CN204464350U - 一种长循环寿命锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种长循环寿命锂离子电池，主体为电池本体，包括电池外壳，电解液及卷绕电芯，卷绕电芯由电芯本体和中心管芯组成，电芯本体轴向中心设有通孔，中心管芯置于通孔内，中心管芯为圆柱体空心圆管，中心管芯表面设有若干通透的圆孔。本实用新型中心管芯表面设有若干通透的圆孔，电池内部靠近中心管芯的部位也能较好的储存电解液，从而使电解液的供给更为方便，降低了因电池生产中因电解液吸收不充分造成的容量和内阻等性能的不一致性。电池上安装了单向安全阀，利用了多孔中心管的专利构造，通过电解液过量设置来进行电解液流通以及热量交换，使内部的电解液和热量更容易传输，从而使电池的循环寿命提高了30%左右。

Description

一种长循环寿命锂离子电池

技术领域

    本实用新型涉及储能装置领域，尤其涉及一种长循环寿命锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。

纵观电池发展的历史，可以看出当前世界电池工业发展的三个特点，一是绿色环保电池迅猛发展，包括锂离子蓄电池、氢镍电池等；二是一次电池向蓄电池转化，这符合可持续发展战略；三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。在商品化的可充电池中，锂离子电池的比能量最高，特别是聚合物锂离子电池，可以实现可充电池的薄形化。正因为锂离子电池的体积比能量和质量比能量高，可充且无污染，具备当前电池工业发展的三大特点，因此在发达国家中有较快的增长。电信、信息市场的发展，特别是移动电话和笔记本电脑的大量使用，给锂离子电池带来了市场机遇。而锂离子电池中的聚合物锂离子电池以其在安全性的独特优势，将逐步取代液体电解质锂离子电池，而成为锂离子电池的主流。聚合物锂离子电池被誉为 “21世纪的电池”，将开辟蓄电池的新时代，发展前景十分乐观。

锂电池的非正常失效或者循环寿命缩短，其中一个主要因素是电解液的干涸。对于普通的圆柱型电池，其卷绕性电芯结构一般由电芯本体和中心管芯组成，现有的普通管芯仅仅起到支撑作用，防止电芯在充放电过程中发生变形，但因为卷芯内部张力较大，电芯内层吸液及老化时间较长，而且在电池运行过程中特别是在高倍率运行过程中，电芯内层及外层的温度场的差异会造成电池电化学反应的不均衡性，从而使电解液分解速度不一致，造成了电池因缺少电解液或者内部反应不均衡局部失效造成的循环寿命较短的现象。

普通管芯一般为铝合金金属管或PP，PE塑料管，管壁上无开孔设置，正常情况下在注液的过程中靠近芯棒部位的电解液吸液相对速度较慢，此外，在电池充放电过程中发生电化学反应的时候，温度越高极化电位越小，当电池在高倍率充放电时或长时间运行时，因为内外层温差较大，电芯内层电化学反应较剧烈，甚至会造成局部电解液分解影响了电池的性能，降低了电池的循环寿命。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种提高了电池的循环寿命，还提高了电池生产的一致性，降低了因电池生产中因电解液吸收不充分造成的容量和内阻等性能的不一致性，有效延长电池循环寿命技术方案：

     一种长循环寿命锂离子电池，主体为电池本体，包括电池外壳，电解液及卷绕电芯，卷绕电芯由电芯本体和中心管芯组成，电芯本体轴向中心设有通孔，中心管芯置于通孔内，中心管芯为圆柱体空心圆管，中心管芯表面设有若干通透的圆孔，圆孔面积分布占中心管芯圆柱表面积的1/4~1/2。

进一步的，电池外壳中间位置设置有单向排气阀，单向排气阀与电池外壳活动连接，单向排气阀与电池外壳之间设有密封圈。

进一步的，电池内部电解液量为电解液所需饱和量的105~150%。

进一步的，电池本体为任何一种内部具有卷绕电芯的电池形式。

本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型中心管芯表面设有若干通透的圆孔，电池内部靠近中心管芯的部位也能较好的储存电解液，从而使电解液的供给更为方便，降低了因电池生产中因电解液吸收不充分造成的容量和内阻等性能的不一致性。

（2）本实用新型的电池上安装了单向安全阀，利用了多孔中心管的专利构造，通过电解液过量设置来进行电解液流通以及热量交换，使内部的电解液和热量更容易传输，从而使电池的循环寿命提高了30%左右。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型电芯本体结构示意图；

图3为本实用新型中心管芯结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的实用新型目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

