CN2538072Y - 一种安全型大容量非水电解质电池 - Google Patents

一种安全型大容量非水电解质电池 Download PDF

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黄学杰
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Abstract

本实用新型涉及一种安全型密封非水电解质电池。它包括电解质、正极和负极，封入电池壳内；一负极为在载体上两面涂覆负极活性材料，极耳上未涂活性材料；正极为一具有两倍负极大小的载体上两面涂覆正极活性材料的薄膜，该正极对折，所述的负极薄膜插到正极对折的中间；该正极外面包覆一具有与正极大小相同的、里面涂覆负极活性材料的另一负极，正极与负极之间以隔膜隔开，套装以聚合物密封袋内构成一个构成薄型电池单元或再叠合，安装在电池壳内。并且正极和/负极上安装有一安全阀。该电池采用叠层设计，每个单元是一半密闭空间，每个空间内的电池单元的容量控制在不超过20安时，电池过充电或局部短路的情况下，相对分隔，保证电池的安全性。

Description

一种安全型大容量非水电解质电池
                             技术领域
本实用新型涉及一种电解质电池，特别是涉及一种内部半封隔的用于电动汽车的单体容量超大的安全型密封非水电解质电池。
                             背景技术
二次电池，如铅酸电池、镍氢电池，锂离子电池在电动车辆、不间断电源上得到广泛应用。锂离子电池以锂盐的非水溶液为电解质。由于二次锂电池，一般采用的是包括含锂的过渡金属氧化物阴极，有机电解质溶液或固体电解质，阴极与阳极之间由浸泡有机电解质溶液的隔膜或聚合物电解质隔开，封入电池壳内，从正极和负极各引一条导线与相互绝缘的电极极柱两端相连；当该电池过充电时，金属锂会在电池负极上析出，电池发热，电池安全阀开启，一旦接触空气，将起火引燃有机溶剂发生大火或爆炸。单体电池容量越大，则发生安全事故的隐患越大。
                             发明内容
本实用新型的目的在于：克服超大容量密封非水电解质电池当过充电或内部短路时易引发电池爆炸和燃烧的缺点，为了解决大容量电池制作的困难问题，提高电池使用的安全性，从而提供一种安全型大容量非水电解质电池。
本实用新型的目的是这样实现的：本实用新型提供的一种安全型大容量非水电解质电池，包括：电解质、带有极耳的正极和负极，负极和正极之间由隔膜或电解质隔开，封入电池壳内；其特征是：所述的一负极为在载体的两面涂覆负极活性材料构成的薄膜，载体一头留有未涂负极活性材料的极耳；所述的正极为在一具有两倍负极长度的载体上，两面涂覆正极活性材料构成的薄膜；把正极极片对折；所述的两面涂覆负极活性材料的负极薄膜插到正极对折的中间；该正极外面包覆另一负极，所述的另一负极为一具有相同正极长度的载体的一面涂覆负极活性材料的薄膜构成，该另一负极极片向涂有负极活性材料的面对折；正极与负极之间以隔膜隔开构成一个电池单元，1-100个电池单元叠合在一起，套装以聚合物密封袋内构成一个构成薄型电池单元，安装在电池壳内。
还包括1-100个所述的薄型电池单元再叠合，套装以聚合物密封袋内构成一个叠合电池单元，安装在电池壳内。
本实用新型还包括在电极上安装一安全阀，所述的安全阀可以是任一种或是本发明的一种。
本发明的安全阀包括：一扁型极柱防爆凸垫、扁型极柱密封绝缘垫圈、固定垫片和固定用一螺母；其中所述的电极为一根上部外壁车有螺纹的极柱，极柱尾部固定在一扁型极座上，扁型极座的边缘有一帽檐，其帽檐下面固定极耳；一扁型极柱防爆凸垫镶嵌在电池壳开的扁型孔内，极柱带螺纹部分穿过一极柱防爆凸垫露在电池壳开孔外，其帽檐卡在扁型极柱防爆凸垫下面，并在极柱上部按顺序套一极柱密封绝缘垫圈、一固定垫圈和用一固定螺母固定。
本实用新型提供的一种安全型大容量非水电解质电池，可以在单体电池容量达到几十以至几百安时，仍能保持高度的安全性，该电池采用叠层设计，由一两面涂覆活性材料的负极(如图1，一头留有未涂活性材料的极耳的负极)，一两倍负极长度的两面涂覆活性材料的正极(如图2，两头各有一个留有未涂活性材料的极耳的、对折的正极)，和另一两倍单面涂覆活性材料的负极(如图3，两头各有一个留有未涂活性材料的极耳的负极，向涂覆活性材料的面对折的示意图)，正极与负之间以隔膜隔开构成薄型电池单元(如图4所示)，多个薄型电池单元再叠合构成电池，套装以聚合物密封袋(如图5所示)，每个单元形成了以铜箔和聚合物袋构筑的半密闭空间，每个空间内的电池单元的容量控制在不超过20安时。在电池过充电或局部短路的情况下，相对分隔，每个单元的外层为光铜箔，四周是聚合物密封袋，构成半密封电池单元，即使在过充电，金属锂析出的情况下，也可保证每个单元没有金属锂外露，可保证电池的安全性。
                         附图说明
图1是本实用新型负极结构示意图
图2是本实用新型正极结构示意图
图3是本实用新型另一负极结构示意图
图4是本实用新型负极和正极组合的薄型电池单元结构示意图
图5是本实用新型薄型电池单元叠合构成图
图6是本实用新型的电池安装安全阀的结构示意图
图面说明如下：
1-单面涂负极极片    2-双面涂正极极片    3-负极极耳    4-正极极耳
