CN201349037Y - 一种高功率的锂离子电池 - Google Patents

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CN201349037Y CNU2008202067152U CN200820206715U CN201349037Y CN 201349037 Y CN201349037 Y CN 201349037Y CN U2008202067152 U CNU2008202067152 U CN U2008202067152U CN 200820206715 U CN200820206715 U CN 200820206715U CN 201349037 Y CN201349037 Y CN 201349037Y
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玉朝琛
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Abstract

本实用新型公开了一种高功率的锂离子电池，该高功率锂离子电池包括壳体、设置在壳体内的电芯、填充在壳体的内壁与电芯之间的电解质以及间隔设置在壳体上的正极柱和负极柱，其中，电芯包括至少一个与正极柱电连接的正极极板以及至少一个与负极柱电连接的负极极板，其中，每个正极极板和/或每个负极极板套在每个隔膜袋中。通过以上构造，使得本实用新型的高功率锂离子电池制作成本低、大倍率充放电性能好并且安全性能优异。

Description

一种高功率的锂离子电池
技术领域
本实用新型涉及一种高功率的锂离子电池，更具体地，本实用新型涉及一种采用袋状隔膜的高功率锂离子动力电池。
背景技术
近年来，随着对不可再生能源危机和环境保护的重视，绿色环保的锂离子电池在电动车、电动工具和电动玩具等方面的应用取得了快速发展。而锂离子电池在以上领域应用时，需要瞬时大电流工作，此时电池内阻较大，电极极耳发热严重，电池整体温度过度升高，造成安全性和循环寿命方面的重大隐患。因此高功率锂离子动力电池要求具有大电流放电特性和高的安全性能。
目前，方形的高功率锂离子动力电池主要采用卷绕和叠层方式的芯子，装在具有防爆阀的壳体中组装而成。卷绕方式的高功率锂离子动力电池大都采用单一芯子或多卷芯并联而成，此方式的芯子制备工艺简单，但此工艺电池充放电过程中电流密度分布不均匀、内阻高、发热量大、大电流放电性能差；叠层结构的电池采用多片正负极极板并联的方式，电池工作时电流密度分布均匀，极化较小，但制作过程复杂，效率低，特别是安全性能差。
如中国专利申请第CN200710067515.3号所公开的一种高倍率锂离子电池，其包括：正极极板、隔膜和负极极板依次叠放而成电池单片，然后并联为电池包，设置正极极耳和负极极耳异向，从电池两端引出。这种设计的电池虽然降低了高倍率充放电时的发热热量，但电池依然发热，而隔膜的收缩不可能避免，导致电池内短路几率增大，安全性能大大降低。
由以上分析可知，在卷绕式高功率锂离子电池中，由于电池的极板太长，对设备要求严格，且卷绕时极板和隔膜定位困难，容易错位。在电池工作时，由于极板电流密度大且不均匀，电池发热量较大，容易引起卷绕错位处隔膜收缩，导致电池短路，发生不安全行为。另外，在叠层式锂离子电池中，由于多极板，在叠层时导致层间定位困难并且板边定位也困难，并且，电池工作时发热可使隔膜收缩，导致正极板和负极板在边缘处接触或放电，严重影响电池的安全性能。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高功率锂离子电池使得能够准确定位极板位置，并防止极板错位、隔膜收缩等引起的短路现象。
为了实现上述的发明目的，本实用新型提供了一种高功率锂离子电池，包括壳体、设置在壳体内的电芯、填充在壳体的内壁与电芯之间的电解质以及间隔设置在壳体上的正极柱和负极柱，其中，电芯包括至少一个与正极柱电连接的正极极板以及至少一个与负极柱电连接的负极极板，其中，每个正极极板和/或每个负极极板套在每个隔膜袋中。
本实用新型中，隔膜袋可以为四边形，而且四边形的隔膜袋可以如此设计，其四个侧边中有三个侧边是完全封闭的，另一个侧边是开口的，如同麻袋或面口袋一样。这样，正极极板或负极极板可以从隔膜袋的那个开口侧边套入隔膜袋中，正极极板或负极极板的三个侧边完全被隔膜袋隔离，而在正极极板或负极极板装入隔膜袋后，可以对隔膜袋的开口侧边进行封口，例如热压封口，使得正极极板或负极极板的该侧边也基本被隔膜袋隔离。如此的设计，从根本上杜绝了因隔膜收缩而引起的短路现象。
当然，在封口前，上述四边形的隔膜袋的四个侧边中也可以有多于一个的侧边是开口的，在装入正极极板或负极极板后，再一一进行封口。
可选择地，正极极板和/或负极极板的整个周缘的至少75％被隔膜袋包围。如正极极板和/或负极极板的上部边缘未被隔膜袋包围。
可选择地，正极极板和/或负极极板的整个周缘的至少95％被隔膜袋包围。比如，正极极板和/或负极极板仅留出与正极柱或负极柱连接的部分未被隔膜袋包围。
可选择地，上述隔膜袋包括至少一个开口，正极极板的一部分和/或负极极板的一部分通过开口延伸至隔膜袋的外部。例如，正极极板的一侧边缘延伸设置有极耳部，该正极极板的极耳部延伸出开口并与正极柱电连接；或者，负极极板的一侧边缘延伸设置有极耳部，该负极极板的极耳部延伸出开口并与负极柱电连接。
