CN203760523U - 大容量Li-FeS2硬包装异形单体电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，包括单体电池壳、单体电池盖，其特点是：所述单体电池壳为异形金属壳体，所述异形金属壳体为底面一端或两端为缺少直角形的壳体，异形金属壳体内有间隔摆放且正、负极板导耳相对应的FeS₂大功率异形包膜正极板和锂箔异形包膜负极板；全部正极板导耳固装于一正极引出片、全部负极板导耳固装于一负极引出片；单体电池盖上置有安全排气阀。本实用新型采用异形单体电池壳体，能够根据用电设备整体装置剩余的空间设计电池壳体的形状，减小了用电设备整体装置的体积，安全排气阀能防止因电池放电膨胀带来的安全隐患，不仅电池的安全性能好，电池体积比能量和重量比能量均可提高10%～30%。

Description

大容量Li-FeS2硬包装异形单体电池

技术领域

本实用新型属于锂系列一次电池技术领域，特别是涉及一种大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池。

目前，Li-FeS₂(锂-二硫化铁电池)是低压锂一次电池中综合性能最好的电池之一，具有如下优点：⑴放电电压高且较平稳；⑵放电容量大，如AA型电池以200mA放电至1.0V的平均放电容量为2900mAh；⑶比功率高，可以大电流放电，如AA型电池最大可以2.0A放电电流连续放电；⑷在同型号电池产品中，重量最轻，如AA型锂-二硫化铁电池的重量约为14.5g；⑸工作温度范围广，可在-40℃～60℃下工作，其中低温性能尤其突出；⑹高温贮存性能良好，可在60℃温度下贮存；⑺有良好的防漏液性能；⑻贮存寿命长，在常温下可贮存10年；⑼电池无汞、无镉、无铅，符合环保要求。但是，由于锂不适于电导率高的水溶剂电解夜(锂与水相遇会有激烈反应)，既为常温型用非水系电解液的锂电池，不仅放电性能低，正常使用在0.1C以下，而且单体电池容量小，目前为10Ah以下，不能作为大容量电池满足动力型产品的需求。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种能够用于用电设备整体装置剩余的空间形状不规则，并且体积比能量和重量比能量高，容量可达1000Ah，并且密封性好、安全性高的大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池。

本实用新型所采取的技术方案是：

大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，包括单体电池壳、单体电池盖，其其特点是：所述单体电池壳为异形金属壳体，所述异形金属壳体为底面一端或两端为缺少直角形的壳体，异形金属壳体内置有复数片FeS₂正极活性物质大功率异形包膜正极板和比异形包膜正极板多一片的夹层式锂箔异形包膜负极板；每片异形包膜正极板上引出一条正极板导耳、每片异形包膜负极板上引出一条负极板导耳；全部正极板导耳固装于一正极引出片一端、全部负极 板导耳固装于一负极引出片一端；所述单体电池盖的一面四周制有与单体电池壳开口部分方孔密封固装用凸台，单体电池盖的面上制有固装安全排气阀用安全排气阀孔、绝缘引出正极用正极引出孔和绝缘引出负极用负极引出孔。

本实用新型还可以采用如下技术措施：

所述异形包膜正极板中的正极集流体基体为辊压或涂布有大功率正极材料的三维金属。

所述大功率正极材料包括FeS₂活性物质，SP、VGCF、乙炔黑、石墨中的一种或复数种导电剂，PVDF、PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一种或复数种粘合剂。

所述安全排气阀的阀体为内螺纹孔的金属环形柱，所述内螺纹孔的孔径大于电池盖上安全排气阀孔的孔径；安全排气阀阀体内的电池盖上置有金属薄膜，所述内螺纹孔中配合密封连接有外螺纹空心柱。

所述正极引出片另一端固装有引出于单体电池盖外部的铆钉，所述负极引出片另一端固装有引出于单体电池盖外部的铆钉；连接正极引出片的铆钉位于单体电池盖外的一端固装一正极接线片，所述正极接线片与单体电池盖之间相互绝缘、连接负极引出片的铆钉位于单体电池盖外的一端固装一负极接线片，所述负极接线片与单体电池盖之间相互绝缘。

