CN201340886Y

CN201340886Y - 一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构

Info

Publication number: CN201340886Y
Application number: CNU2008201449037U
Authority: CN
Inventors: 阳晓霞; 程君; 冯辉; 张明慧; 许刚
Original assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Current assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2018-12-25

Abstract

一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构涉及一种对电池结构，特别是对高容量聚合物锂离子电池结构的改进。本实用新型由多个单体极组并联构成，单体极组之间的正、负极极耳分别对应焊接。正、负极极耳的焊接位置分别设置于电池正极和负极上设置的可热熔极耳胶至极组隔膜之间；在可热熔极耳胶以下至正、负极极片边缘之间的极耳外表面，包括极耳焊接部位均粘贴有保护胶带。本实用新型可以避免局部大电流造成的热量积聚，有效的缩短了热传导的距离，而且使电池极组内的热量能够通过多个极耳迅速地散发。每个极组可将外界条件造成的电池内短路产生的热量迅速传递和分散。本实用新型可采用半自动和全自动卷绕工艺制作，有效地保证了电芯的一致性和可靠性，适用于批量生产。

Description

一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构

技术领域

本实用新型涉及一种对电池结构，特别是对高容量聚合物锂离子电池结构的改进。

背景技术

自日本sony能源公司20世纪90年代商品化锂离子电池以来，随着锂离子电池在各种电器中的不断应用和推广，其比能量高，电压平台高的优点越来越被大家所认可。然而，高容量及动力型锂离子电池由于安全性能难以满足要求而成为其商业化推广的主要制约因素。当电池发生外部短路或内部短路时将产生几百安培的过大电流，外部短路时电池瞬间大电流放电，在内阻上消耗大量能量，产生巨大热量，内部短路形成大电流，温度上升导致隔膜熔化，短路面积扩大，进而形成恶性循环。电解液的主要成分为碳酸酯，闪点很低，沸点也较低，如电池出现过热，热量不能迅速传导和散失掉，将导致电解液中的碳酸酯被氧化和还原，产生大量气体和更多的热，电池内压急剧上升将引起爆炸。聚合物电解质锂离子电池也没有从根本上解决此安全问题，同样使用钴酸锂和有机电解液，而且电解液不易泄漏，将会发生更猛烈的燃烧，燃烧是聚合物电池最大的安全问题。

锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。目前，对于高容量聚合物锂离子电池一般采用叠片制作工艺，此方法需要精准、复杂的工装设备作为支持，以及大量的人工操作；但采用现有成熟的半自动和全自动卷绕工艺，则电池的散热效果差，需要考虑更安全的结构。

实用新型内容

本实用新型的目的是通过提供一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，可以使电池体内热量均匀分布且快速分散，进而克服了上述现有技术中存在的问题。

本实用新型所述的一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，由多个单体极组并联构成，电池的单体极组采用卷绕方式制作，单体极组之间的正、负极极耳分别对应焊接。

正、负极极耳的并联焊接位置分别设置于一个正极极耳和一个负极极耳上的可热熔极耳胶至极组隔膜之间；在可热熔极耳胶以下至正、负极极组隔膜之间的极耳外表面和极耳焊接部位均粘贴有保护胶带。进而可以防止极耳上传导的大量热将极耳附近的隔膜熔解，从而引起电池内部短路。

所述的可热熔极耳胶可以设置在一个较长的正极极耳和一个较长的负极极耳上，其余的正、负极极耳不设置可热熔极耳胶，并被分别焊接在较长的正极极耳或者较长的负极极耳上设置的可热熔极耳胶至极组隔膜之间的焊接位置。

