CN201789002U - 一种锂离子二次电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种锂离子二次电池，包括电池壳体和盖板，以及容纳于由电池壳体和盖板形成的密闭空间内的电芯和非水电解液，所述电芯由正极极片、隔膜、负极极片叠置或卷绕形成，本实用新型在电池盖板上设置一抽气孔，在电池壳体上设置有一加压注液孔，通过这种设计，可以有效提高大电池中电解液的侵润效果，提高电池的首次放电容量以及电池的安全性能。

Description

一种锂离子二次电池 

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子二次电池。 

背景技术

随着锂离子电池在便携式移动设备上的广泛应用，其优点逐渐凸显，其应用逐渐拓展到电动工具、电动汽车等领域。相应电池的能量密度、放电时间要求也不断提升，因而电池的体积也不断增加。 

在传统的锂离子电池技术中，由于大多是体积较小的锂离子电池，因此，只在锂离子二次电池顶部设计一个小孔用于电解液的注入，该小孔既是抽气孔，又是加压注液孔。但随着锂离子二次电池的发展，锂离子二次电池越来越向着大体积方面发展，如动力电池，随着体积增大，正负极极片长度和宽度大幅增加，极片中的孔隙总体积也随之增加，孔隙中容纳的气体的总体积也在增加。电解液的浸润过程实际是液体替代气体填充孔隙的过程，随着电池体积的增加，电池中被非水电解液替代出来的向外运动的气体增加，抵抗电解液往孔隙中浸润的阻力增加，电解液对电池极片和隔膜的浸润难度增大，甚至在大电池中有时会出现“液封”的现象，使得电解液无法很好的浸润电芯，若电解液浸润不充分则会增加电池安全方面的风险，为了降低这些安全风险，现有技术中，通常需要通过对电池抽真空或者加压或者高温存放等手段，以此提高非水电解液对电芯的浸润，但当电池体积较大时，单纯加压、抽真空或高温储存克服大幅增加的浸润阻力效果甚微，需要花费较长的时间实现充分浸润，大大降低了生产效率，因此对体积较大的电池迫切需要新的方法来改善浸润。 

实用新型内容

本实用新型为现有技术中锂离子二次电池中非水电解液无法很好的浸润电 芯的技术问题，提供一种锂离子二次电池。 

一种锂离子二次电池，包括电池壳体和盖板，以及容纳于由电池壳体和盖板形成的密闭空间内的电芯和非水电解液，所述电芯由正极极片、隔膜、负极极片叠置或卷绕形成，在电池盖板上设置一抽气孔，在电池壳体上设置有一加压注液孔。 

本实用新型中通过采用所提供的锂离子二次电池结构，能够改善大电池被电解液浸润的效果，提升电池容量和提高电池安全性能。 

附图说明

图1为本实用新型实施例1的锂离子二次电池的装配图 

图中1为抽气孔； 

2为铆钉； 

3为电池盖板； 

4为短侧壁； 

5为加压注液孔； 

6为底壁； 

7为长侧壁。 

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、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例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

本实用新型提供一种锂离子二次电池，包括电池壳体和盖板，以及容纳于由电池壳体和盖板形成的密闭空间内的电芯和非水电解液，所述电芯由正极极片、隔膜、负极极片叠置或卷绕形成，在所述电池盖板上设置一抽气孔，在电池壳体上设置有一加压注液孔。 

与现有技术相比，本实用新型所提供的锂离子电池中，分别在盖板和电池壳体上设置有抽气孔和加压注液孔，之所以要这样设置，是因为本实用新型的发明人通过大量实验发现，与现有的小尺寸电池即常用电池相比，现在的锂离子二次电池越来越向着大体积方面发展，如动力电池，随着体积、尺寸的增大，正负极极片长度和宽度大幅增加，极片中的孔隙总体积也随之增加，孔隙中容纳的气体的总体积也在增加。电解液的浸润过程实际是液体替代气体填充孔隙的过程，随着电池体积的增加，浸润程度增，电池中被非水电解液替代出来的向外运动的气体增加，抵抗电解液往孔隙中浸润的阻力增加，电解液对电池极片和隔膜的浸润难度增大，甚至在大电池中有时会出现“液封”的现象，使得电解液无法很好的浸润电芯，若电解液浸润不充分则会增加电池安全方面的风险(如过充等)，为了降低这些安全风险，现有技术中，通常需要通过对电池抽真空或者加压或者高温存放等手段，以此提高非水电解液对电芯的浸润，但当电池体积较大时，单纯加压、抽真空或高温储存克服大幅增加的浸润阻力效果甚微，需要花费较长的时间实现充分浸润，因此，通过现有技术来改善电池中非水电解液的浸润性，存在技术屏障，发明人发现，通过在电池盖板和电池壳体上分别设置抽气孔和加压注液孔，在电池注液时，先通过抽气孔除去电池内部气体，维持电池真空状态的条件下通过加压注液孔将电解液压入电池壳体内部，形成气体往上运动、液体也往上运动的流动方向，避免“液封”效应、减小浸润阻力。实现短时间内电池极片和隔膜的充分浸润，从而提高电池容量和过充等安全性能。 

