CN201438490U - 一种锂离子动力电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种锂离子动力电池,包括:至少两个采用卷绕工艺制作的卷芯,所述卷芯具有正极极耳和负极极耳,所述各个卷芯的正极极耳、负极极耳分别并联连接,所述卷芯为圆柱形或者菱形,另外还包括:外壳、设于外壳上的正极极柱和负极极柱;其中,所述各个卷芯的正极极耳并联后与所述正极极柱电性连接,所述各个卷芯的负极极耳并联后与所述负极极柱电性连接。所述锂离子动力电池能够避免叠片工艺制造的大容量电池生产效率较低问题,并且提高电池的一致性。

Description

一种锂离子动力电池
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域,特别涉及一种锂离子动力电池。
背景技术
锂离子电池是20世纪开发成功的一种新型电池,因其具有比能量高、放电电压稳定、没有记忆效应、绿色环保等优点,近年来已广泛应用于军事和民用小型电器中,如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等,以代替传统电池。目前,大容量的锂离子动力电池(容量超过10Ah)已在电动汽车中试用,将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一,而且在人造卫星、航空航天和储能方面具有广阔的前景。
为推动锂离子动力电池在电动车辆上的使用,提高电池容量是业内普遍关心的问题。通常,动力电池为增加容量采取多个极片层叠的方式达到所需的容量。利用叠片工艺将正极极片、隔膜、负极极片依次层叠制成电池芯。如图1所示,这种工艺需要先将制备特定尺寸的多个方形正极极片1、负极极片2和隔膜3,然后将正极极片1、隔膜3和负极极片2一层一层的依次重复叠加,叠层完成后将所有的正(负)极极耳4焊接在一起并与外壳5上的极柱6相连。
这种方形叠层电池的缺点是生产效率比较低,一般为5~10秒制作一个正极、隔膜和负极的叠层单元,几十个的叠层单元的叠层需要10~20分钟才能完成,而且由于层与层之间为松散结构,正、负极极片间距不易控制,层间距波动明显,导致电池的一致性差,通常,由于叠片工艺引起的电池容量差异在±2%左右。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种锂离子动力电池,能够避免叠片工艺制造的大容量电池生产效率较低问题。
为解决上述问题,本实用新型一种锂离子动力电池,包括:至少两个采用卷绕工艺制作的卷芯,所述卷芯具有正极极耳和负极极耳,所述各个卷芯的正极极耳、负极极耳分别并联连接。
所述卷芯为圆柱形或者菱形。
所述圆柱形卷芯在卷绕工艺中的卷针截面为圆形,所述菱形卷芯在卷绕工艺中的卷针截面为菱形。
还包括:外壳、设于外壳上的正极极柱和负极极柱;其中,所述各个卷芯的正极极耳并联后与所述正极极柱电性连接,所述各个卷芯的负极极耳并联后与所述负极极柱电性连接。
所述正极极柱和负极极柱分别固定于所述外壳的两端,则所述各个卷芯的负极或正极极耳并联后直接与负极或正极极柱固定连接。
所述正极极柱和负极极柱固定于所述外壳的同一端,则所述各个卷芯的负极或正极极耳并联后固定连接于外壳的另一端,通过外壳与负极或正极极柱电性连接。
所述各个卷芯的正极极耳、负极极耳分别并联连接通过以下方式:各个卷芯的正极极耳均与一金属片固定连接,各个卷芯的负极极耳均与另一金属片固定连接。
所述固定连接采用激光焊接的方法。
所述正极极耳和负极极耳分别由每个卷芯的两端引出。
与现有技术相比,上述技术方案具有以下优点:所述的锂离子动力电池通过多个并联的卷芯实现增大电池容量的目的,其中的卷芯采用卷绕工艺制作,由于目前卷绕工艺的自动化设备每5~10S即可完成一个卷芯的卷绕,将多个卷芯并联则只需30S~60S就可以完成,传统的叠片工艺则需要先将正、负极极片分切成很多个方形子极片,然后再与隔膜一层一层的依次重复叠加,叠层完成后所有的正极或负极极耳焊接而制成电池芯,叠片的动作通常为5~10秒,以40层正极子极片、41层负极子极片、83层隔膜,每一个叠片动作5S为例,完成所有叠片动作需要13.7分钟,而相当容量的3个卷芯并联的电池芯最多只需1.5分钟,可见生产效率获得明显的提高。
而且,卷芯的卷绕工艺在自动卷绕机上进行,对于正极极片、负极极片和隔膜均有张力控制,卷芯的正、负极片的间距始终保持恒定,而叠片工艺中每个极片都没有张力控制,层与层之间间距有差异,因此,本实施例中的锂离子动力电池在制作过程中能够保证卷绕的一致性,使得电池容量的差异小于±0.5%。
附图说明
通过附图所示,本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图,重点在于示出本实用新型的主旨。
图1为现有技术一种动力电池的结构示意图;
