CN206585025U - 具有中空极柱的圆柱锂离子电池 - Google Patents

具有中空极柱的圆柱锂离子电池 Download PDF

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Abstract

一种具有中空极柱的圆柱锂离子电池,包括电芯和套设在所述电芯上的外壳,电芯包括极柱,极柱为中空柱体,正极片、负极片和隔膜制成的材料卷绕在极柱上。外壳包括筒状壳体,正极集流体和负极集流体之一焊接在极柱上,正极集流体和负极集流体之另一焊接在壳体内表面。在本申请的具体实施方式中,由于组成电芯的极柱为中空柱体,在热量最易聚集的电池轴心部位,采用中空设计,增大了电芯散热的表面积。正极集流体和负极集流体之一焊接在极柱上,正极集流体和负极集流体之另一焊接在壳体内表面,取消了极耳设计,减小了电池在充放电过程中的电子传输通道,降低电芯内阻,进而减小了电芯内部焦耳热的产生。

Description

具有中空极柱的圆柱锂离子电池
技术领域
本申请涉及锂离子电池,尤其涉及一种具有中空极柱的圆柱锂离子电池。
背景技术
自索尼首次将圆柱电池推向市场,锂离子圆柱电池安全问题一直受到广泛的关注。系统分析圆柱电芯引起爆炸的内在最重要的原因,可归结于电池使用过程中内部发热、热量不断聚集且无法散出,导致电芯内部温度持续升高进而超过安全温度。在电芯产热的过程中如何增加散热效率,降低电芯温度的变化,不仅在电芯安全方面至关重要,而且在动力电池热管理方面具有重要的作用。
发明内容
本申请要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种具有中空极柱的圆柱锂离子电池。
本申请要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决:
一种具有中空极柱的圆柱锂离子电池,包括电芯和套设在所述电芯上的外壳,所述电芯包括极柱、正极片、负极片和隔膜,所述极柱为中空柱体,所述正极片、所述负极片和所述隔膜制成的材料卷绕在所述极柱上,所述外壳包括筒状壳体和设置在所述壳体两端的端盖,所述正极片包括正极集流体,所述负极片包括负极集流体,所述正极集流体和所述负极集流体之一焊接在极柱上,所述正极集流体和所述负极集流体之另一焊接在所述壳体内表面,所述端盖套设在所述极柱上。
上述电池,所述极柱为正极柱,所述正极集流体焊接在所述正极柱上,所述负极集流体焊接在所述壳体内表面。
上述电池,所述端盖包括绝缘板、密封圈和盖板,所述绝缘板套设在所述正极柱上,所述密封圈由绝缘材料制成,所述盖板由金属材料制成,所述盖板通过所述密封圈套设在所述正极柱上。
上述电池,所述正极柱上设有与所述密封圈配合的第一限位槽。
上述电池,所述正极柱上设有与所述绝缘板配合的第二限位槽。
上述电池,所述端盖上设有防爆装置。
上述电池,所述防爆装置为设置在所述盖板上的环形凹槽。
上述电池,所述密封圈为橡胶圈。
上述电池,所述盖板由钢材或合金材料制成,所述壳体由钢材、铝材或合金制成。
由于采用了以上技术方案,使本申请具备的有益效果在于:
在本申请的具体实施方式中,由于组成电芯的极柱为中空柱体,在热量最易聚集的电池轴心部位,采用中空设计,增大了电芯的散热的表面积,正极集流体和负极集流体之一焊接在极柱上,正极集流体和负极集流体之另一焊接在壳体内表面,取消了极耳设计,减小了电池在充放电过程中的电子传输通道,降低电芯内阻,进而减小了电芯内部焦耳热的产生。
附图说明
图1为本申请的电池在一种实施方式中的元件分立示意图;
图2为本申请的电池在一种实施方式中的剖示图;
图3为本申请的正极柱及正极片在一种实施方式中的结构示意图;
图4为本申请的正极柱在一种实施方式中的立体结构示意图;
图5为本申请的盖板在一种实施方式中的立体结构示意图;
图6为本申请的盖板在一种实施方式中的剖示图;
图7为图6中A的放大示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
通过对传统圆柱电芯温度升高的内在机理分析发现,电芯温度升高主要取决于内部热量的产热速率和散热速率。当产热速率大于散热时电芯内部温度聚集温度升高,当产热速率效率散热速率时电芯内部温度降低。