所述的较长的正极极耳和较长的负极极耳可以为同一个单体极组的正极极耳和负极极耳，也可以分别为并联极组中两个不同单体极组的正极极耳和负极极耳。

所述单体极组的正、负极极耳可以同时设置在该极组的内部或者外部，也可以分别设置在该极组的内部和外部。

所述单体极组分别设置有一对也可以是一对以上的正、负极极耳。

极耳之间的焊接为极耳对极耳的直接焊接，也可以为转焊镍条或镍铝条后再进行焊接的连接方式。

所述单体极组正极极耳的材质为铝，负极极耳的材质为铜镀镍。

所述单体极组的结尾采用高热导率的铜箔和/或者铝箔，当极组中同时使用铜箔和铝箔时，以铜箔结尾。

单体极组最外圈的金属箔体为铜箔，其厚度范围为8～25um，铜箔的圈数为0.5圈～2圈，同时也可包含0.5圈～3圈铝箔，铝箔厚度为8～25um，最后均以铜箔收尾。

单体极组最外圈的金属箔体是延长的集流体，或者是独立包裹在极组外的金属薄膜。

所述聚合物锂离子电池的外壳为常规的聚合物材料制成，电池采用常规的热封口工艺和热作用下的现场聚合技术制备。

本实用新型对电池结构的上述改进，根据并联分流原理将作用在高容量电池上的大电流均匀分布到多个单体极组上，避免局部大电流造成的热量积聚；同时，通过将电池分成多个极组，也使得正负极极片长度缩短，每个极组通过宽极耳进行集流，不仅有效的缩短了热传导的距离，而且使极组内的热量能够通过不同位置的多个极耳迅速地散发。每个极组以高导电导热的金属箔体结尾，可将外界条件造成的电池内短路(如针刺等情况)产生的热量迅速传递和分散。同时，采用此结构方式的电池极组可采用半自动和全自动卷绕工艺制作，有效地保证了电芯的一致性和可靠性，适用于批量生产。

附图说明

附图1为本实用新型两只单体极组并联时的结构示意图；

附图2为本实用新型两只单体极组并联，极耳设置在极组内部的结构示意图；

附图3为本实用新型单体极耳设置在极组外部时的并联结构示意图；

附图4为本实用新型并联的极组以金属箔体结尾，并同时起集流作用的结构示意图；

附图5、附图6和附图7是采用2只极组并联和采用1个极组制作的9Ah电池的安全测试数据对比；

附图8为本实用新型极组设置多个极耳的结构示意图；

附图9为本实用新型极组结尾包裹金属箔体的结构示意图。

附图中：外壳1、单体极组2、可热熔极耳胶3、正极极耳4、负极极耳5、单体极组6、正极极耳7、负极极耳8、焊接位置9、保护胶带10、铜箔12、铝箔11、隔膜13、多个负极极耳14、多个正极极耳15、金属铜箔16。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的部分实施例作进一步的描述：

实施例1

如附图1所示，A、B图分别为单体极组2、单体极组6的示意图，C图为上述二个单体极组焊接后的极组示意图。其中外壳1为常规的聚合物材料，单体极组的较长的正极极耳4、负极极耳5上分别设置有可热熔极耳胶3。单体极组6正极极耳7、负极极耳8上未设置可热熔极耳胶3。上述正极极耳的材质为铝，负极极耳的材质为铜镀镍。单体极组2的正极极耳4、负极极耳5上设置的可热熔极耳胶3的位置分别相对高于极组6的正极极耳7和负极极耳8的高度。将正极极耳7和负极极耳8分别采用超声波焊接和激光焊接方式，焊接于正极极耳4、负极极耳5的焊接位置9处。可热熔极耳胶以下至正、负极极片隔膜13之间的极耳外表面，包括极耳焊接部位，均采用60um厚度的高强度、耐高温(300-400℃)的保护胶带10进行双面粘贴，以防止传递到极耳的热量导致隔膜的熔解和收缩，同时避免可能由于焊接产生的毛刺和不平整刺破外壳而产生安全隐患。所述的保护胶带可以为市售的亚克力胶带或硅胶带。

附图2展示了正、负极极耳设置在二只并联的单体极组内部时的并联连接状态。

附图3展示了正、负极极耳设置在二只并联的单体极组外部的并联连接状态。其中A图为正、负极极耳分别设置在二只单体极组的示意图，B图为A图的并联连接状态的部分结构示意图。当正、负极极耳设置在单体极组外部时，两只单体极组的正、负极极耳的位置应成镜像，采用背靠背的方式焊接组合。

如图4所示，单体极组2和6的结尾方式为：三层(1.5圈)铜箔12和一层(0.5圈)铝箔11；铝箔厚度为20um，铜箔厚度为15um，隔膜13厚度为25um，隔膜结尾长度比铜箔、铝箔长20-40mm。

