CN201440437U - 一种锂离子动力电池及其电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种锂离子动力电池及其电池组，所述动力电池包括：硬壳，由耐压材料制成；电池芯，包括至少两个子电芯，所述电池芯被密封在所述硬壳内部；软壳，将所述子电芯包裹封装。所述软壳为铝塑膜。所述耐压材料包括金属材料或硬质塑料。所述包裹封装为真空封装。所述硬壳包括壳体和与所述壳体密封连接的盖板。所述锂离子动力电池能够避免电池内部的电解液从安全阀处流出而导致的安全隐患，所述锂离子动力电池组，能够防止电池组内各个电池安全阀的差异引起的电池爆炸问题。

Description

一种锂离子动力电池及其电池组

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子动力电池及其电池组。

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。

如果锂离子电池过充电或短路，将会导致电池内部的电解液分解产生气体，严重时还会引起爆炸或起火，造成安全隐患，对于电动汽车上应用的锂离子动力电池来说，由于行驶过程中的振动或颠簸，这种安全隐患更为严重。所以一般锂离子动力电池必须在其盖板或壳体上设置安全阀，该安全阀会在电池的内压过高时自动开启，利于内部的气体泄漏，从而防止爆炸或起火，以保证电池的安全性能。

然而问题在于，安全阀开启时，电池内部的电解液会随之从安全阀处流出，有可能导致与电池连接的电路板短路起火。

另外，在电动汽车、电动自行车上的实际使用为多节锂离子动力电池串并联组成的电池组，由于电池组各个电池安全阀的一致性难以保证，可能导致不同安全阀启动时机的差异，或过早或过晚，并且某个电池的安全阀泄气完毕再恢复后该电池的内部状态已经与电池组中其它电池有较明显的差异，上述差异均会加快电池内部状态的不断恶化，可能导致该电池安全阀工作可靠性降低，还来不及启动就爆炸了。

实用新型内容

本实用新型一方面提供一种锂离子动力电池，以避免电池内部的电解液从安全阀处流出而导致的安全隐患。

本实用新型的另一方面提供一种锂离子动力电池组，以防止电池组内各个电池安全阀的差异引起的电池爆炸问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种锂离子动力电池，包括：

硬壳，由耐压材料制成；

电池芯，包括至少两个子电芯，所述电池芯被密封在所述硬壳内部；

软壳，将所述子电芯包裹封装。

所述软壳为铝塑膜。

所述耐压材料包括金属材料或硬质塑料。

所述包裹封装为真空封装。

所述硬壳包括壳体和与所述壳体密封连接的盖板。

还包括设置于所述盖板上的正极和负极端子，所述至少两个子电芯的正极极耳并联后与所述正极端子电性连接，负极极耳并联后与所述负极端子电性连接。

还包括：所述正极或负极端子包括：螺柱和相应的至少两个铆钉，所述铆钉将螺柱与所述盖板固定连接。

所述子电芯采用叠片工艺制造或者采用卷绕工艺制造。

相应的，还提供一种锂离子动力电池组，包括：至少两个串联或并联连接的锂离子动力电池；其中，所述锂离子动力电池包括：

硬壳，由耐压材料制成；

电池芯，包括至少两个子电芯，所述电池芯被密封在所述硬壳内部；

软壳，将所述子电芯包裹封装。

还包括与锂离子动力电池连接的保护电路，用于检测所述至少两个锂离子动力电池中电压或容量降低超过安全值的电池。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

上述锂离子动力电池中，当子电芯内部因短路、过充电等原因造成气胀时，包裹子电芯的不耐压的软壳开裂，电解液泄漏到所述硬壳内，而由于硬壳由耐压材料制成并且完全密封的，没有开口也没有安全阀，由软壳内释放的气体和电解液被完全限制在电池，只需根据预先设计电解液放气量选择匹配的耐压材料和尺寸作为硬壳，就可以防止电池爆炸，而且电解液不会泄漏到硬壳外部，从而避免电池内部的电解液从安全阀处流出而导致的安全隐患。

