CN203707231U - 具有高倍率放电性能的锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有高倍率放电性能的锂离子电池，包括外壳、位于外壳内的电芯、上盖板和下盖板，电芯由带有正极极耳的正极极片、带有负极极耳的负极极片和隔膜通过卷绕方式和叠片方式中的一种制成，其特征在于:另设有正极极耳夹紧机构和负极极耳夹紧机构，正极极耳收纳固定于正极极耳夹紧机构内侧，正极极耳夹紧机构外侧上设有正极螺柱，正极螺柱与上盖板可拆卸连接，负极极耳收纳固定于负极极耳夹紧机构内侧，负极极耳夹紧机构外侧上设有负极螺柱，负极螺柱与下盖板可拆卸连接。本实用新型特别适用于电摩、电动出租车及电动大巴等领域，满足车辆在爬坡、瞬间启动、瞬加加速等恶劣情况下对电池高倍率放电性能的要求。

Description

具有高倍率放电性能的锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子电池，具体是涉及一种具有高倍率放电性能的锂离子电池。

背景技术

近些年来，随着各种便携式电子产品的普及和广泛应用，作为这些产品的驱动电源，锂离子电池具有自放电率低、循环性能好、自放电小的优良特性，得到迅速的发展和应用。特别是此次十八大召开，将“绿色发展”和“美丽中国”写入报告，大力推动循环经济发展，积极倡导生态文明，构建资源节约型和环境友好型的社会。

锂离子二次电池具有无污染、零排放、可循环使用正逐渐应用到传统汽车制造业，如摩托车、出租车、大巴等领域，但是在偏远山区、路况较差和城市信号灯较多等地方，车辆在爬坡、瞬间启动、瞬加加速等情况下，对电池的瞬间放电性能、持续高倍率放电性能提出了新的挑战，现有技术中公开了一些高倍率放电特性及高容量的锂离子电池，一定程度上提高了锂离子电池的倍率放电性能、降低了一定的内阻，但是还存在如下问题：

（1）电极片普遍采用两个或两个以上的多极耳设计，或是叠片工艺所设计的电极片外设金属箔进行冲裁当作极耳，制造工艺较为复杂，同时模具的磨损率也同时增大；

（2）虚焊或焊接不牢导致电池的内阻无法达到产品的需求，只能降级使用或报废；

（3）采取了增加正负极极耳引出端，提高电池的倍率放电性能，但是在路况不好，崎岖山路或城市交通中频繁启动、加速的情况下，需要电池满足更大倍率放电的性能要求，此时，一些倍率达不到或稍差的电池将导致坡道抛锚、过流保护，甚至带来严重的交通事故。

此外，现有技术中，通常采用卷绕和叠片的生产工艺，电芯的组成主要为：正极片、隔膜、负极片以卷绕或叠片的工艺制作成电芯，卷绕工艺的正负极片采用间歇式涂布，在留白处分别焊接正负极极耳；叠片的工艺也是采用间歇式涂布，然后在将留白处裁切或模具冲裁成需要的规格，类似于极耳（也称集流体）的样式，通过叠片工艺，制作成电芯，最后将金属箔通过超声波焊接或是夹紧装置予以夹紧。

