CN204614884U - 一种功率型动力、储能锂离子电池及锂离子电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率型动力、储能锂离子电池及锂离子电池组，包括正极片、负极片、电解液、隔膜以及密封胶，正极片包括正极集流体以及正极材料层；负极片包括负极集流体以及负极材料层；隔膜设置在正极片和负极片之间且正极材料层与负极材料层均朝向隔膜，正极片、负极片、电解液以及隔膜封通过密封胶隔离密封成电池。本实用新型还公开了一种锂离子电池组。本实用新型提升电池的生产收成率；避免电池在外部短路时电池极耳处热量过于集中，引起电池的起火爆炸安全事故，提升锂离子电池的安全性能；降低电池高功率时电池内部的发热程度，方便成组电池的热管理与热量热均衡；还具有动力与储能电池的高功率、高安全的特点，提高了锂离子电池的使用寿命。

Description

一种功率型动力、储能锂离子电池及锂离子电池组

技术领域

本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种功率型动力、储能锂离子电池及锂离子电池组。

背景技术

 现有市场的动力与储能锂离子均由卷绕或者叠片式结构电池组成，该类电池均需要极耳将电池能量进行引出，电池流过集流体与极耳，其电流密度高，电池发热大，影响电池的安全性能，不利于电池组的热量管理，另外采用极耳引出的方式制作的锂离子电池，一旦外部有短路异常，电池的能量均需要通过极耳进行释放，极耳处温度急剧升高，可以直接熔断极耳，局部温度甚至超过1000℃以上，产生的热量容易引起电解液起火，隔膜燃烧，正极材料快速分解，整个电池体系出现热失控而爆炸的安全隐患。

专利申请号为200510067328.6的中国专利，公开了一种卡片以及用于卡片的薄型一次锂电池的制作方法，该电池采用集流体作为外包装，公开了可使用的集流体材质，但是其为一次锂电池，不可以反复使用，不适用于动力与储能电池的高功率充放电以及长寿命的特点。

专利申请号为201220041682.7在200510067328.6结构的基础上，公开了一种超薄锂离子电池的二次电池方案，这种电池改善了一次锂电池不能反复使用的缺点，满足智能卡片电池的重复使用，但是这种电池的结构具有其固有的缺点，（如图1和图2所示）其仍然采用采用集流体延伸引出极耳结构，极耳引出时电流密度的大小与集流体的厚度相关，如果应用于动力电池领域，单体电池的容量往往超过5Ah甚至10Ah以上，工作时电池集流体以及极耳电流密度过高会产生大量热，不利于电池的高功率充放电，不利于电池组的热量均衡与管理，另外如果电池的容量超过高，电池出现外部短路的异常，电池极耳处会产生可以将极耳熔断的600℃甚至1000℃以上高温，会引起电池的密封层封层分层，电解液气化，点燃电解液引发活性材料热分解的起火爆炸的事故；另外该专利说明书里也对不同的金属热封强度做详细分析，其提到，这种超薄电池采用极耳引出的方式，如果采用铝箔作为集流体，即使采用50um厚度的材料，在200℃高温进行压力热熔密封时，正极极耳也难免被拉裂，这样50um厚度下的铝箔很难应用于锂离子电池；最后，这种电池很薄，不到1mm厚，极耳引出箔却很软，生产过程中极易弯曲造成正负极短路，从而导致电池报废以及安全事故的产生。

总之上述两种电池均不能满足动力与储能电池的高功率、高安全的特点，同时其批量化生产，薄型箔材的使用仍然存在难点。

发明内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是一种简化电池结构、安全性能高且可降低发热程度的功率型动力、储能锂离子电池及锂离子电池组。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下方案实现：一种功率型动力、储能锂离子电池，包括正极片、负极片、电解液、用于隔离正极片和负极片的隔膜以及将用于将正极片、负极片以及隔膜封装成电池的密封胶，其特征在于，正极片包括正极集流体以及涂布在正极集流体表面的正极材料层；负极片包括负极集流体以及涂布在负极集流体表面的负极材料层；隔膜设置在正极片和负极片之间且正极材料层与负极材料层均朝向隔膜，正极片、负极片、电解液以及隔膜封通过密封层隔离密封成电池，所述的锂离子电池无外延引出或者额外焊接引出的突出形状的极耳。