另外，所述软壳优选采用导电材料，当电池内部部分子电芯的软壳破裂导致漏液时，由于所述硬壳内含有子电芯的正负子极耳和电解液，可能会导致硬壳内其他子电芯的短路，相邻子电芯导电的软壳又使这种短路加剧，进而会造成瞬间大电流，熔断所述子极耳，使得子极耳与延伸柄之间形成子电芯断路，从而使所述短路被终止，从而避免问题进一步扩大，提高电池的安全性。

所述锂离子动力电池组中，各个电池都没有设置安全阀，而是采取先软壳包装子电芯硬壳包装电池芯的模式，通过软壳包装，单个子电芯在过充或短路等情况下软壳破裂自动泄压，安全性能得到了保障，并且其泄露的电解液还是在密封的硬壳之内，不会导致电池组内其他电池的短路起火或电池自身爆炸的现象，从而防止电池组内各个电池安全阀的差异引起的电池爆炸问题，提高了电池组使用的安全可靠性。

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为实施例一中锂离子动力电池的结构示意图；

图2为图1中锂离子动力电池的子电芯的结构示意图；

图3为实施例二中锂离子动力电池的结构示意图；

图4为实施例三中锂离子动力电池组的结构框图。

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。

锂离子动力电池的安全性和可靠性是业内普遍关心的问题，要在电动汽车中大规模应用，必须保证电池的安全性。目前，一般采用在壳体或盖板上设置的安全阀来防止电池爆炸或起火，电池正常工作的状态下，安全阀关闭，电池内部是由壳体封闭的；当电池内部气压高于安全值时，安全阀自动开启进行泄气，当内部气压恢复正常值时，安全阀又自动关闭，从而能够预防电池内部的电解质分解产生气体带来的安全隐患。

但是，实际上安全阀并不能完全解决问题，由于安全阀开启泄气时，电池壳体内的电解液也会随之泄露，流到与电池连接的电路板上则可能导致电路板短路起火，而且，对于多个锂离子动力电池串并联成的电池组，由于各个电池安全阀的一致性难以保证，导致整体上电池安全阀的工作可靠性降低。

发明人研究发现，上述问题都是由安全阀所带来的，要彻底解决上述问题一个有效的途径就是寻找不使用安全阀就能防止电池爆炸或起火的技术方案。

基于此，本实用新型的技术方案提供了一种锂离子动力电池及其电池组，其中所述锂离子动力电池，采用硬壳和软壳复合包装方式，避免爆炸或起火等安全隐患。

以下结合附图详细说明所述锂离子动力电池的一个实施例。

实施例一

图1为本实施例中锂离子动力电池的结构示意图，为清楚表明本实施例的电池结构，图中略去了部分的子电芯。

如图1所示，所述锂离子动力电池包括：

硬壳10，由耐压材料制成；所述耐压材料优选为金属材料或硬质塑料；所述硬壳10包括壳体11和位于所述壳体上方的盖板12，盖板12与壳体11密封焊接，一起形成电池内部空间；

电池芯13，位于所述电池内部空间，包括至少两个子电芯14，所述电池芯13被密封在所述硬壳10内部；

软壳15，将所述子电芯14包裹封装，所述软壳为不耐压的柔性包装材料，优选为铝塑膜。

如图2所示，本实施例中的子电芯14采用叠片工艺制作，即将特定尺寸的多个方形正极极片、负极极片和隔膜一层一层的依次重复叠加组成叠片型子电芯。采用铝塑膜包裹封装，子电芯的正极子极耳141和负极子极耳142分别由所述软壳15内伸出。优选的，所述包裹封装为真空封装，可以将子电芯内部的多余空气排除。