可选择地，正极极板通过电线与正极柱建立电连接；负极极板通过电线与负极柱建立电连接。此时，正极极板和/或负极极板的整个周缘几乎全被隔膜袋包围。
优选地，正极极板和/或负极极板的一侧边缘延伸设置有极耳部，正极极板的极耳部或负极极板的极耳部对应与正极柱或负极柱电连接。此时，可选地，正极极板和/或负极极板的周缘除了极耳部之外均被隔膜袋包围，或者，正极极板和/或负极极板的未被隔膜袋包围的周缘部分除了极耳部之外均位于隔膜袋的开口以内。
优选地，电芯包括两个或两个以上的正极极板以及两个或两个以上的负极极板，电芯由正极极板和负极极板交替层叠而成。
可选地，进一步包括设置在壳体内的绝缘垫片，各个极耳部穿过绝缘垫片后或者在绝缘垫片内与对应的正极柱或负极柱连接。
优选地，壳体包括用于容纳电芯和电解质的筒体以及与筒体密封连接的盖体，正极柱和负极柱设置在盖体上。
其中，盖体上可进一步设有安全阀；壳体可以为各种形状，如矩形或者筒形；隔膜袋也可以为各种形状，如四边形或者圆形；而且，隔膜袋可以通过对隔膜进行封边形成、直接模塑制成或者通过其它合适的工艺制成。
本实用新型的高功率的锂离子电池可采用如下的方法制备：(1)制备与正极极板和/或负极极板的外形相应并能够容纳正极极板和/或负极极板的隔膜袋；(2)将每个正极极板和/或每个负极极板对应置入每个隔膜袋内；(3)对隔膜袋进行封口，特别是采用热压封口的方式：(4)交替地层叠至少一个正极极板以及至少一个负极极板而形成电芯，其中，每个正极极板和/或每个负极极板是套在隔膜袋内的；(5)将上述步骤获得的电芯组装在锂离子电池壳体内以形成高功率锂离子电池。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的高功率锂离子电池，采用隔膜袋包裹正极极板和/负极极板的方式制作，极板容易定位，层叠效果较好，电池高倍率工作时，极板电流密度分布均匀，发热量较低，且不会由于隔膜的收缩而造成电池的不安全行为，提升了高功率锂离子动力电池的性能。
以下结合附图和实施例，来进一步说明本实用新型，但本实用新型不局限于这些实施例，任何在本实用新型基本精神上的改进或替代，仍属于本实用新型权利要求书中所要求保护的范围。
附图说明
图1是本实用新型的一种实施例的极板的示意图。
图2是本实用新型的一种实施例的隔膜袋的示意图。
图3是本实用新型的另一种实施例的隔膜袋的示意图。
图4是本实用新型一种实施例的高功率锂离子电池的侧面剖视示意图。
图5是本实用新型一种实施例的高功率锂离子电池的正面剖视示意图。
图6是本实用新型另一种实施例的高功率锂离子电池的正面剖视示意图。
图7是本实用新型的高功率锂离子电池倍率放电曲线图。
具体实施方式
附图1为本实用新型高功率锂离子电池的电极极板厚度图示。该电极极板的厚度在0.04～0.1mm之间(正极极板和/或负极极板)。
在一种实施例中，仅在正极极板上套有隔膜袋，但是，可以理解，可以仅在负极极板上套有隔膜袋，或者正、负极极板上都套有隔膜袋。以下针对仅在正极极板上套有隔膜袋的实施例进行示例性描述。
附图2、3是本实用新型高功率锂离子电池构造的正极极板图示。该正极电极由隔膜袋1和正极极板2构成。将锂离子电池用隔膜封装成一定要求的隔膜袋1，隔膜袋1各边的封装宽度可以约为1-3mm，然后将预先裁减好的正极极板2(极板长度和宽度均小于隔膜袋内腔长度和宽度3mm左右)装入隔膜袋1，装好正极极板2的隔膜袋1可封口(如图2，封装宽度为1-3mm)，也可不封口(如图1)。
附图4、5、6是本实用新型高功率锂离子电池的侧面和正面剖面图。本高功率锂离子电池包括矩形壳体4、带有极柱5(正极柱和负极柱)和安全阀10或12(金属膜安全阀12或功能型安全阀10)的盖板7、封口钢珠或铆钉8、绝缘垫片6和叠层电芯11。本实用新型高功率锂离子电池的制作，先将负极极板3和装在隔膜袋1中的正极极板2交替层叠成电芯11，然后装进矩形壳体4，并装上绝缘垫片6，将穿过绝缘垫片6空隙的正负极极耳铆接或焊接到盖板的极柱5上(如图4、图5中的9处所示)，然后将盖板7和矩形壳体4焊接牢固，电池注液化成后用钢珠或铆钉8封牢注液孔，即构成本实用新型所述的高功率锂离子电池。
通过本实用新型制备的高功率锂离子电池具有良好的倍率性能和安全性能。具体见表1、2(引用《UL1642标准》和《电动汽车用锂离子蓄电池行业标准》测试)和附图7。
表1本实用新型制备的高功率锂离子电池的倍率放电性能
  放电倍率   1C   5C   7C   10C   12C   15C   17C   20C
  比1C容量比率   100.0％   97.6％   97.1％   96.8％   96.1％   94.0％   92.7％   89.1％
表2本实用新型高功率锂离子电池的安全性能对比情况
测试项目 外短路 过充3C5V 过充3C10V 热冲击150℃30min 自由跌落   重物冲击   振动试验   碰撞试验   淋雨测试
  本实用新型电池 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格
  外来样品电池 合格 合格 爆炸 起火、冒烟 合格 合格 合格 合格 合格