    如图1~3所示，本实用新型的主体为电池本体1，包括电池外壳2，电解液3及卷绕电芯4，卷绕电芯4由电芯本体4a和中心管芯4b组成，电芯本体4a轴向中心设有通孔5，中心管芯4b置于通孔5内，中心管芯4b为圆柱体空心圆管，中心管芯4b表面设有若干通透的圆孔6，圆孔6面积分布占中心管芯4b圆柱表面积的1/4~1/2。

电池外壳2中间位置设置有单向排气阀7，单向排气阀7与电池外壳1活动连接，单向排气阀7与电池外壳1之间设有密封圈8。利用了卷绕电芯4的专利构造，通过电解液3过量设置来进行电解液3流通以及热量交换，使内部的电解液3和热量更容易传输，从而使电池的循环寿命提高了30%左右。

实施例1

    应用普通卷绕电芯, 以圆柱型磷酸铁锂电池为例，正极是磷酸铁锂材料，负极为石墨材料，电池型号为40150，容量为20AH，电极配方如表1所示：

表1

电解液量为饱和电解液量的105%，预装了普通的电池爆破阀。经过混料，辊压，分切，卷绕，装配，注液，化成最终得到了成品电池。

实施例2

在实施例1的基础上， 将电池爆破片改为了电池单向排气阀。

实施例3

在实施例2的基础上，配置有如图2所示的的卷绕电芯。

实施例4

在实施例2的基础上，电解液量是饱和电解液量的120%。

实施例5

在实施例2的基础上，电解液量是饱和电解液量的120%，配置有如图2所示的的卷绕电芯。

实施例6

在实施例2的基础上，但电解液量是饱和电解液量的150%，配备有如图2所示的的卷绕电芯。

上述每个实例都各做了5个平行样，取测量数据的平均值来做比较。

    用日置内阻测试仪进行交流内阻的测量。用恒翼能电池测试仪进行容量测量，1C充电到3.65V，静置20min，1C放电到2.5V，用恒翼能电池测试仪进行循环测试，1C充电到3.65V，静置20min，1C放电到2.0V。

实验结果如表2所示：

	循环寿命	电池内阻（mΩ）	容量（Ah）
				实施例1	2400	1.5	21
实施例2	2450	1.5	21
				实施例3	2430	1.5	21
实施例4	3000	1.4	22
				实施例5	3600	1.4	22
实施例6	3650	1.35	22

表2

    从上述实验结果中，可以明显看出，实施例1在电池加入电解液量为105%状态下，配有普通的排气阀，仅用普通芯管的电池1C/1C 在100%DOD充放电状态下的寿命仅仅有2400次循环。而实施例2中在其他条件不变的情况下加入单向排气阀，发现循环寿命并未有特别的改善；而实施例3中加入了单向排气阀，应用普通中心管的条件下，循环寿命也未有明显改善；而实施例4中，加入单向排气阀，应用了过量电解液，使电池寿命得到了较好的提高，达到了3000次循环，而实施例5中过量电解液，单向排气阀且有中心开孔卷绕电芯的状态下，电池的在1C/1C充放100%DOD下的循环寿命可以提高到3600次循环，表明在富液情况下，单向排气阀存在时，应用此多孔芯管会极大程度的提高电池的循环寿命。而实施例6中增加电解液量到150%，则循环寿命仅仅再提高50个循环。从电池内阻和容量比较来看，尽管各实例间数值差距不是很大，但仍然可以看出与循环寿命同样的变化趋势，因此过量电解液，单向排气阀以及电池的中心开孔卷绕电芯的采用，证实相比普通电池的实施例1可以得到更好的电池性能。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种长循环寿命锂离子电池，主体为电池本体，包括电池外壳，电解液及卷绕电芯，其特征在于：所述卷绕电芯由电芯本体和中心管芯组成；

    所述电芯本体轴向中心设有通孔，中心管芯置于通孔内；

    所述中心管芯为圆柱体空心圆管，中心管芯表面设有若干通透的圆孔，圆孔面积分布占中心管芯圆柱表面积的1/4~1/2。

2.根据权利要求1所述一种长循环寿命锂离子电池，其特征在于：所述电池外壳中间位置设置有单向排气阀；所述单向排气阀与电池外壳活动连接，单向排气阀与电池外壳之间设有密封圈。

3.根据权利要求1所述一种长循环寿命锂离子电池，其特征在于：所述电池内部电解液量为电解液所需饱和量的105~150%。

4.根据权利要求1所述一种长循环寿命锂离子电池，其特征在于：所述电池本体为任何一种内部具有卷绕电芯的电池形式。