如图1所示，多个封装后的子电芯并联形成电池芯13，所述电池芯13的正、负极极耳分别与电池的正负极端子电性连接。具体的，各个子电芯14的正极子极耳141与延伸柄16焊接，所述延伸柄16作为电池芯13的正极极耳，各个子电芯14的负极子极耳(图未示)与另一延伸柄17焊接，所述延伸柄17作为电池芯13的负极极耳，所述电池芯13的正、负极极耳与电池硬壳上的正负极端子电性连接。

本实施例中所述正负极端子为设置于盖板12上的双螺柱结构，所述双螺柱结构包括：两个螺柱18和每个螺柱18对应的两个铆钉19，所述螺柱18包括螺纹部和与所述螺纹部垂直的弯折部(图中未示出)；其中，所述弯折部与所述盖板12通过两个铆钉19固定连接。

螺柱18与盖板12之间通过胶垫(图中未示出)隔离绝缘所述延伸柄16、17分别与两个螺柱18的弯折部(图中未示出)铆接，从而与螺柱18电性连接。

上述锂离子动力电池中，当子电芯内部因短路、过充电等原因造成气胀时，包裹子电芯的不耐压的软壳开裂，电解液泄漏到所述硬壳内，而由于硬壳由耐压材料制成并且完全密封的，没有开口也没有安全阀，由软壳内释放的气体和电解液被完全限制在电池，只需根据预先设计电解液放气量选择匹配的耐压材料和尺寸作为硬壳，就可以防止电池爆炸，而且电解液不会泄漏到硬壳外部，从而避免电池内部的电解液从安全阀处流出而导致的安全隐患。

另外，所述软壳优选采用导电材料，当电池内部部分子电芯的软壳破裂导致漏液时，由于所述硬壳内含有子电芯的正负子极耳和电解液，可能会导致硬壳内其他子电芯的短路，相邻子电芯导电的软壳又使这种短路加剧，进而会造成瞬间大电流，熔断所述子极耳，使得子极耳与延伸柄之间形成子电芯断路，从而使所述短路被终止，从而避免问题进一步扩大，提高电池的安全性。

以下详细说明所述锂离子动力电池的制造方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将铝塑膜冲压成型，形成与子电芯相应尺寸大小的凹槽；

步骤2、将子电芯放入所述凹槽中并热封除注液边以外的其余各边；

步骤3、从所述注液边注入适量含消气添加剂的电解液；

步骤4、抽真空并热封注液边，将所述子电芯真空封装，形成软包装的子电芯；

步骤5、切除子电芯包装多余的铝塑膜材料，并将侧边折起以减少其占用空间；

步骤6、将N个所述软包装的子电芯采用双面胶等胶体固定连接，以形成电池芯，并将所述电池芯装入金属材料的壳体内；

步骤7、将N个软包装子电芯的正(负)极极耳穿过绝缘阻燃垫板与正(负)延伸柄焊接(或铆接等连接方式)；

步骤8、在壳体上放置盖板并激光焊接将壳体和盖板密封；

步骤9、对电池进行化成处理，所述化成处理指电池首次充电及后续为充分活化而进行的1～5个充放电循环，一般锂离子电池化成时由于水的分解或电解液、负极与锂的反应会产生相应的气体。

此外，的其他实施例中，所述盖板上仅设有一个螺柱和相应的两个铆钉，电池芯的正极极耳与螺柱电性连接，而负极极耳与所述壳体的内壁焊接，这样一来，以螺柱和壳体分别为电池的正负极端子，所述壳体为导电材料。减少一个螺柱，可以减少从螺柱与盖板连接处漏液的几率。

上述实施例中，所述子电芯采用叠片工艺制造，本实用新型的其他实施例中，所述子电芯还可以为采用卷绕工艺制造的卷芯，具体在以下实施例中，详细说明。

实施例二

图3为本实施例中所述锂离子动力电池的结构示意图，为突出本实用新型的特点，图中仅示出了三个子电芯，而且省略了其中一个子电芯的软壳。

所述锂离子动力电池包括：

长方体形的硬壳20，由耐压材料制成；所述耐压材料优选为金属材料；所述硬壳20包括壳体21和位于所述壳体上方的盖板22，盖板22与壳体21密封焊接，形成电池内部空间；