上述两种生产工艺通过极耳焊接或叠片工艺制作的电池，在一定程度上满足了倍率放电性能要求，但高容量、高倍率的电池设计中，尤其是动力电池，应用在城市公交、电动大巴等领域，通过多极耳引出、多层金属箔（也称集流体）叠加焊接引出的方式，电池在抖动、跌落、颠簸测试中，电池内的电芯极易发生窜动、导致错位而引发电池内部短路，同时在抖动、颠簸过程中电芯还极易拉扯极耳，导致极耳撕裂或拉断的现象，导致短路的发生，所以，在结构设计上必须有效避免，杜绝此类的安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种具有高倍率放电性能的锂离子电池，特别适用于电摩、电动出租车及电动大巴等领域，满足车辆在爬坡、瞬间启动、瞬加加速等恶劣情况下对电池高倍率放电性能的要求。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种具有高倍率放电性能的锂离子电池，包括外壳、位于外壳内的电芯、上盖板和下盖板，所述电芯由带有正极极耳的正极极片、带有负极极耳的负极极片和隔膜通过卷绕方式和叠片方式中的一种制成，其特征在于:另设有正极极耳夹紧机构和负极极耳夹紧机构，所述正极极耳收纳固定于所述正极极耳夹紧机构内侧，所述正极极耳夹紧机构外侧上设有正极螺柱，所述正极螺柱与所述上盖板可拆卸连接，所述负极极耳收纳固定于所述负极极耳夹紧机构内侧，所述负极极耳夹紧机构外侧上设有负极螺柱，所述负极螺柱与所述下盖板可拆卸连接。

作为本实用新型的进一步改进，另设有正极外延螺柱、负极外延螺柱、第一熔断器和第二熔断器，所述正极螺柱朝向所述正极外延螺柱一端设有第一盲孔，所述正极外延螺柱朝向所述正极螺柱一端设有第二盲孔，且所述第二盲孔与所述第一盲孔连通形成收容空间，所述正极螺柱与所述正极外延螺柱可拆卸连接，所述第一熔断器恰可容置于所述第一盲孔和所述第二盲孔形成的收容空间内，所述负极螺柱朝向所述正极外延螺柱一端设有第三盲孔，所述负极外延螺柱朝向所述负极螺柱一端设有第四盲孔，且所述第四盲孔与所述第三盲孔连通形成收容空间，所述负极螺柱与所述负极外延螺柱可拆卸连接，所述第二熔断器恰可容置于所述第三盲孔和所述第四盲孔形成的收容空间内。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一盲孔和所述第二盲孔的深度分别为所述第一熔断器长度的1/2，所述第三盲孔和所述第四盲孔的深度分别为所述第二熔断器长度的1/2。

作为本实用新型的进一步改进，所述正极极耳与所述正极极片一体化成型，所述负极极耳与所述负极极片一体化成型。

作为本实用新型的进一步改进，所述正极极耳收纳于所述正极极耳夹紧机构内侧，且通过超声焊接和冲床冲压夹紧中的一种进行固定，所述负极极耳收纳于所述负极极耳夹紧机构内侧，且通过超声焊接和冲床冲压夹紧中的一种进行固定。

作为本实用新型的进一步改进，所述正极螺柱与所述上盖板可拆卸连接的结构是：所述正极螺柱与所述上盖板通过螺母固连；所述负极螺柱与所述下盖板可拆卸连接的结构是：所述负极螺柱与所述下盖板通过螺母固连。

作为本实用新型的进一步改进，所述正极螺柱与所述正极外延螺柱可拆卸连接的结构是：所述正极螺柱与所述正极外延螺柱通过绝缘螺母固连；所述负极螺柱与所述负极外延螺柱可拆卸连接的结构是：所述负极螺柱与所述负极外延螺柱通过绝缘螺母固连。