5-双面涂负极极片    6-隔膜              7-胶袋        8-双面负极涂层9-单面负极涂层     10-双面涂正极涂层    11-壳体          12-壳孔13-正极极柱        14-固定螺母          15-注液螺钉      16-负极极柱17-加强筋          18-固定垫片          19-扁型密封凸垫20-扁型密封凹垫
                          具体实施方式
实施例1
按图4制作一薄型电池。
用长200×高470×厚0.7mm的任一种通常负极材料的载体，在带极耳3的载体上，两面涂以负极活性材料构成负极极片5，如图1所示，一块两倍负极极片5长度的正极载体材料的两面涂上正极活性材料涂层10构成正极极片2，把正极极片2对折，其上有一极耳4，如图2所示。该正极面积正好比负极1大一倍。负极片5插入正极极片2对折中。在正极极片2外面再套另一对折的负极1，其面积比负极极片5大一倍，该负极载体的内面涂有负极活性材料9构成另一负极极片1(向涂有正极活性材料的面对折)，层与层之间用隔膜6隔开，组成一个电池单元。用一绝缘薄膜袋7套入电池单元，极耳露在袋子外面，再装入电池壳内，安上极柱，做成由一个电池单元的电池。
实施例2
将实施例1制作的一个电池单元，用80个叠合在一起，用一绝缘薄膜袋7套上密封，极耳露在外面，再装入电池壳内，装上极柱做成一个超薄型一种安全型大容量非水电解质电池。
实施例3
用实施例1做的一个电池单元，共2个封装在绝缘袋7中，组成叠合的电池单元，如图5所示，用80个图5所示的叠合的电池单元再叠合在一起，装入电池壳内，极耳与电极的柱连接，极柱安在电池壳上。
实施例4
下面结合图4描述一种根据本实用新型制造的含有一个安全阀扁型电极的超薄型240安时方型二次电池，其外型尺寸为厚×长×宽＝24×486×210mm。
本实施例的电池单元面积为200×470×0.7mm，单元电池容量8安时，整个电池由30个实施例1制作的薄型电池单元组成，套装于聚丙烯塑料袋7内，袋厚0.1mm，电极引线如通常的方法。一带极耳3的负极5如图1所示；一正极，如图2所示；另一负极如图3所示。在正极柱13(也可以在负极柱16上安装)上安装一个安全阀，该安全阀有一扁型极座，在其上固定2个以上极柱，扁型极座的边缘有一帽檐，该帽檐卡装一扁型极柱防爆凸垫19下面，电池壳11顶部开壳孔12内；扁型极柱防爆凸垫19镶嵌在电池壳开孔12内；正极柱13上部穿过扁型极柱防爆凸垫19，露在所述电池壳11顶部开壳孔12外，并在扁型极柱上部按顺序套于扁型密封绝缘凹垫20，固定垫片18和用3个固定螺母14与扁型极柱外壁上的螺纹配合固定。正、负极耳4、3用焊接或铆接的方式连接在扁型极柱的帽檐下。电池壳11的壳体上有加强筋17，其壳顶部安有一注液螺钉15。
实施例所做的安全、密封及振动实验，其实验数据如表1-3所示；在充电过程中，当电池内压升高到一定程度时，极柱防爆扁型凸垫从所处电池壳孔中滑出，电池内压释放，同时极耳断裂，中断电流。电池单元暴露于空气中，不爆炸，不起火。
                                 表1安全实验：
序号                   极柱脱出时电池电压值(V)
    1     2     3     4     5
  实例1     5.18     5.25     5.19     5.09     5.30
  实例2     5.21     5.28     5.20     5.12     5.26
密封实验：
    序号 干燥前重量(g) 干燥后重量(g)     备注
实例1     1     5803.1     5803 干燥条件：55℃抽真空48小时；测试仪器：电子天平范围0～6kg，精度0.1g。推论：除去电池表面水分、仪器精度及环境影响外，依此实验方法，气密性较好。
    2     5800.2     5800.1
    3     5801.3     5801.2
    4     5802.5     5802.4
    5     5798.8     5798.7
实例2     1     2001.3     2001.2
    2     2000.7     2000.6
    3     1999.8     1999.7
    4     2005.8     2005.7
    5     2002.5     2002.4
    2     231.5     231.4
    3     232.6     232.5
    4     234.1     234.0
    5     230.9     230.8
震动实验：试验条件：振幅0.8mm，频率50±5Hz
    样品     1     2     3     4     5
实例1 试验时间     95     94     93     97    100
功能测试   合格   合格   合格   合格   合格
实例2 试验时间    96    97    99    94   102
功能测试   合格   合格   合格   合格   合格
应当明确，本实用新型并不限于上述实施例，该领域的技术人员在不偏离本实用新型申请各项权利要求界定的精神或范围的情况下，可以做出各种修改和替换。