电芯产热速率由电芯内部欧姆电阻、极化内阻和电流等等因素所决定。降低电芯内部欧姆电阻,可减小电芯内部产热速率。以此为方向,在本发明中取消传统电芯内部存在的极耳设计结构,直接将集流体与极柱或者外壳连接,缩短电子导通路径,同时增大了集流体与极柱焊接面积,降低电芯内部电阻。
本申请在改善散热方面,主要通过增加电芯表面积和改善电芯内部热量的传递两方面进行优化。首先在传统的圆柱电芯热量最易聚集的轴心部位优化设计为管状铝材圆柱,将中心的热量通过管状极柱进行散热。在改善内部热传导方面,增大电芯内部集流体与金属外壳和中心管状极柱之间的接触面积。充分利用金属材料良好导热特性,将电芯内部热量通过集流体传递给电芯管状正极柱和外壳,提高了电芯散热效率。
如图1至图7所示,本申请的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,其一种实施方式,包括电芯和外壳,外壳套设在电芯100上,电芯100包括极柱、正极片、负极片和隔膜,极柱为中空柱体,如空心长方体、正方体、棱柱或圆柱等。在本实施方式中,极柱为中空管状柱体。正极片、负极片和隔膜制成的材料卷绕在极柱上,外壳包括壳体210和端盖,壳体210为筒状,极柱穿设在壳体210中,端盖设置在壳体210的两端。壳体210可以由金属制成,在本实施方式中,壳体210由钢材、铝材或合金制成。正极片包括正极集流体,负极片包括负极集流体,正极集流体和负极集流体之一焊接在极柱上,正极集流体和负极集流体之另一焊接在壳体210内表面,即正极集流体焊接在极柱上,负极集流体焊接在壳体210内表面,或负极集流体焊接在极柱上,正极集流体焊接在壳体210内表面。端盖套设在极柱上。正极柱可采用铝材料,壳体可采用钢材;负极柱可以采用铜或者铜合金、镍或者镍合金等金属材质,壳体可采用铝材或者是铝合金等材质。
在热量最易聚集的电池轴心部位,极柱采用中空设计,可采用金属材料制成,如选用铝材,中空极柱一方面增大了电芯的散热的表面积,另一方面金属材质拥有更好的热传导能力。直接将集流体与中间极柱或者外壳焊接,因集流体与极柱和壳体均为金属材质,相较于传统的通过较小的极耳连接,电池极片上产生的热量更易于通过集流体传递给正极柱和壳体,加速电芯内部热量的消散。
本申请的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,极柱为正极柱110,正极集流体焊接在正极柱110上,负极集流体焊接在壳体210内表面,将正极集流体焊接在正极柱110上,负极集流体焊接在壳体210内表面,焊接正负极集流和负极集流体有多种方式,在本实施方式中,具体可通过超声焊的方式进行焊接。图3为正极柱与焊接在正极柱上的正极片的结构示意图,其中,120为正极片,121为正极集流体。负极集流体的尾部为T型,负极集流体与外壳210通过T型结焊接。
电芯最外层铜箔集流体两端分别预留一小段空箔材121。将装配好的电芯装入壳体210中,然后利用超声焊将端部空箔材焊接于钢壳内表面。
在一种实施方式中,端盖包括绝缘板222、密封圈223和盖板224,绝缘板222套设在正极柱110上,密封圈223由绝缘材料制成,在本实施方式中,密封圈223为橡胶圈。橡胶圈可保证盖板224和管状正极柱110之间的绝缘性。盖板224由金属材料制成,如在本实施方式中,盖板由钢材或合金材料制成。盖板224通过密封圈223套设在正极柱上,即密封圈223套设在正极柱110上,盖板224也套设在正极柱110上,且密封圈223夹持在正极柱110和盖板224之间。密封圈223和盖板224之间可设有间隙。在一种实施方式中,盖板224还可设有与正极柱110配合的折边226,折边226可贴合在正极柱110上。绝缘板222起到固定电芯位置和隔绝电芯与上下盖板224接触,可避免导致的内部短路。可通过滚压使得盖板224、密封圈223和管状正极柱110压合密封,盖板224和壳体210可通过激光焊进行焊接。
本申请的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,在一种实施方式中,正极柱110上设有第一限位槽111,第一限位槽111与密封圈223配合,用于安装密封圈223。在另一种实施方式中,正极柱110上设有第二限位槽112,第二限位槽112与绝缘板222配合,绝缘板222可以是塑料板,第二限位槽112可以是内倒角结构,可用于对绝缘板222进行定位。