其中，所述的正极集流体和负极集流体的外侧表面均不涂覆电极活性材料，整个集流体外表面作为电池的电极引出端面。

其中所述的锂离子电池的工作电流流向与锂离子电池的正极集流体和负极集流体的表面垂直，且电流从正极集流体和负极集流体的整个表面垂直引出。

本实用新型还提供了一种锂离子电池组，该锂离子电池组由多个上述任一锂离子电池层叠组成，且多个锂离子电池之间通过并联或串联连接。

与现有技术相比，本实用新型的锂离子电池去除了电池的极耳，使得电池的机构更加结构简洁，改善电池的极耳断裂问题，提升电池的生产收成率；另外，采用这种去除极耳的方式，进一步简化了锂离子电池的结构，可以避免电池在外部短路时电池极耳处热量过于集中，引起电池的起火爆炸安全事故，可以提升锂离子电池的安全性能；同时，电池的电流通过集流体的整个表面引出，使得电流从集流体表面纵向引出，而且这种结构使得电流流导通方向垂直于集流体平面，可以降低电池高功率时电池内部的发热程度，方便成组电池的热管理与热量热均衡；这种结构的锂离子电池还具有动力与储能电池的高功率、高安全的特点，提高了锂离子电池的使用寿命，降低了生产工艺，提高了生产效率，适用于批量化生产，便于推广使用。多个电池层叠组成的电池组，单体电池间热量较一致，易于实现电池组热量均衡控制，可以提高电池组安全性能及使用寿命。

附图说明

图1为现有技术中的锂离子电池的剖图。

图2为现有技术中的锂离子电池的俯视图。

图3为本实用新型中的锂离子电池的机构示意图。

图4为本实用新型中的锂离子电池的俯视图。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

如图3至图4所示，一种高功率动力及储能锂离子电池，包括正极片1、负极片2、电解液3、用于隔离正极片和负极片的隔膜4以及将用于将正极片、负极片以及隔膜封装成电池的密封胶5。正极片1包括正极集流体11和正极材料层12；正极材料层涂布在正极集流体11的下表面，正极集流体11的上表面不涂布正极材料层11。负极片2包括负极集流体21和负极材料层22；负极材料层22涂布在负极集流体21的上表面，负极集流体21的下表面不涂布负极材料层22。为了使得电池的封装，所述的正极集流体11的大小大于涂布在其表面的正极材料层12的大小，所述的负极集流体21的大小大于涂布在其表面的负极材料层22的大小，使得正极材料层和负极材料层完全涂布在其对应的集流体表面上。所述的隔膜4设置正极片的正极材料层12与负极片的负极材料层22之间，用于将正极材料层和负极材料层隔开。组装时，锂离子电池从下至上的结构依次为负极集流体21、负极材料层22、隔膜4、正极材料层12、正极集流体11，然后将使用密封胶5对电池的三边进行热封，再将电解液3分别填充在正极材料层12和隔膜之间、负极材料层与隔膜之间，最后对最后一条边进行热封制成锂离子电池。所使用的隔膜以及热封胶均采用聚丙烯制成。锂离子电池内不设极耳与正极片和负极片连接，也不额外焊接极耳引出，采用正极片的上表面和负极片的下表面作为引出面。锂离子电池的工作电流流向与锂离子电池的正极集流体11和负极集流体21的表面垂直；工作时，锂离子电池的电流从正极集流体11的整个表面进入从负极集流体21的整个表面引出。在锂离子电池内不设极耳，且采用正极集流体表面和负极集流体表面引出，可以有效改善电池的发热程度，避免电池连接的线路发生短路时电池内部能够过于集中，引发安全隐患，提高了电池的安全性。而且电池的电流通过正极集流体11和负极集流体21的整个表面引出，降低电池高功率时电池内部的发热程度，方便成组电池的热管理与热量热均衡，提高了电池的使用寿命。

一种锂离子电池组，该锂离子电池组由多个上述任一锂离子电池层叠组成，且多个锂离子电池之间通过并联或串联连接。多个锂离子电池重叠，制成锂离子电池组，使得电池更加简洁美观。