作为本实用新型的进一步改进，所述正极螺柱与所述正极外延伸螺柱之间以及所述负极螺柱与所述负极外延伸螺柱之间分别设有绝缘垫片。

作为本实用新型的进一步改进，所述绝缘垫片的材质为塑料、聚四氟乙烯、橡胶材料和高分子材料中的一种。

作为本实用新型的进一步改进，所述正极极耳夹紧机构的材质为铝和铝合金中的一种，所述负极极耳夹紧机构的材质为黄铜、紫铜、钨铜和合金铜中的一种。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种具有高倍率放电性能的锂离子电池，与现有技术相比，本实用新型通过设置正极极耳夹紧机构和负极极耳夹紧机构，将正极极耳和负极极耳分别完全收纳固定于正极极耳夹紧机构和负极极耳夹紧机构内，能够显著提高电池的倍率放电性能，同时，全部保留极耳的引出方式，能够增大散热面积，显著提高散热效果，特别的，正极极耳收纳于正极极耳夹紧机构内时通过超声焊接进行固定，负极极耳收纳于负极极耳夹紧机构内时通过超声焊接进行固定，采用超声波焊接，不仅焊接效果好，焊接效率也高，且超声焊接的连接方式为软性连接，缓冲性能及大电流性能都优于其它连接方式，这样的结构特别适合应用在路况不佳的电动自行车、电摩、电动汽车等交通工具上，在振动频繁或持续振动的环境下，能够缓冲振动给正极极耳和负极极耳所带来的冲力，极大地提高电池的安全性能；正极极耳和负极极耳设计可通过整体引出工艺在正极极片和负极极片加工时自身预留形成，这样，不需要裁切或切割等加工，且可以采用全涂布方式，相比间歇涂布工艺，全涂布工艺操作更加简便，价格相对便宜，对涂布机的要求较低，可避免间歇涂布过程中产生的拖尾现象和极片面密度前轻后重的现象。

此外，本实用新型设置正极外延螺柱、负极外延螺柱、第一熔断器和第二熔断器，将第一熔断器容置于正极外延螺柱上的第一盲孔和正极外延螺柱上的第二盲孔形成的收容空间内，将第二熔断器容置于负极螺柱上第三盲孔和负极外延螺柱上的第四盲孔形成的收容空间内，这样，电池在短路或使用过程中电流超过额定电流时，电流通过第一熔断器和第二熔断器，熔断器内熔体因发热而熔断，使电池不在工作，形成短路，起到保护电池的目的，且第一熔断器和第二熔断器具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短，因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，第一熔断器和第二熔断器不会熔断，电池可以继续工作，上述方法设计的熔断器更换维护简便，只要将外延螺柱卸下，取出损坏的熔断器，更换一个新的同规格熔断器，便可再次工作，而且对电池的电性能无任何影响。

附图说明

图1为本实用新型分解结构示意图；

图2为本实用新型卷绕式正极极片结构图；

图3为本实用新型卷绕式负极极片结构图；

图4为本实用新型叠片式正极极片和负极极片结构示意图。

结合附图，作以下说明：

1——外壳               2——上盖板

3——下盖板             4——正极极耳

5——负极极耳           6——正极极耳夹紧机构

7——负极极耳夹紧机构   8——正极螺柱

9——负极螺柱           10——正极外延螺柱

11——负极外延螺柱      12——第一熔断器

13——第二熔断器

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型为一种具有高倍率放电性能的锂离子电池，包括外壳1、位于外壳内的电芯、上盖板2和下盖板3，所述电芯由带有正极极耳4的正极极片、带有负极极耳5的负极极片和隔膜通过卷绕方式和叠片方式中的一种制成，另设有正极极耳夹紧机构6和负极极耳夹紧机构7，所述正极极耳收纳固定于所述正极极耳夹紧机构内侧，所述正极极耳夹紧机构外侧上设有正极螺柱8，所述正极螺柱与所述上盖板可拆卸连接，所述负极极耳收纳固定于所述负极极耳夹紧机构内侧，所述负极极耳夹紧机构外侧上设有负极螺柱9，所述负极螺柱与所述下盖板可拆卸连接，这样，正极极耳和负极极耳分别完全收纳于正极极耳夹紧机构和负极极耳夹紧机构内，能够显著提高电池的倍率放电性能，同时，全部保留极耳的引出方式，能够增大散热面积，显著提高散热效果。