Claims (8)

1、一种高功率的锂离子电池，其包括壳体、设置在所述壳体内的电芯、填充在所述壳体的内壁与所述电芯之间的电解质以及间隔设置在所述壳体上的正极柱和负极柱，其中，所述电芯包括至少一个与所述正极柱电连接的正极极板以及至少一个与所述负极柱电连接的负极极板，其特征在于，每个所述正极极板和/或每个所述负极极板套在每个隔膜袋中。
2、如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极极板和/或所述负极极板的整个周缘的至少75％被所述隔膜袋包围。
3、如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极极板和/或所述负极极板的整个周缘的至少95％被所述隔膜袋包围。
4、如权利要求1所述的高功率锂离子电池，其特征在于，所述正极极板和/或所述负极极板的一侧边缘延伸设置有极耳部，所述正极极板的极耳部或所述负极极板的极耳部对应与所述正极柱或所述负极柱电连接；所述正极极板和/或所述负极极板的周缘除了所述极耳部之外均被所述隔膜袋包围。
5、如权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极极板和/或所述负极极板的未被所述隔膜袋包围的周缘部分除了所述极耳部之外均位于所述隔膜袋的开口以内。
6、如权利要求1-5之一所述的锂离子电池，其特征在于，所述电芯包括两个或两个以上的正极极板以及两个或两个以上的负极极板，所述电芯由所述正极极板和所述负极极板交替层叠而成。
7、如权利要求1-5之一所述的锂离子电池，其特征在于，所述的锂离子电池进一步包括设置在所述壳体内的绝缘垫片，各个所述极耳部穿过所述绝缘垫片后或者在所述绝缘垫片内与对应的所述正极柱或所述负极柱连接。
8、如权利要求1-5之一所述的锂离子电池，其特征在于，所述壳体包括用于容纳所述电芯和所述电解质的筒体以及与所述筒体密封连接的盖体，所述正极柱和所述负极柱设置在所述盖体上。
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