所述单体电池盖上正极引出孔和负极引出孔上均套有密封圈。

所述单体电池壳和单体电池盖之间的封口为激光密封焊接。

所述异形金属壳体厚度为0.5-1mm的铝壳体或不锈钢壳体。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1、本实用新型采用具有高机械强度和散热能力异形金属材料作为大容量Li-FeS₂单体电池壳体，能够根据用电设备整体装置剩余的空间设计电池壳体的形状，减小了用电设备整体装置的体积，电池壳体内间隔整齐叠放大容量Li-FeS₂异形包膜正极板和异形包膜负极板，能够有效防止因电池放电膨胀带来的安全隐患，不仅电池的安全性能好，电池体积比能量和重量比能量均可提高10％～30％。

2、本实用新型异形包膜正极板中的正极集流体基体采用三维金属，将FeS₂活性物质，SP、VGCF、乙炔黑、石墨(KS或胶体试剂型)中的一种或 复数种导电剂，PVDF、PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一种或复数种粘合剂，辊压或涂布在三维金属中，大幅提高了电池的容量，可达1000Ah，低放电倍率可达0.03C以上、高放电倍率可达0.1C以上，能够广泛应用于各种动力型产品。

3、本实用新型采用金属薄膜作为排气的可更换防爆膜的排气阀，不仅简化了注液工艺，还可随时排出电池内多余气体，有效解决电池鼓胀问题，确保大容量Li-FeS₂单体电池的安全性。

4、本实用新型采用激光焊接封口，提高了电池的密封性能，有效防止了电池漏液。

附图说明

图1是本实用新型大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池主视剖视示意图；

图2是图1的左视内部结构示意图；

图3是图1的俯视示意图。

其中，1-安全排气阀，2-单体电池盖，3-绝缘垫，4-正极接线片，5-密封圈，6-铆钉，7-正极引出片，8-负极引出片，9-单体电池壳，10-异形包膜负极板，11-异形包膜正极板，12-正极板导耳，13-负极板导耳，14-负极接线片。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图1-3详细说明如下：

大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，包括单体电池壳、单体电池盖，其特点是：所述单体电池壳为异形金属壳体，所述异形金属壳体为底面一端或两端为缺少直角形的壳体，异形金属壳体内置有复数片FeS₂正极活性物质大功率异形包膜正极板和比异形包膜正极板多一片的夹层式锂箔异形包膜负极板；每片异形包膜正极板上引出一条正极板导耳、每片异形包膜负极板上引出一条负极板导耳；全部正极板导耳固装于一正极引出片一端、全部负极板导耳固装于一负极引出片一端；所述单体电池盖的一面四周制有与单体电池壳开口部分方孔密封固装用凸台，单体电池盖的面上制有固装安全排气阀用安全排气阀孔、绝缘引出正极用正极引出孔和绝缘引出负极用负极引出孔。

所述异形包膜正极板中的正极集流体基体为辊压或涂布有大功率正极材 料的三维金属；所述大功率正极材料包括FeS₂活性物质，SP、VGCF、乙炔黑、石墨中的一种或复数种导电剂，PVDF、PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一种或复数种粘合剂。

所述安全排气阀的阀体为内螺纹孔的金属环形柱，所述内螺纹孔的孔径大于电池盖上安全排气阀孔的孔径；安全排气阀阀体内的电池盖上置有金属薄膜，所述内螺纹孔中配合密封连接有外螺纹空心柱。

所述正极引出片另一端固装有引出于单体电池盖外部的铆钉，所述负极引出片另一端固装有引出于单体电池盖外部的铆钉；连接正极引出片的铆钉位于单体电池盖外的一端固装一正极接线片，所述正极接线片与单体电池盖之间相互绝缘、连接负极引出片的铆钉位于单体电池盖外的一端固装一负极接线片，所述负极接线片与单体电池盖之间相互绝缘。