上面提到的电池壳体包括侧壁及底壁，其中所述壳体侧壁由两个长侧壁和两个短侧壁组成，壳体侧壁与壳体底壁板围成一上端开口的中空长方体壳体，所述加压注液孔可以设置在壳体中任意一个表面上，并且可以设置任意孔型的加压注液孔，如果将加压注液孔设置于侧壁上，那么加压注液孔的孔型优选圆形孔，孔的直径为底壁宽度的1/3～1/2，加压注液孔设置在短侧壁上，注液孔的中心轴距底壁所在平面的距离为侧壁高度的1/60～1/15，优选情况下为 1/60～1/30。如果将加压注液孔设置于底壁上，加压注液孔的孔型为任意孔型，优选情况下为圆形孔，加压注液孔的直径为底壁宽度的1/3～1/2。 

在盖板上设置抽气孔，抽气孔的孔型可以为任意孔型，在优选情况下，所述抽气孔为圆形孔，圆形孔的直径为盖板宽度的1/3～1/2。 

本实用新型还提供一种锂离子二次电池的制备方法，该方法包括： 

1)将正极极片、隔膜、负极极片叠置或卷绕形成电芯； 

2)将步骤1制备的电芯置于电池壳体中并用盖板密封，得到密封电池体； 

3)将密封电池体的抽气口与外部真空系统相连，抽真空至-0.09MPa～-0.1MPa，然后将加压注液孔与干燥系统相连在压力为0.05MPa～0.5MPa的条件下将满足设计要求重量的非水电解液压入密封电池体中，密封加压注液孔和抽气孔获得锂离子二次电池。 

本实用新型的发明点在于电池结构的改进，因此该电池中所采用的正极极片、负极极片、隔膜以及非水电解液均采用本领域所常用的正极极片、负极极片、隔膜以及非水电解液，由于上述电池部件的材料及其制备方法均为本领域技术人员所熟知，在此就不再赘述。 

下面就结合具体的实施例对本实用新型所提供的锂离子二次电池及其制备方法进行详细的说明。本文以20AH的电池(尺寸15mm*100mm*300mm)为例进行说明，但不限于此型号。每支电池注入电解液的重量为210g。 

实施例1 

1)将正极极片、隔膜、负极极片叠置或卷绕形成电芯； 

2)将步骤1制备的电芯置于尺寸为15mm*100mm*300mm的电池壳体中并用盖板密封，得到密封电池体，所述壳体侧壁上距离底壁5mm的位置设置直径为5mm的加压注液孔，在盖板上距离一个长侧壁3mm处设置有直径为5mm的抽气孔； 

3)注液过程将密封电池体的抽气口与外部真空系统相连，将加压注液孔与干燥气系统相连，抽真空至-0.095MPa并维持2分钟，然后调节压力为0.20MPa将210gLiPF6浓度为1M/L的非水电解液A压入密封电池体中，加压2min，密封抽气孔和加压注液孔获得锂离子二次电池样品T1。 

实施例2 

1)将正极极片、隔膜、负极极片叠置或卷绕形成电芯； 

2)将步骤1制备的电芯置于尺寸为15mm*100mm*300mm的电池壳体中并用盖板密封，得到密封电池体，所述壳体侧壁上距离底壁20mm的位置设置直径为5mm的加压注液孔，在盖板上距离一短侧壁6mm处设置有直径为7mm的抽气孔； 

3)注液过程将密封电池体的抽气口与外部真空系统相连，将加压注液孔与干燥气系统相连。抽真空至-0.095MPa并维持2分钟，然后调节压力为0.20MPa，注入70gA电解液，并维持压力2分钟，循环抽真空至加压步骤3次，注入210g电解液，密封抽气孔和加压注液孔获得锂离子二次电池样品T2。 

对比例1 

采用与实施例1相同的工艺制备锂离子二次电池，区别在于此对比例中制备的锂离子二次电池中，在盖板上距离一短侧壁6mm处设置一直径为5mm的注液/抽气孔，在注液时，通过注液/抽气孔注入210g电解液后，通过同一注液/抽气孔将锂离子二次电池抽真空至-0.095MPa并维持2min，调节压力至0.20MPa，维持5秒钟，密封注液孔获得对比电池样品CT1。 

对比例2 

本实施例用来说明现有技术中锂离子二次电池的制备。 

采用与实施例1相同的工艺制备锂离子二次电池，区别在于此对比例中制 备的锂离子二次电池中，在盖板上距离一短侧壁5mm处设置一直径为5mm的注液/抽气孔，在注液时，通过注液/抽气孔注入210g电解液后，通过同一注液/抽气孔将锂离子二次电池抽真空至-0.095MPa并维持2min，然后调节压力至0.20MPa维持5秒钟，抽真空与加压步骤循环3次，密封注液孔获得对比电池样品CT2。 

