CN209981391U - 一种高容量圆柱电池 - Google Patents

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向德波
甘海军
曹干顺
邓超
刘文法
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Abstract

本实用新型公开了一种新型高容量圆柱电池,属于储能电池技术领域。所述高容量圆柱电池,包括N个由正极极片、隔膜、负极极片卷绕形成的圆柱型卷芯,以及其内部可容置N个圆柱型卷芯的壳体和与所述壳体的端部密封配合的盖帽,其中N≥2,每个圆柱型卷芯的正极极耳与所述盖帽连接,负极极耳与所述壳体内壁连接。本实用新型提供的“圆柱簇型”结构圆柱电池,通过一套壳体与盖帽实现了电池高容量,其容量为常规圆柱电池容量的N倍(N≥2),单位电量下的电池质量下降,电池能量密度可显著提升,同时通过多卷芯的隔离结构设计解决了大容量圆柱电池的散热问题,在一定程度上改进了高容量圆柱电池的安全性能。

Description

一种高容量圆柱电池
技术领域
本实用新型涉及储能电池技术领域,具体涉及一种新型高容量圆柱电池。
背景技术
随着储能装备技术的快速发展,人们出行开始实现绿色出行,对电动汽车、电动二轮车、电动三轮车等电动产品提出了越来越高的续驶里程要求,因而储能装备的高能量密度化便成为未来的发展方向;目前行业内主要通过采用高容量材料体系来提升能量密度,但电池安全性随着电池能量密度的升高而变差,如何同时兼顾储能装备的高能量密度与高安全性能成为行业内亟待解决的技术难题。
圆柱电池因其外壳结构强度高、标准化程度高而得到广泛应用,常用的18650圆柱型锂离子电池内部采用螺旋绕制结构,采用薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。通常正极由钴酸锂(或镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等)及铝箔组成的电流收集极;负极由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件,以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。但是相比于大尺寸的软包电池、铝壳电池结构,存在电池容量低、能量密度低的问题,影响装车后纯电动出行工具的续驶里程。
通过材料体系的改进可以提升圆柱电池的容量和能量密度,目前行业内18650型号圆柱电池最高容量为3.6Ah;申请号为201611147228.9的专利文献公开了一种高容量三元材料18650锂电池,正极集流体设置有镍钴铝酸锂制成的正极活性物质,负极集流体设置有石墨制成的负极活性物质,外壳内设置有电解液,还包括SuperP制成的导电剂,聚偏氟烯制成的粘接剂,羧甲基纤维素钠制成的增稠剂,丁苯橡胶制成的粘接剂;外壳两端为盖帽。由镍钴铝酸锂-石墨制成的高容量三元材料18650锂电池,具有容量达到3300mAh。但是在通过材料改进提升电池能量密度的同时,由于所使用的镍钴铝酸锂材料热稳定性差,与电解液的副反应程度更高且散热量大,电池安全性能降低,发生热失控的概率明显增加。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够提升圆柱电池能量密度且不影响安全性的新型高容量圆柱电池。
为实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种高容量圆柱电池,包括N个由正极极片、隔膜、负极极片卷绕形成的圆柱型卷芯,以及其内部可容置N个圆柱型卷芯的一个壳体和与所述壳体的端部密封配合的一个盖帽,其中N≥2,每个圆柱型卷芯的正极极耳与所述盖帽连接,负极极耳与所述壳体内壁连接。
本实用新型提供的圆柱单体电池内并联设有多个卷芯,每个卷芯类似于常规单体圆柱电池的卷芯,多个卷芯同时供电且共用一套盖帽与壳体,降低圆柱电池单位供电量的重量,提升圆柱电池能量密度,有效解决现有常规圆柱电池(内置一个卷芯)存在的低容量与能量密度低的问题。
所述圆柱电池可为锂离子电池、钠离子电池、铝离子电池等二次电池中的任意一种。
作为优选,N个圆柱型卷芯平行布置,所述壳体具有呈圆柱簇型的内腔,其与N个圆柱型卷芯适配。
所述圆柱簇型的内腔为N个与所述圆柱型卷芯适配的圆柱型结构复合形成的一个共通的腔体,即相邻的圆柱型结构之间共壁部分互通。每个圆柱型卷芯放置于对应的圆柱型结构腔体内,可防止卷芯在壳体内部发生位移。
作为优选,所述壳体由铝合金或不锈钢制得。电池外壳结构强度高,保证电池安全性。
作为优选,所述正极极片的活性物质为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、富锂锰基材料中的一种或多种,所述负极极片的活性物质为石墨、硅碳、钛酸锂等材料中的一种或多种。