Claims (4)

1.一种安全型大容量非水电解质电池，包括：电解质、带有极耳的正极和负极，负极和正极之间由隔膜或电解质隔开，封入电池壳内；其特征是：所述的一负极为在载体的两面涂覆负极活性材料构成的薄膜，载体一头留有未涂负极活性材料的极耳；所述的正极为在一具有两倍负极长度的载体上，两面涂覆正极活性材料构成的薄膜；把正极极片对折；所述的两面涂覆负极活性材料的负极薄膜插到正极对折的中间；该正极外面包覆另一负极，所述的另一负极为一具有相同正极长度的载体的一面涂覆负极活性材料的薄膜构成，该另一负极极片向涂有负极活性材料的面对折；正极与负极之间以隔膜隔开构成一个电池单元，1-100个电池单元叠合在一起，套装以聚合物密封袋内构成一个构成薄型电池单元，安装在电池壳内。
2.按权利要求1所述的安全型大容量非水电解质电池，其特征是：还包括1-100个所述的薄型电池单元再叠合，套装以聚合物密封袋内构成一个叠合电池单元，安装在电池壳内。
3.按权利要求1、2或3中任一项所述的安全型大容量非水电解质电池，其特征是：还包括在电池的正极和/或负极上安装安全阀。
4.按权利要求3所述的安全型大容量非水电解质电池，其特征是：所述的安全阀包括包括：一扁型极柱防爆凸垫、扁型极柱密封绝缘垫圈、固定垫片和固定用一螺母；其中所述的电极为一根上部外壁车有螺纹的极柱，极柱尾部固定在一扁型极座上，扁型极座的边缘有一帽檐，其帽檐下面固定极耳；一扁型极柱防爆凸垫镶嵌在电池壳开的扁型孔内，极柱带螺纹部分穿过一极柱防爆凸垫露在电池壳开孔外，其帽檐卡在扁型极柱防爆凸垫下面，并在极柱上部按顺序套一极柱密封绝缘垫圈、一固定垫圈和用一固定螺母固定。
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