正极片的活性物质主要成分为钴酸锂，负极片的活性物质主要成分为改性天然石墨。采用LiPF6/EC/PC/EMC基电解液，并添加0-2.0％的防过充添加剂PCS。采用厚度为25-27um的涂胶聚合物隔膜，采用现场热聚合工艺使隔膜表面涂覆的聚合物胶质与正负极中的聚合物胶质产生聚合交联作用，使隔膜与正极、负极片紧紧的粘连在一起。

将具有附图1或者2所示的单体极组并联结构的9Ah电池进行相关的性能测试和60℃短路、1C/6V过充、针刺实验等安全性能测试，并与单体极组结构的9Ah电池进行针刺实验对比，得到如附图5、附图6和附图7的实验数据。其中附图5为60℃短路试验曲线图，附图6为1C/6V过充试验曲线图，附图7针刺实验曲线图。附图7的左图为二只单体极组并联9Ah电池针刺实验曲线图，右图为一只单体极组9Ah电池针刺实验曲线图。上述附图中，1#代表第一只测试电池，2#代表第二只测试电池，3#代表第三只测试电池。从实验数据可看出：采用单体极组并联结构的9Ah电池进行60℃短路实验，电池最高温度不超过90℃；进行3mm钢针针刺实验，电池的最高温度不超过85℃；而采用单只极组结构的电池在针刺过程中冒烟、起火燃烧。说明一个极组结构电池散热能力差，电池体内热量积聚，导致电池热失效，起火燃烧，而拆分成两支极组并联，以铜箔结尾和多极耳结构时，此高容量电池具有很强的散热能力，可保证电池的针刺安全性能

实施例2：

如图8所示，按照实施例1中的单体极组焊接方式，将两只单体极组并联组合，并同时采用设置多个正极极耳和多个负极极耳的结构达到散热的效果。本实施例是在正负极片的不同位置分别设置了三个负极极耳14(在附图中全部标出)和三个正极极耳15(在附图中全部标出)，采用实施例1中相同的极耳焊接方式将正、负极极耳分别焊接在一起。

同时还可以如图9所示，在两只单体极组的外圈分别包裹一圈或几圈金属铜箔16。

Claims

1.一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，由多个单体极组并联构成，电池的单体极组采用卷绕方式制作，单体极组之间的正、负极极耳分别对应焊接，其特征在于正、负极极耳的并联焊接位置分别设置于一个正极极耳和一个负极极耳上的可热熔极耳胶至极组隔膜之间；在可热熔极耳胶以下至正、负极极组隔膜之间的极耳外表面和极耳焊接部位均粘贴有保护胶带。

2.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，其特征在于所述的可热熔极耳胶设置在一个较长的正极极耳和一个较长的负极极耳上，其余的正、负极极耳不设置可热熔极耳胶，并被分别焊接在较长的正极极耳或者较长的负极极耳上设置的可热熔极耳胶至极组隔膜之间的焊接位置。

3.根据权利要求2所述的一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，其特征在于所述的较长的正极极耳和较长的负极极耳为同一个单体极组的正极极耳和负极极耳，或者分别为并联的不同单体极组的正极极耳和负极极耳。

4.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，其特征在于所述单体极组的正、负极极耳同时设置在该极组的内部或者外部，或者分别设置在该极组的内部和外部。

5.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，其特征在于所述单体极组分别设置有一对或者一对以上的正、负极极耳。

6.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，其特征在于极耳之间的焊接为极耳对极耳的直接焊接，或者为转焊镍条或镍铝条后再进行焊接的连接方式。

7.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，其特征在于所述单体极组正极极耳的材质为铝，负极极耳的材质为铜镀镍。

8.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，其特征在于所述单体极组的结尾采用高热导率的铜箔和/或者铝箔，当极组中同时使用铜箔和铝箔时，以铜箔结尾。

9.根据权利要求1或者8所述的一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，其特征在于单体极组最外圈的金属箔体为铜箔，其厚度范围为8～25um，铜箔的圈数为0.5圈～2圈，同时也可包含0.5圈～3圈铝箔，铝箔厚度为8～25um，最后均以铜箔收尾。

10.根据权利要求1或者8所述的一种具有快速散热能力的聚合物锂离子电池结构，其特征在于单体极组最外圈的金属箔体是延长的集流体，或者是独立包裹在极组外的金属薄膜。