，包括两大侧面、两小侧面，第一弹性件设置于电池壳体的两大侧面内壁与电芯之间。

7、根据权利要求6所述的电池，其特征在于：第一弹性件与两小侧面之间留有距离，第一弹性件到两小侧面的距离均为L，L与外壳的宽度W满足关系式：0＜L/W＜0.25。

8、根据权利要求1所述的电池，其特征在于：还包括第二弹性件；

电池壳体为方形，包括两大侧面、两小侧面；所述第二弹性件设置于盖板与电芯之间；

第二弹性件具有弹性；第二弹性件与盖板内壁之间具有空隙。

9、根据权利要求1所述的电池，其特征在于：还包括第二弹性件；

电池壳体为方形，包括两大侧面、两小侧面和一个底面；所述第二弹性件设置于盖板与电芯之间和/或底面与电芯之间；

第二弹性件具有弹性；第二弹性件与盖板和/或底面之间具有空隙。

10、根据权利要求8或9任一项所述的电池，其特征在于：所述第二弹性件的横截面为一体式圆弧或多个小圆弧拼成的分体结构。