所述位于单体电池壳内一面的单体电池盖上固装有绝缘垫。

所述单体电池盖上正极引出孔和负极引出孔上均套有密封圈。

所述单体电池壳和单体电池盖之间的封口为激光密封焊接。

所述异形金属壳体厚度为0.5-1mm的铝壳体或不锈钢壳体。

大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池的制作过程：

实施例1：如图1-图3所示：

制作低倍率放电用大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池

⑴制作低倍率放电用异形包膜正极板

称取88.6wt％的FeS₂作为正极活性物质，称取聚四氟乙烯(PTFE)含量为60wt％的PTFE液体作为粘合剂，称取5.8wt％的乙炔黑和1.5wt％的石墨作为导电剂，将称取的正极活性物质、粘合剂和导电剂混合作为正极混合物，其中正极干态混合物中粘合剂的重量含量为4.1％；向正极混合物中加入水并用搅拌机制备出正极糊状物，水在正极糊状物中的重量百分比含量为45％；将正极糊状物置于100℃条件下的鼓风干燥箱中12h以上烘干，自然冷却后取出形成正极粉末；然后用无水乙醇将正极粉末调和形成正极浆料，正极粉末与无水乙醇的重量比为100:55，将正极浆料在双辊压机上反复辊压形成0.65mm厚的正极片，将正极片裁制成与异形壳体内部相配合的尺寸，两正极片之间夹有一片与正极片尺寸相同作为正极集流的三维铝网体，三维铝网体上焊接 有作为正极板导耳12的铝箔，正极集流置于两正极片之间，用双辊压机将两正极片和正极集流体压制成一体，制成0.9mm厚的正极板；将正极板置于鼓风干燥箱中，100℃条件下烘干12h后，再置入真空干燥箱，100℃条件下烘干48h以上；正极板在相对湿度≤1％的环境中自然冷却至25℃室温，并包上一层聚丙烯无纺布作为隔膜，露出正极板导耳，完成低倍率放电用异形包膜正极板11的制作过程；

⑵制作异形包膜负极板

将作为负极片0.35mm厚的锂箔和作为负极集流体0.1mm厚的冲孔镍箔分别裁制成与正极板尺寸相同的片，冲孔镍箔上焊接有作为负极板导耳13的镍箔条，负极集流体置于两负极片之间，用油压机将两片负极片和负极集流体压制成一体，制成0.75mm厚的负极板；在负极板外包一层喷涂有氧化铝的PP/PE/PP复合膜作为隔膜，露出负极板导耳，完成异形包膜负极板10的制作过程；

⑶装配低倍率放电用大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池

选用壁厚为0.6mm、底面一端或两端为缺少直角形的异形铝壳体作为单体电池壳9；选用铝板制作单体电池盖2，单体电池盖的外周尺寸与单体电池壳开口部分的外周尺寸相同，单体电池盖一面四周为与单体电池壳开口部分方孔相配合的凸台，单体电池盖的面上有三个孔，中间孔为安全排气阀孔，两边的孔分别为正极引出孔和负极引出孔，正极引出孔和负极引出孔分别套上塑料密封圈5后，将有与单体电池盖上三个孔对应孔的塑料绝缘垫3贴在单体电池盖下面，从单体电池盖正极引出孔和负极引出孔自上至下穿过圆柱端部带有开口的铆钉6，正极引出孔的铆钉开口处套在作为正极引出片7的铝板条一端后，用销将铆钉和正极引出片固定成一体；负极引出孔的铆钉开口处套在作为负极引出片8的镍板条一端后，用销将铆钉和负极引出片固定成一体；将带有内螺纹孔的金属环形柱作为安全排气阀1的阀体焊接在单体电池盖的安全排气阀孔上，螺纹孔的孔径大于安全排气阀孔的孔径。

将30片异形包膜正极板和31片异形包膜负极板间隔整齐叠放，正极板导耳和负极板导耳相对放置，用胶带将异形包膜正极板和异形包膜负极板捆紧构成极板组，胶带外包一层聚酰亚胺膜后装入异形单体电池壳中；全部正 极板导耳与正极引出片焊接成一体，全部负极板导耳与负极引出片焊接成一体；将单体电池盖盖在异形单体电池壳上，采用激光焊将单体电池盖与单体电池壳密封焊接成一体；然后在正极引出孔塑料密封圈上面的铆钉铆头下面插入一片作为正极接线片4的铜条、在负极引出孔塑料密封圈上面的铆钉头下面插入一片作为负极接线片14的铜条，将正极接线片和负极接线片分别固定在单体电池盖上面的两个塑料密封圈与铆钉头之间。