实施例1：

一种高功率动力及储能锂离子电池，采用铝箔为正极集流体，在20um的铝箔上涂覆一层面密度为200g/m2钴酸锂材料制成正极材料层，所使用的钴酸锂材料中的各成分的重量占总质量的百分比为：钴酸锂90%，炭黑5%，聚偏氟乙烯5%。其中正极集流体为正方形，边长300mm，正极材料涂覆区域尺寸为260mm正方形。采用边长为300的正方形9um铜箔为负极集流体，在铜箔上涂覆一层面密度为90g/m2石墨负极材料制成负极材料层，所使用的石墨负极材料中的各成分的重量占总质量的百分比为：石墨92%，导电炭黑3%，羟甲基纤维素2%，丁苯胶乳3%。其中负极涂覆区域尺寸为280mm的正方形，分别烘干冷压成电机，然后在正极集流体和负极集流体的一侧涂有电极材料层的区域热压附上一层40um厚的电极材料层，正极片采用20mm宽的密封胶、负极片采用10mm宽的密封胶进行密封，然后将负极片，隔膜，正极片按次序叠放在一起，其中正极材料与负极材料层朝向隔膜，未涂覆材料的空箔一侧朝外，将其置于热封设备上将方形电池的三条边进行热封，然后真空85℃烘烤20小时，在湿度为0.05%的环境下注入电解液，然后在真空环境下开口化成，化成后进行真空二次热封制得高功率锂离子电池。所使用的隔膜以及热封胶均采用聚丙烯制成。

实施例2：

一种锂离子电池组，该锂离子电池组由多个实施例1所述的锂离子电池层叠组成，且多个锂离子电池之间串联连接。

实施例3：

一种高功率动力及储能锂离子电池，采用铝箔为正极集流体，在20um的铝箔上涂覆一层面密度为120g/m2磷酸铁锂材料制成正极材料层，所使用的磷酸铁锂材料中的各成分的重量占总质量的百分比为：磷酸铁锂90%，炭黑5%，聚偏氟乙烯5%。其中正极集流体为正方形，边长300mm，正极材料涂覆区域尺寸为260mm正方形。采用边长为300的正方形20um铝箔为负极集流体，在铝箔上涂覆一层面密度为120g/m2钛酸锂负极材料制成负极材料层，所使用的钛酸锂负极材料中的各成分的重量占总质量的百分比为：钛酸锂92%，导电炭黑3%，羟甲基纤维素2%，丁苯胶乳3%。其中负极涂覆区域尺寸为280mm的正方形，分别烘干冷压成电机，然后在正极集流体和负极集流体的一侧涂有电极材料层的区域热压附上一层40um厚的电极材料层，正极片采用20mm宽的密封胶、负极片采用10mm宽的密封胶进行密封，然后将负极片，隔膜，正极片按次序叠放在一起，其中正极材料与负极材料层朝向隔膜，未涂覆材料的空箔一侧朝外，将其置于热封设备上将方形电池的三条边进行热封，然后真空85℃烘烤20小时，在湿度为0.05%的环境下注入电解液，然后在真空环境下开口化成，化成后进行真空二次热封制得高功率锂离子电池。所使用的隔膜以及热封胶均采用聚丙烯制成。

实施例4：

一种锂离子电池组，该锂离子电池组由多个实施例3所述的锂离子电池层叠组成，且多个锂离子电池之间串联连接。

上述实施例仅为本实用新型的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种功率型动力、储能锂离子电池，包括正极片（1）、负极片（2）、电解液（3）、用于隔离正极片和负极片的隔膜（4）以及将用于将正极片、负极片以及隔膜封装成电池的密封胶（5），其特征在于，正极片（1）包括正极集流体（11）以及涂布在正极集流体表面的正极材料层（12）；负极片（2）包括负极集流体（21）以及涂布在负极集流体表面的负极材料层（22）；隔膜（4）设置在正极片（1）和负极片（2）之间且正极材料层（12）与负极材料层22均朝向隔膜（3），正极片（1）、负极片（2）、电解液（3）以及隔膜（4）封通过密封层（5）隔离密封成电池，所述的锂离子电池无外延引出或者额外点焊引出的突出形状的极耳。

2.根据权利要求书1所述的功率型动力、储能锂离子电池，其特征在于，所述的正极集流体（11）和负极集流体（21）的外侧表面均不涂覆电极活性材料，整个集流体外表面作为电池电极引出端面。

3.根据权利要求1所述的功率型动力、储能锂离子电池，其特征在于，所述的锂离子电池的工作电流流向与锂离子电池的正极集流体（11）和负极集流体（21）的表面垂直，且电流从正极集流体（11）和负极集流体（21）的整个表面垂直引出。

4.一种锂离子电池组，其特征在于，该锂离子电池组由多个权利要求1-3中任一所述的锂离子电池层叠组成，且多个锂离子电池之间通过并联或串联连接。