本申请的盖板224上还可以设有防爆装置,在一种实施方式中,该防爆装置为环形凹槽225。当电芯内部压力过大时,凹槽225部位破裂可起到释放压力,保证电芯安全性。
与现有技术相比,本申请的结构更加的简洁,取消了电芯内部过多的辅助材料,充分利用集流体和金属壳体的导电和导热特性,在电芯内部将材料得到最大限度的利用。取消内部极耳设计,如正极集流体直接与中心管状极柱焊接,负极集流体直接与外壳焊接。降低电芯内部欧姆内阻,减少电芯使用过程中的焦耳热的产生。正极集流体与中心管状极柱焊接,负极集流体与外壳焊接,可以充分发挥金属导热特性,通过集流体将电芯内部热量传递给电芯外壳,加快电芯内部热量向外传递。中心管状正极柱不仅起到导电和改善电芯轴心部位散热的作用,另一方面在电芯卷绕在过程中,可以作为卷针使用,将电芯直接卷绕于管状正极柱上。与传统的卷绕工艺相比,电芯卷绕完成后,需要抽出卷针,导致卷绕电芯轴心部位应力释放,降低了电芯轴心部位材料的利用率,增大了电芯内部不一致性。根据本申请的方案制作的电芯,不存在以上缺点。在电芯盖板上设计有环形凹槽,凹槽部位机械强度较低,当电芯内部压力高于凹槽部位可承受压力时,凹槽开裂释放电芯内部压力,保证电芯安全。本申请中上下两端均采用相同的盖板,两处凹槽设计,极大提升了电芯安全性能。本申请较为优异的散热特性可以在很大程度上,保证电芯内部温度的一致性,提升电池性能和循环寿命。相对于传统的圆柱电芯,本申请零部件结构简单,装配工艺简单,实用性强,具有较强的市场应用价值。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明,不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种具有中空极柱的圆柱锂离子电池,包括电芯和套设在所述电芯上的外壳,其特征在于,所述电芯包括极柱、正极片、负极片和隔膜,所述极柱为中空柱体,所述正极片、所述负极片和所述隔膜制成的材料卷绕在所述极柱上,所述外壳包括筒状壳体和设置在所述壳体两端的端盖,所述正极片包括正极集流体,所述负极片包括负极集流体,所述正极集流体和所述负极集流体之一焊接在极柱上,所述正极集流体和所述负极集流体之另一焊接在所述壳体内表面,所述端盖套设在所述极柱上。
2.如权利要求1所述的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,其特征在于,所述极柱为正极柱,所述正极集流体焊接在所述正极柱上,所述负极集流体焊接在所述壳体内表面。
3.如权利要求1所述的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,其特征在于,所述端盖包括绝缘板、密封圈和盖板,所述绝缘板套设在所述正极柱上,所述密封圈由绝缘材料制成,所述盖板由金属材料制成,所述盖板通过所述密封圈套设在所述正极柱上。
4.如权利要求3所述的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,其特征在于,所述正极柱上设有与所述密封圈配合的第一限位槽。
5.如权利要求4所述的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,其特征在于,所述正极柱上设有与所述绝缘板配合的第二限位槽。
6.如权利要求3所述的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,其特征在于,所述端盖上设有防爆装置。
7.如权利要求6所述的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,其特征在于,所述防爆装置为设置在所述盖板上的环形凹槽。
8.如权利要求3所述的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,其特征在于,所述密封圈为橡胶圈。
9.如权利要求3所述的具有中空极柱的圆柱锂离子电池,其特征在于,所述盖板由钢材或合金材料制成,所述壳体由钢材、铝材或合金制成。
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