图2为本实用新型的实施例中锂离子动力电池的内部结构示意图;
图3为本实用新型的实施例中锂离子动力电池的组装结构示意图;
图4为图2和图3中锂离子动力电池的卷芯的分解结构示意图;
图5为所述锂离子动力电池的制造方法的流程图;
图6为本实用新型的实施例中锂离子动力电池的卷针示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型,但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,本实用新型结合示意图进行详细描述,在详述本实用新型实施例时,为便于说明,表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为突出本实用新型的特点,附图中没有给出与本实用新型的实用新型点必然直接相关的部分,例如,圆柱形卷芯、胶片等。
传统动力电池一般采取多层叠片工艺,但其明显的缺点是:生产效率低下,通常10~20分钟才能完成一个电池的制作;而且叠层结构较松散,各层之间的间距不易控制,导致电池容量的一致性较差。
基于此,本实用新型的锂离子动力电池采用N(N为正整数)个卷芯内部并联来实现增大电池容量的目的,卷芯利用卷绕工艺制作,这样在保证电池的基本性能的情况下,既大大提高了生产效率,又改善了电池容量的一致性,而且电池外壳依然可以采用传统的方形硬壳包装,以利于电池组的空间节省。
具体的,所述锂离子动力电池包括:至少两个采用卷绕工艺制作的卷芯,所述卷芯具有正极极耳和负极极耳,所述各个卷芯的正极极耳、负极极耳分别并联连接。其中,所述卷芯为圆柱形或者菱形。
所述圆柱形卷芯在卷绕工艺中的卷针截面为圆形,所述菱形卷芯在卷绕工艺中的卷针截面为菱形。
优选的,所述锂离子动力电池还进一步包括:外壳、设于外壳上的正极极柱和负极极柱;其中,所述各个卷芯的正极极耳并联后与所述正极极柱电性连接,所述各个卷芯的负极极耳并联后与所述负极极柱电性连接。
可选的,所述正极极柱和负极极柱分别固定于所述外壳的两端,则所述各个卷芯的负极或正极极耳并联后直接与负极或正极极柱固定连接。
可选的,所述正极极柱和负极极柱固定于所述外壳的同一端,则所述各个卷芯的负极或正极极耳并联后固定连接于外壳的另一端,通过外壳与负极或正极极柱电性连接。
所述各个卷芯的正极极耳、负极极耳分别并联连接通过以下方式:各个卷芯的正极极耳均与一金属片固定连接,各个卷芯的负极极耳均与另一金属片固定连接。所述固定连接采用激光焊接的方法。
所述正极极耳和负极极耳分别由每个卷芯的两端引出。
以下结合附图详细说明所述锂离子动力电池的具体实施例。
图2为本实用新型的实施例中锂离子动力电池的内部结构示意图,图3为本实用新型的实施例中锂离子动力电池的组装结构示意图,图4为锂离子动力电池的卷芯的分解示意图。
如图2所示,所述锂离子动力电池包括:至少两个采用卷绕工艺制作的圆柱形卷芯10(图中示出为三个卷芯),所述卷芯10具有正极极耳11和负极极耳12,各个卷芯10的正极极耳11、负极极耳12分别并联连接。
所述并联连接可以通过以下方式:各个卷芯10的正极极耳11均与一金属片13固定连接,各个卷芯10的负极极耳12均与另一金属片14固定连接。所述固定连接例如采用激光焊接的方法。
如图4所示,所述卷芯10由正极极片101、隔膜103和负极极片102依次层叠后围绕圆柱形的卷针卷绕而成,正极极耳11与正极极片101连接,负极极耳12与负极极片102连接,正极极耳11和负极极耳12分别从圆柱形卷芯的两个底面伸出,胶带106将卷绕后的极片绑定。
如图3所示,所述锂离子动力电池还包括:外壳15、设于外壳15上的正极极柱16和负极极柱17;所述外壳15为长方体形的硬壳,可以采用图1所示的传统方形动力电池的外壳。
相互并联的各个卷芯10位于外壳15内部,所述各个卷芯10的正极极耳11通过金属片13并联后与正极极柱16电性连接,所述各个卷芯10的负极极耳12通过金属片14并联后与负极极柱17电性连接。
如图3所示,正极极柱16和负极极柱17固定于所述外壳15的同一端,正极极柱16通过胶片(图中未示出)与外壳15隔离绝缘,而负极极柱17与外壳15电性连接,金属片13与正极极柱16固定连接从而各个卷芯10的正极极耳11并联后与正极极柱16连接,金属片14固定连接于外壳的另一端内从而将各个卷芯10的负极极耳12并联后与外壳15连接,所述外壳为导电材料,例如金属,则通过外壳15与外部的负极极柱17电性连接,而正极极柱16和负极极柱17均由铆钉18固定与外壳表面。类似的,所述正极极柱和负极极柱可以对换,即正极极柱与外壳电性连接,负极极柱与外壳隔离绝缘,则正极极耳并联后与外壳电性连接,负极极耳并联后与负极极柱电性连接,具体结构不再赘述。
另外,所述外壳15上还设有防爆孔19。
图5为所述锂离子动力电池的制造方法的流程图,具体过程如下:
步骤S1:提供正极极片、负极极片和隔膜;