采用真空注液方式将1mol/lLiCF₃S0₃的PC+DME+DOL(体积比1:1:1)电解液通过安全排气阀孔注入到装有极板组的单体电池壳中，经陈化后，在阀体螺纹孔内的安全排气阀孔上放置铝薄膜后，用带有外螺纹的空心柱密封拧紧在阀体螺纹孔中；当电池内部压力过大时，顶破铝薄膜排放气，保证了电池的安全性；在正、负极之间并联一只二极管(图中未标注)，在正接线片、负接线片和铆钉上均匀涂覆耐碱的环氧树脂胶，完成如图1-图3所示低倍率放电用大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池的制作过程。

电池测试：

电池以30A进行33h放电，放电截止电压1V进行低倍率放电试验，放电容量达90％，重量比能量达400Wh/kg；制成的低倍率放电用大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池的理论容量可达1000Ah、低放电倍率可达0.03C。电池测试结果表明，低倍率放电电压平稳，反应充分，倍率越低，放电容量越接近理论容量，并具有空间利用率高、体积比能量和重量比能量高、密封性好、安全性高的特点。

实施例2：如图1-图3所示：

制作高倍率放电用大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池

⑴制作高倍率放电用异形包膜正极板

称取90wt％的FeS₂作为正极活性物质，称取聚丙烯腈聚合物含量为15wt％的聚丙烯腈聚合物水溶液作为粘合剂，称取3wt％的乙炔黑和3.5wt％的石墨作为导电剂，将称取的正极活性物质、粘合剂和导电剂混合作为正极混合物，其中干态正极混合物中粘合剂的重量含量为3.5％；向正极混合物中加入水并用搅拌机制备出正极浆料，水在正极浆料中的重量百分比含量为30％；三维铝网作为正极集流体，铝箔作为正极板导耳12焊接在三维铝网上， 用耐高温胶带包住正极板导耳，用刮浆机将正极浆料灌入三维铝网的里外并刮平表面后，置入鼓风干燥箱100℃条件下的烘干半小时，取出后揭掉正极板导耳上的耐高温胶带，用双辊压机将压制成0.7mm厚作为正极片，将正极片裁制成与异形壳体内部相配合的尺寸作为正极板；将正极板置于真空干燥箱中100℃条件下烘干48h以上，取出后正极板在相对湿度≤1％的环境中自然冷却至25℃室温，并包上一层聚丙烯无纺布作为隔膜，露出正极板导耳，完成高倍率放电用异形包膜正极板11的制作过程；

⑵制作异形包膜负极板

将作为负极片0.25mm厚的锂箔和作为负极集流体0.1mm厚的镍箔分别裁制成与正极板尺寸相同的片，镍箔上焊接有作为负极板导耳13的镍箔条，负极集流体置于两负极片之间，用油压机将两片负极片和负极集流体压制成一体，制成0.55mm厚的负极板；在负极板外包一层聚丙烯无纺布作为隔膜，露出负极板导耳，完成异形包膜负极板10的制作过程；

⑶装配高倍率放电用大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池

选用壁厚为0.5mm、底面一端或两端为缺少直角形的异形不锈钢壳体作为单体电池壳9；选用不锈钢板制作单体电池盖2，单体电池盖的外周尺寸与单体电池壳开口部分的外周尺寸相同，单体电池盖一面四周为与单体电池壳开口部分方孔相配合的凸台，单体电池盖的面上有三个孔，中间孔为安全排气阀孔，两边的孔分别为正极引出孔和负极引出孔，正极引出孔和负极引出孔分别套上塑料密封圈5后，将有与单体电池盖上三个孔对应孔的塑料绝缘垫3贴在单体电池盖下面，从单体电池盖正极引出孔和负极引出孔自上至下穿过圆柱端部带有开口的铆钉6，正极引出孔的铆钉开口处套在作为正极引出片7的铝板条一端后，用销将铆钉和正极引出片固定成一体；负极引出孔的铆钉开口处套在作为负极引出片8的镍板条一端后，用销将铆钉和负极引出片固定成一体；将带有内螺纹孔的金属环形柱作为安全排气阀1的阀体焊接在单体电池盖的安全排气阀孔上，螺纹孔的孔径大于安全排气阀孔的孔径。