所述正极极片与负极极片可采用现有的单体圆柱电池的正、负极片,具体地,所述正极极片为镍钴锰酸锂、导电炭黑、PVDF及铝箔组成的电流收集极,所述负极极片为石墨、导电炭黑、CMC、SBR及铜箔组成的电流收集极,所述隔膜为聚乙烯材质隔膜。
所述盖帽的形状与所述壳体形状相适配,所述盖帽包括钢帽、CID结构件、防爆片和孔板,所述正极极耳与所述孔板连接。
作为优选,CID结构件的断电保护压力为0.5-5.0MPa,防爆压力为1.5-3.0MPa。
与现有技术相比,本实用新型具备的有益效果:
本实用新型提供的“圆柱簇型”结构圆柱电池,通过一套壳体与盖帽实现了电池高容量,其容量为常规圆柱电池容量的N倍(N≥2),单位电量下的电池质量下降,电池能量密度可显著提升,同时通过多卷芯的隔离结构设计解决了大容量圆柱电池的散热问题,在一定程度上改进了高容量圆柱电池的安全性能。
本实用新型提供的圆柱电池较单一结构的高容量型常规圆柱电池,电池的容量与质量能量密度更高,散热性能与安全性能更好;另外,电池成组时,采用的连接件少,可以降低成本,同时可节省固定电池用塑料支架的空间,在一定程度上提升电池组的体积能量密度。
附图说明
图1为实施例1的三重“圆柱簇”型圆柱电池结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1所示,本实施例提供的高容量型圆柱电池为锂离子电池,其含有一个盖帽1和一个壳体2,盖帽1与壳体2之间通过激光焊接方式连接;壳体2内平行布置有三个圆柱型卷芯,该圆柱型卷芯的直径为17.9mm,均由正极极片、隔膜和负极极片卷绕而成,所用正极材料与负极材料分别为523类型镍钴锰酸锂与石墨材料。
壳体2为不锈钢材质、壳体2具有呈三重圆柱簇型的内腔,该内腔为3个与所述圆柱型卷芯适配的圆柱型结构复合形成的一个共通的腔体,具体的,每个圆柱内径为18.0mm,高度为65mm;每个圆柱型卷芯放置于对应的圆柱型结构腔体内,可防止卷芯在壳体内部发生位移。
盖帽1的形状与壳体2顶端形状相适配,盖帽1由不锈钢钢帽、CID结构件、防爆片与铝孔板组合而成,总高度为2.5mm,每个圆柱型卷芯的正极极耳通过激光焊接连接到与盖帽1的孔板连接,负极极耳通过点焊接连接与壳体2内壁连接。
该圆柱单体电池容量为7.6Ah,能量密度达到215Wh/kg,并通过3C/10V过充测试。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于,单个卷芯内径为21mm,高度为70mm,得到的圆柱电池容量为8Ah。
对比例
圆柱电池由1个盖帽、1个壳体与1个卷芯组成,其壳体直径为18mm,高度为65mm,所用正极材料与负极材料分别为523类型镍钴锰酸锂与石墨材料。电池容量为2.5Ah,能量密度为201Wh/kg,其能量密度显著低于实施例1中新型结构圆柱电池的能量密度。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高容量圆柱电池,其特征在于,包括N个由正极极片、隔膜、负极极片卷绕形成的圆柱型卷芯,以及其内部可容置N个圆柱型卷芯的壳体和与所述壳体的端部密封配合的盖帽,其中N≥2,每个圆柱型卷芯的正极极耳与所述盖帽连接,负极极耳与所述壳体内壁连接。
2.如权利要求1所述的高容量圆柱电池,其特征在于,N个圆柱型卷芯平行布置,所述壳体具有呈圆柱簇型的内腔,其与N个圆柱型卷芯适配。
3.如权利要求1所述的高容量圆柱电池,其特征在于,所述壳体由铝合金或不锈钢制得。
4.如权利要求1所述的高容量圆柱电池,其特征在于,所述正极极片的活性物质为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、富锂锰基材料中的一种或多种,所述负极极片的活性物质为石墨、硅碳、钛酸锂等材料中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的高容量圆柱电池,其特征在于,所述盖帽包括钢帽、CID结构件、防爆片和孔板,所述正极极耳与所述孔板连接。
6.如权利要求5所述的高容量圆柱电池,其特征在于,CID结构件的断电保护压力为0.5-5.0MPa,防爆压力为1.5-3.0MPa。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112290128A (zh) * 2020-10-20 2021-01-29 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种多卷芯锂离子电池及电池包
WO2023225911A1 (zh) * 2022-05-25 2023-11-30 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池单体、电池以及用电装置

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