实施例3-4 

本实施例用来测试本实用新型所提供的锂离子二次电池样品T1-T2的各项性能，所述各项性能包括： 

1)注液后电池内阻测试 

电解液注入前电池正极和负极被隔膜阻隔开，测试电池内阻为无穷大，随着电解液加入正负极被导通，电池内阻逐渐减小，因此内阻变化能有效评估浸润效果。 

取刚完成注液的电池样品于45℃环境中放置，采集不同时间电池欧姆内阻数据。 

在本测试中用到的测试仪器为Modulab(美国阿美特克有限公司)测试仪，详细测试方法如下： 

A、测试电池开路电压U 

B、设定测试电压U，测试频率1000Hz，扫描得到内阻为电池欧姆内阻测，分别测试样品在0h、1h、2h、5h、10h、15h、20h、25h、30h的电阻值，测试结果见表1。 

2)电池首次放电容量测试 

取45℃环境中放置至内阻稳定后的电池(已经到达浸润极限)进行容量测 试(每组50支)，其中有两个小孔的电池放置时间为10H，仅一个小孔的电池放置时间为48H。未被浸润的地方不能充电，因而放电容量也会相应较低。电池设计容量为20AH。 

测试过程： 

A)将电池样品以2A电流恒流充电至4.20V，然后在4.20V条件下恒压充电，直至充电电流减小至0.2A； 

B)搁置经过充电电池样品5分钟； 

C)将经过搁置的电池样品以20A电流恒流放电至3.0V。 

收集电池首次放电容量数据，测试结果见表2。 

3)电池安全性能测试 

在电池充电过程中如果极片未被完全浸润，则容易造成浸润部分充入过多电量而造成金属锂析出，继而短路造成电池热失控而引起冒烟、爆炸等。 

测试步骤： 

1)取分容后的电池样品，将该样品充电到3.80V，然后进行1A-5.5V过充测试，如果经过过充，电池样品只出现发鼓，则该样品为合格，如果伴随发鼓还出现漏液、燃烧、爆炸等现象，则该样品为不合格，测试结果如表3所示。 

对比例3-4 

本对比例用来测试对比例1-2制备电池样品的各项性能，所述测试与实施例3-4中所述的各种测试相同，测试结果分别见表1-3。 

表1 

表2 

表3 

条件	电池编号	过充后现象	结果
				实施例1	T1	发鼓	通过
实施例2	T2	发鼓	通过
				对比例1	CT1	发鼓及漏液	不通过
对比例2	CT2	发鼓及漏液	不通过

从表1中可以看出，本实用新型所提供的电池样品在测试30h后内阻稳定在较低数值，这说明本实用新型所提供的电池的侵润性能良好，而对比例提供 的电池样品在测试30h时，内阻尚未稳定，且此时电池内阻的数值远大于本实用新型所提供的电池的同时间的内阻值，从表2中可以得知本实用新型所提供的电池样品的电池首次放电容量与设计容量非常接近，如实施例1所提供的按照同一工艺制备的50个电池样品的电池首次放电容量均大于18.075AH，而电池的设计容量为20AH，这说明电池内部，电解液的侵润程度较好，而且该50个电池样品的首次放电容量值的分布非常集中，彼此之间的性能差异较小，这说明本实用新型所提供的电池样品具有稳定的电池浸润性能，而与之相比，对比例所提供的电池样品的电池首次放电容量值以及50个样品的首次放电容量平均值远小于设计首次放电容量值，从表3上看出，本实用新型所提供的电池具有良好的安全性能，而对比例中所提供的电池样品的安全性能较差，在测试时出现了发鼓和漏液的现象，由此可以说明本实用新型提供的电池具有良好的电池被电解液浸润的效果，同时具有较高电池容量及较好的电池安全性能的特点。 

Claims (6)

1.一种锂离子二次电池，包括电池壳体和盖板，以及容纳于由电池壳体和盖板形成的密闭空间内的电芯和非水电解液；所述电芯由正极极片、隔膜、负极极片叠置或卷绕形成，其特征在于，在电池盖板上设置一抽气孔，在电池壳体上设置有一加压注液孔。

2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述的电池壳体包括侧壁及底壁；其中所述壳体侧壁由两个长侧壁和两个短侧壁组成，壳体侧壁与壳体底壁板围成一上端开口的中空长方体壳体。

3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述加压注液孔设置在短侧壁上，注液孔的中心轴距底壁所在平面的距离为侧壁长度的1/60～1/15。

4.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述加压注液孔设置在短侧壁上，注液孔的中心轴距底壁所在平面的距离为侧壁长度的1/60～1/30。

5.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述加压注液孔为设置在底壁上的圆孔，圆孔的直径为壳体底壁宽度的1/3-1/2。

6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述抽气孔为圆形孔，直径为壳体盖板宽度的1/3～1/2。

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