将60片异形包膜正极板和61片异形包膜负极板间隔整齐叠放，正极板导耳和负极板导耳相对放置，用胶带将异形包膜正极板和异形包膜负极板捆紧构成异形极板组，胶带外包一层聚酰亚胺膜后装入异形单体电池壳中；全 部正极板导耳与正极引出片焊接成一体，全部负极板导耳与负极引出片焊接成一体；将单体电池盖盖在异形单体电池壳上，采用激光焊将单体电池盖与单体电池壳密封焊接成一体；然后在正极引出孔塑料密封圈上面的铆钉铆头下面插入一片作为正极接线片4的铜条、在负极引出孔塑料密封圈上面的铆钉头下面插入一片作为负极接线片14的铜条，将正极接线片和负极接线片分别固定在单体电池盖上面的两个塑料密封圈与铆钉头之间。

采用真空注液方式将1mol/lLiCF₃S0₃的PC+DME+DOL(体积比1:1:1)电解液通过安全排气阀孔注入到装有极板组的单体电池壳中，经陈化后，在阀体螺纹孔内的安全排气阀孔上放置铜薄膜后，用带有外螺纹的空心柱密封拧紧在阀体螺纹孔中；当电池内部压力过大时，顶破铜薄膜排放气，保证了电池的安全性；在正、负极之间并联一只二极管(图中未标注)，在正接线片、负接线片和铆钉上均匀涂覆耐碱的环氧树脂胶，完成如图1-图3所示高倍率放电用大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池的制作过程。

电池测试：

电池以100A进行10h放电，放电截止电压0.8V进行高倍率放电试验，放电容量达90％，重量比能量达350Wh/kg；制成的高倍率放电用大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池的理论容量可达1000Ah、高放电倍率可达0.1C。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，包括单体电池壳、单体电池盖，其特征在于：所述单体电池壳为异形金属壳体，所述异形金属壳体为底面一端或两端为切角形或弧形的壳体，异形金属壳体内置有复数片FeS₂正极活性物质大功率异形包膜正极板和比异形包膜正极板多一片的夹层式锂箔异形包膜负极板；每片异形包膜正极板上引出一条正极板导耳、每片异形包膜负极板上引出一条负极板导耳；全部正极板导耳固装于一正极引出片一端、全部负极板导耳固装于一负极引出片一端；所述单体电池盖的一面四周制有与单体电池壳开口部分方孔密封固装用凸台，单体电池盖的面上制有固装安全排气阀用安全排气阀孔、绝缘引出正极用正极引出孔和绝缘引出负极用负极引出孔。

2.根据权利要求1所述的大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，其特征在于：所述异形包膜正极板中的正极集流体基体为辊压或涂布有大功率正极材料的三维金属。

3.根据权利要求2所述的大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，其特征在于：所述大功率正极材料包括FeS₂活性物质，SP、VGCF、乙炔黑、石墨中的一种或复数种导电剂，PVDF、PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一种或复数种粘合剂。

4.根据权利要求1所述的大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，其特征在于：所述安全排气阀的阀体为内螺纹孔的金属环形柱，所述内螺纹孔的孔径大于电池盖上安全排气阀孔的孔径；安全排气阀阀体内的电池盖上置有金属薄膜，所述内螺纹孔中配合密封连接有外螺纹空心柱。

5.根据权利要求1所述的大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，其特征在于：所述正极引出片另一端固装有引出于单体电池盖外部的铆钉，所述负极引出片另一端固装有引出于单体电池盖外部的铆钉；连接正极引出片的铆钉位于单体电池盖外的一端固装一正极接线片，所述正极接线片与单体电池盖之间相互绝缘、连接负极引出片的铆钉位于单体电池盖外的一端固装一负极接线片，所述负极接线片与单体电池盖之间相互绝缘。

6.根据权利要求1所述的大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，其特征在于：所述单体电池盖上正极引出孔和负极引出孔上均套有密封圈。

7.根据权利要求1所述的大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，其特征在于：所述单体电池壳和单体电池盖之间的封口为激光密封焊接。

8.根据权利要求1所述的大容量Li-FeS₂硬包装异形单体电池，其特征在于：所述异形金属壳体厚度为0.5-1mm的铝壳体或不锈钢壳体。