优选的，另设有正极外延螺柱10、负极外延螺柱11、第一熔断器12和第二熔断器13，所述正极螺柱朝向所述正极外延螺柱一端设有第一盲孔，所述正极外延螺柱朝向所述正极螺柱一端设有第二盲孔，且所述第二盲孔与所述第一盲孔连通形成收容空间，所述正极螺柱与所述正极外延螺柱可拆卸连接，所述第一熔断器恰可容置于所述第一盲孔和所述第二盲孔形成的收容空间内，所述负极螺柱朝向所述正极外延螺柱一端设有第三盲孔，所述负极外延螺柱朝向所述负极螺柱一端设有第四盲孔，且所述第四盲孔与所述第三盲孔连通形成收容空间，所述负极螺柱与所述负极外延螺柱可拆卸连接，所述第二熔断器恰可容置于所述第三盲孔和所述第四盲孔形成的收容空间内，这样，电池在短路或使用过程中电流超过额定电流时，电流通过第一熔断器和第二熔断器，熔断器内熔体因发热而熔断，使电池不在工作，形成短路，起到保护电池的目的，且第一熔断器和第二熔断器具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短，因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，第一熔断器和第二熔断器不会熔断，电池可以继续工作，在选用上述第一熔断器和第二熔断器时，可以根据电池的容量及应用过程中电流的要求进行选择，例如：一款动力电池的额计容量为20Ah，应用的领域需要最大的电流需求为15C，即可选用最大电流值300安培的熔断器，在使用中，上述熔断器的电流持续超过300安培时，熔断器会因电流过载而在短时间内将熔断器内熔体融化，使电池不在工作，形成短路，起到保护电池的目的，安装上述方法设计的熔断器，更换维护简便，只要将外延螺柱卸下，取出损坏的熔断器，更换一个新的同规格熔断器，便可再次工作，而且对电池的电性能无任何影响。

优选的，所述第一盲孔和所述第二盲孔的深度分别为所述第一熔断器长度的1/2，所述第三盲孔和所述第四盲孔的深度分别为所述第二熔断器长度的1/2。

优选的，所述正极极耳与所述正极极片一体化成型，所述负极极耳与所述负极极片一体化成型，可通过整体引出工艺在正极极片和负极极片加工时自身预留形成，这样，不需要裁切或切割等加工，具体实施时，卷绕式或叠片式锂离子二次电池的正极极片的正极极耳和负极极片的负极极耳在涂布过程中预留下来，本实用新型的涂布工艺采用全涂布方式，相比间歇涂布工艺，全涂布工艺操作更加简便，价格相对便宜，对涂布机的要求较低，可避免间歇涂布过程中产生的拖尾现象和极片面密度前轻后重的现象。

优选的，所述正极极耳收纳于所述正极极耳夹紧机构内侧，且通过超声焊接和冲床冲压夹紧中的一种进行固定，所述负极极耳收纳于所述负极极耳夹紧机构内侧，且通过超声焊接和冲床冲压夹紧中的一种进行固定，上述固定方式优选超声焊接，采用超声波焊接，不仅焊接效果好，焊接效率也高，且超声焊接的连接方式为软性连接，缓冲性能及大电流性能都优于其它连接方式，这样的结构特别适合应用在路况不佳的电动自行车、电摩、电动汽车等交通工具上，在振动频繁或持续振动的环境下，能够缓冲振动给正极极耳和负极极耳所带来的冲力，极大地提高电池的安全性能。

优选的，所述正极螺柱与所述上盖板可拆卸连接的结构是：所述正极螺柱与所述上盖板通过螺母固连；所述负极螺柱与所述下盖板可拆卸连接的结构是：所述负极螺柱与所述下盖板通过螺母固连，特别的，所述螺母为六角螺母，所述六角螺母的材质为铝材、铝合金、黄铜、紫铜和不锈钢中的一种。

优选的，所述正极螺柱与所述正极外延螺柱可拆卸连接的结构是：所述正极螺柱与所述正极外延螺柱通过绝缘螺母固连；所述负极螺柱与所述负极外延螺柱可拆卸连接的结构是：所述负极螺柱与所述负极外延螺柱通过绝缘螺母固连。特别的，所述绝缘螺母为绝缘六角螺母，所述绝缘六角螺母的材质为塑料、聚四氟乙烯、橡胶材料和高分子材料中的一种。