电池芯23，位于所述电池内部空间，包括至少两个并联连接的子电芯24；

软壳25，将所述子电芯24包裹封装，所述软壳为不耐压的柔性包装材料，优选为铝塑膜。其中，所述子电芯24的正负子极耳分别从软壳25中伸出。

以上结构与实施例一类似，本实施例与实施例一的区别在于，所述子电芯24为采用卷绕工艺制作的圆柱形的卷芯，所述各个卷芯24的正极子极耳27与延伸柄29焊接，所述延伸柄29作为电池芯23的正极极耳与盖板22上设置的铆钉26铆接，从而实现正极极耳与铆钉26的电性连接，所述各个卷芯24的负极子极耳28分别与壳体21的内壁焊接，这样一来，硬壳20作为电池的负极端子，铆钉26作为电池的正极端子。

显然，所述正负极端子也可以采用与实施例一相同的双螺柱结构，在此不再赘述。

相对于实施例一，本实施例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。

以下结合附图详细说明本实用新型技术方案提供的锂离子动力电池组的实施方式。

实施例三

图4为本实施例中锂离子动力电池组的结构框图。如图所示，该电池组包括：

至少两个串联或并联连接的锂离子动力电池31；其中，所述锂离子动力电池包括：硬壳，由耐压材料制成；电池芯，包括至少两个并联连接的子电芯，所述电池芯被密封在所述硬壳内部；软壳，将所述子电芯包裹封装。本实施例中的锂离子动力电池可以为实施例一或二中任一电池，在此不再赘述。

优选的，所述锂离子动力电池组还包括与所有锂离子动力电池连接的保护电路32，用于检测所述至少两个锂离子动力电池中电压或容量降低超过安全值的电池。

当超过安全值时，所述保护电路发出报警信号，以及时对电池进行处理从而降低安全隐患。

本实施例中的锂离子动力电池采取先铝塑膜软包装然后金属硬壳包装的模式，通过铝塑膜软包装，单个子电芯在过充或短路等情况下铝塑膜自动泄压，安全性能得到了保障，并且其泄露的电解液还是在密封的金属硬壳之内，不会导致电池组内其他电池的短路起火现象，从而提高了电池组使用的安全可靠性。

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 (10)

1.一种锂离子动力电池，其特征在于，包括：

硬壳，由耐压材料制成；

电池芯，包括至少两个子电芯，所述电池芯被密封在所述硬壳内部；

软壳，将所述子电芯包裹封装。

2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述软壳为铝塑膜。

3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述耐压材料包括金属材料或硬质塑料。

4.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述包裹封装为真空封装。

5.根据权利要求1至4任一项所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述硬壳包括壳体和与所述壳体密封连接的盖板。

6.根据权利要求5所述的锂离子动力电池，其特征在于，还包括设置于所述盖板上的正极和负极端子，所述至少两个子电芯的正极极耳并联后与所述正极端子电性连接，负极极耳并联后与所述负极端子电性连接。

7.根据权利要求6所述的锂离子动力电池，其特征在于，还包括：所述正极或负极端子包括：螺柱和相应的至少两个铆钉，所述铆钉将螺柱与所述盖板固定连接。

8.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述子电芯采用叠片工艺制造或者采用卷绕工艺制造。

9.一种锂离子动力电池组，其特征在于，包括：至少两个串联或并联连接的锂离子动力电池；其中，所述锂离子动力电池包括：

硬壳，由耐压材料制成；

电池芯，包括至少两个子电芯，所述电池芯被密封在所述硬壳内部；

软壳，将所述子电芯包裹封装。

10.根据权利要求9所述的锂离子动力电池组，其特征在于，还包括与锂离子动力电池连接的保护电路，用于检测所述至少两个锂离子动力电池中电压或容量降低超过安全值的电池。

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