步骤S2:将所述正极极片、隔膜和负极极片层叠并围绕圆柱形卷针卷绕,制成圆柱形卷芯;该步骤可以由自动卷绕机完成;
步骤S3:按照设计容量将N(N为正整数)个所述卷芯并排排列,并将各个卷芯的正极极耳、负极极耳分别并联连接,得到电池芯;
步骤S4:将所述电池芯固定于外壳内部,并与外壳上的正极极柱和负极极柱电性连接。
以上所述的锂离子动力电池通过多个并联的卷芯实现增大电池容量的目的,其中的卷芯采用卷绕工艺制作,由于目前卷绕工艺的自动化设备每5~10S即可完成一个卷芯的卷绕,将多个卷芯并联则只需30S~60S就可以完成,传统的叠片工艺则需要先将正、负极极片分切成很多个方形子极片,然后再与隔膜一层一层的依次重复叠加,叠层完成后所有的正极或负极极耳焊接而制成电池芯,叠片的动作通常为5~10秒,以40层正极子极片、41层负极子极片、83层隔膜,每一个叠片动作5S为例,完成所有叠片动作需要13.7分钟,而相当容量的3个卷芯并联的电池芯最多只需1.5分钟,可见生产效率获得明显的提高。
而且,卷芯的卷绕工艺在自动卷绕机上进行,对于正极极片、负极极片和隔膜均有张力控制,卷芯的正、负极片的间距始终保持恒定,而叠片工艺中每个极片都没有张力控制,层与层之间间距有差异,因此,本实施例中的锂离子动力电池在制作过程中能够保证卷绕的一致性,使得电池容量的差异小于±0.5%。
在本实用新型的另一实施例中,所述正极极柱和负极极柱分别固定于所述外壳的两端,而且正极极柱和负极极柱均通过胶片与外壳绝缘,而正极极耳和负极极耳相应的位于圆柱形卷芯的两个底面,则各个卷芯的负极极耳并联后通过金属片直接与负极极柱固定连接,各个卷芯的正极极耳并联后通过另一金属片直接与正极极柱固定连接,具体结构与以上实施例类似,在此不再赘述。
以上实施例中动力电池的卷芯均为圆柱形,由正极极片、隔膜和负极极片层叠并围绕圆柱形卷针卷绕制成。除此以外,所述卷芯还可以为其他形状,例如菱形、长方体形等。
如图6所示的截面为菱形的卷针,在卷绕工艺中正极极片、隔膜和负极极片层叠并围绕该菱形卷针卷绕形成菱形卷芯,多个这样卷芯的正极极耳、负极极耳分别并联连接。
相对于传统的截面为矩形的平板形卷针,使用这种菱形卷针的厚度更大,因而能够在特定尺寸的外壳内增加卷绕的正、负极极片的长度,由于电池的容量主要由正极极片的敷料量决定,因此延长正极极片的长度就相当于增加电池容量。
以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例而已,并非对本实用新型作任何形式上的限制。
虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上,然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本实用新型技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本实用新型技术方案的内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种锂离子动力电池,其特征在于,包括:至少两个采用卷绕工艺制作的卷芯,所述卷芯具有正极极耳和负极极耳,所述各个卷芯的正极极耳、负极极耳分别并联连接。
2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池,其特征在于,所述卷芯为圆柱形或者菱形。
3.根据权利要求2所述的锂离子动力电池,其特征在于,所述圆柱形卷芯在卷绕工艺中的卷针截面为圆形,所述菱形卷芯在卷绕工艺中的卷针截面为菱形。
4.根据权利要求1所述的锂离子动力电池,其特征在于,还包括:外壳、设于外壳上的正极极柱和负极极柱;其中,所述各个卷芯的正极极耳并联后与所述正极极柱电性连接,所述各个卷芯的负极极耳并联后与所述负极极柱电性连接。
5.根据权利要求4所述的锂离子动力电池,其特征在于,所述正极极柱和负极极柱分别固定于所述外壳的两端,则所述各个卷芯的负极或正极极耳并联后直接与负极或正极极柱固定连接。
6.根据权利要求4所述的锂离子动力电池,其特征在于,所述正极极柱和负极极柱固定于所述外壳的同一端,则所述各个卷芯的负极或正极极耳并联后固定连接于外壳的另一端,通过外壳与负极或正极极柱电性连接。
7.根据权利要求1所述的锂离子动力电池,其特征在于,所述各个卷芯的正极极耳、负极极耳分别并联连接通过以下方式:
各个卷芯的正极极耳均与一金属片固定连接,各个卷芯的负极极耳均与另一金属片固定连接。
8.根据权利要求5、6或7所述的锂离子动力电池,其特征在于,所述固定连接采用激光焊接的方法。
9.根据权利要求1所述的锂离子动力电池,其特征在于,所述正极极耳和负极极耳分别由每个卷芯的两端引出。
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