优选的，所述正极螺柱与所述正极外延伸螺柱之间以及所述负极螺柱与所述负极外延伸螺柱之间分别设有绝缘垫片。

优选的，所述绝缘垫片的材质为塑料、聚四氟乙烯、橡胶材料和高分子材料中的一种。

优选的，所述正极极耳夹紧机构的材质为铝和铝合金中的一种，所述负极极耳夹紧机构的材质为黄铜、紫铜、钨铜和合金铜中的一种。

本实用新型具有高倍率放电性能的锂离子电池的装配方法如下：

参考图2和图3，将正极极片、隔膜纸、负极极片放入卷绕机，启动卷绕机，卷成电芯，贴上耐电解液腐蚀的终止胶带，用手将电芯的正极极耳（也称集流体）捏紧，放入正极极耳夹紧机构内，用超声波将已夹住正极极耳的正极极耳夹紧机构焊牢；用手将电芯的负极极耳（也称集流体）捏紧，放入负极极耳夹紧机构内，用超声波将已夹住负极极耳的正极极耳夹紧机构焊牢，形成电芯；

参考图4，正极极片、隔膜纸和负极极片经过反复循环叠加，最终形成电芯，电芯正极极片的一端外露的数层箔材形成正极极耳；电芯负极极片的一端外露的数层箔材形成负极极耳。

将上述通过卷绕或叠片形成的电芯放入电池外壳内，装入上盖板，用六角螺母将正极螺柱锁紧，将第一熔断器放入正极螺柱的第一盲孔内，第一盲孔的深度为第一熔断器长度的1/2，放置正极螺柱与正极外延螺柱间的绝缘垫片，再将正极外延螺柱的第二盲孔套入第一熔断器上，第二盲孔的深度为第一熔断器长度的1/2，用绝缘六角螺母将正极螺柱和正极外延螺柱拧紧，按照相同的组装方法，装入下盖板，用六角螺母将负极螺柱与下盖板锁紧，将第二熔断器放入负极螺柱的第三盲孔，第三盲孔的深度为第二熔断器长度的1/2，放置负极螺柱与负极外延螺柱间的绝缘垫片，再将负极外延螺柱的第四盲孔（第四盲孔的深度为第二熔断器长度的1/2）套入第二熔断器上，用绝缘六角螺母将负极螺柱和负极外延螺柱拧紧，电池外壳的一端设有注液孔，当电池装配完成后，将电解液从注液孔注入电池壳内，密封，进行化成分容，完成组装。

本实用新型中的正极极片的材质为铝箔或铝网，其制备工艺为：将PVDF（聚偏氟乙烯），投入到NMP（N-甲基吡咯烷酮）中，启动搅拌机，并按一定的速率将PVDF完全溶解于NMP中，将磷酸铁锂材料加入该溶液中，充分混合制成浆料，其组成为LiFePO4:PVDF：乙炔黑：Super-P（超级炭黑）＝90:4：4：2。再将该浆料以全涂布的方法均匀地涂布在20μm的铝箔上，于100℃下干燥6小时。辊压后得到敷料尺寸为：1850mm*90mm，铝箔的尺寸为：90mm*25mm，厚度为150μm的正极片（图4所示）。

本实用新型中负极极片材质为铜箔或铜网，其制备工艺为：将PVDF（聚偏氟乙烯），投入到纯水中，启动打浆机，并按一定的速率将PVDF完全溶解于纯水中，将MCMB（中间相碳微球）加入该溶液中，充分混合制成浆料，其组成为MCMB：PVDF：VGCF（纳米超长碳纤维）=95:4：1。再将该浆料以全涂布的方法均匀地涂布在15μm的铜箔上，于100℃下干燥6小时。辊压后得到敷料尺寸为：1900mm*92mm，铜箔的尺寸为：92mm*25mm，厚度为150μm的负极片。

以上实施例是参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本实用新型的实质的情况下，都落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有高倍率放电性能的锂离子电池，包括外壳(1)、位于外壳内的电芯、上盖板(2)和下盖板(3)，所述电芯由带有正极极耳(4)的正极极片、带有负极极耳(5)的负极极片和隔膜通过卷绕方式和叠片方式中的一种制成，其特征在于:另设有正极极耳夹紧机构(6)和负极极耳夹紧机构(7)，所述正极极耳收纳固定于所述正极极耳夹紧机构内侧，所述正极极耳夹紧机构外侧上设有正极螺柱(8)，所述正极螺柱与所述上盖板可拆卸连接，所述负极极耳收纳固定于所述负极极耳夹紧机构内侧，所述负极极耳夹紧机构外侧上设有负极螺柱(9)，所述负极螺柱与所述下盖板可拆卸连接。 

2.根据权利要求1所述的具有高倍率放电性能的锂离子电池，其特征在于：另设有正极外延螺柱(10)、负极外延螺柱(11)、第一熔断器(12)和第二熔断器(13)，所述正极螺柱朝向所述正极外延螺柱一端设有第一盲孔，所述正极外延螺柱朝向所述正极螺柱一端设有第二盲孔，且所述第二盲孔与所述第一盲孔连通形成收容空间，所述正极螺柱与所述正极外延螺柱可拆卸连接，所述第一熔断器恰可容置于所述第一盲孔和所述第二盲孔形成的收容空间内，所述负极螺柱朝向所述正极外延螺柱一端设有第三盲孔，所述负极外延螺柱朝向所述负极螺柱一端设有第四盲孔，且所述第四盲孔与所述第三盲孔连通形成收容空间，所述负极螺柱与所述负极外延螺柱可拆卸连 接，所述第二熔断器恰可容置于所述第三盲孔和所述第四盲孔形成的收容空间内。 

3.根据权利要求2所述的具有高倍率放电性能的锂离子电池，其特征在于：所述第一盲孔和所述第二盲孔的深度分别为所述第一熔断器长度的1/2，所述第三盲孔和所述第四盲孔的深度分别为所述第二熔断器长度的1/2。 

4.根据权利要求1所述的具有高倍率放电性能的锂离子电池，其特征在于：所述正极极耳与所述正极极片一体化成型，所述负极极耳与所述负极极片一体化成型。 

5.根据权利要求1所述的具有高倍率放电性能的锂离子电池，其特征在于：所述正极极耳收纳于所述正极极耳夹紧机构内侧，且通过超声焊接和冲床冲压夹紧中的一种进行固定，所述负极极耳收纳于所述负极极耳夹紧机构内侧，且通过超声焊接和冲床冲压夹紧中的一种进行固定。 

6.根据权利要求1所述的具有高倍率放电性能的锂离子电池，其特征在于：所述正极螺柱与所述上盖板可拆卸连接的结构是：所述正极螺柱与所述上盖板通过螺母固连；所述负极螺柱与所述下盖板可拆卸连接的结构是：所述负极螺柱与所述下盖板通过螺母固连。 

7.根据权利要求2所述的具有高倍率放电性能的锂离子电池，其特征在于：所述正极螺柱与所述正极外延螺柱可拆卸连接的结构是：所述正极螺柱与所述正极外延螺柱通过绝缘螺母固连；所述负极螺柱与所述负极外延螺柱可拆卸连接的结构 是：所述负极螺柱与所述负极外延螺柱通过绝缘螺母固连。 

8.根据权利要求1至7任一项所述的具有高倍率放电性能的锂离子电池，其特征在于：所述正极螺柱与所述正极外延伸螺柱之间以及所述负极螺柱与所述负极外延伸螺柱之间分别设有绝缘垫片。 

9.根据权利要求8所述的具有高倍率放电性能的锂离子电池，其特征在于：所述绝缘垫片的材质为塑料、聚四氟乙烯和橡胶材料中的一种。 

10.根据权利要求1所述的具有高倍率放电性能的锂离子电池，其特征在于：所述正极极耳夹紧机构的材质为铝和铝合金中的一种，所述负极极耳夹紧机构的材质为黄铜、紫铜、钨铜和合金铜中的一种。