CN2556798Y - 圆柱形锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆柱形的锂离子电池10，其包括电池外壳1，在电池外壳1内，设有正电极3和负电极5，在正电极3和负电极5之间，设有隔膜4，正电极集流体17与正电极3形成一体，负电极集流体8与负电极5形成一体，正电极3或负电极5通过正电极极耳15或负电极极耳6与电池顶盖24或电池外壳1形成导电连接，在电池10的一端设有防爆破裂装置20。这种锂离子电池利用集流体自身集束而集流，可最大限度地减少集流电阻。

Description

圆柱形锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及一种圆柱形锂离子电池，特别是一种可以作为电动车或电动工具的动力电源的高功率大容量锂离子电池。

背景技术

在现有技术中，专业人员已经提出了作为电源的锂离子电池，但是，这种锂离子电池还需要得到改善，以便这种电池能提供高功率高容量输出，并且提高电池的安全性能。为此，要求电池要有好的集流设计结构，以减小高功率输出时的欧姆内阻。在安全结构的设计上，常规的Ni-MH和Ni-Cd电池是用放气阀结构来调节电池内压力的升高，由于锂离子电池比能量更高，安全问题更为突出。必须采用更有效、更迅速的放气方式，才能确保电池工作的安全性。而且，要能保证在电池遇到偶然事件，或者遇有紧急不安全因素时，能够有效地释放电池内部压力及热量，从而保证电池的安全，避免出现意外事故。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种圆柱形的锂离子电池，其包括电池外壳，在电池外壳内，设有正电极和负电极，在正电极和负电极之间，设有隔膜。正电极集流体与正电极形成一体，负电极集流体与负电极形成一体，正电极或负电极通过正电极极耳或负电极极耳与电池顶盖或电池外壳形成导电连接，在电池的一端设有防爆破裂装置。

在本实用新型提供的另一种锂离子电池中，所述防爆破裂装置由簿弱圆环构成，其位于端部密封圈和电池顶盖之间，在端部密封圈中设有极耳安装座，正电极极耳或负电极极耳的一端设置在极耳安装座中，在正电极极耳或负电极极耳、极耳安装座、防爆破裂装置和电池顶盖之间依次形成导电连接。在电池顶盖所在端部的另一端，在电池外壳底端的内侧与正电极、隔膜和负电极之间设有绝缘垫片。

在本实用新型提供的另一种锂离子电池中，所述正电极极耳连接金属箔或金属网构成的正电极集流体，所述负电极极耳连接金属箔或金属网构成的负电极集流体。

在本实用新型提供的另一种锂离子电池中，所述正电极包括金属箔或金属网，其上涂有正电极活性物质，所述正电极活性物质包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂，或者采用过渡金属代替上述复合氧化物中的一部份，所述过渡金属包括二氧化锰、五氧化二矾或硫化铁。

在本实用新型提供的另一种锂离子电池中，所述负电极包括金属箔或金属网，其上涂有负电极活性物质，所述负电极活性物质包括炭基材料、石墨、中间相炭微球、锂合金及低电位的嵌锂化合物。

在本实用新型提供的另一种锂离子电池中，所述隔膜包括聚丙烯、聚乙烯或它们的复合膜，在所述隔膜中附着有电解质溶液。

在本实用新型提供的另一种锂离子电池中，在防爆破裂装置和电池顶盖之间，设有正温度系数聚合物开关垫圈。当电池遇非正常因素而造成温度异常升高时，聚合物开关垫圈的电阻急剧增大，阻断电流通过。

在本实用新型提供的另一种圆柱形锂离子电池中，在电池外壳内，正电极、负电极和隔膜的横截面呈螺旋线形状设置。电池顶盖由金属材料制造，含有2～6个放气孔。

在本实用新型提供的另一种圆柱形锂离子电池中，电池顶盖由钢材制造，含有4个放气孔。

本实用新型提供的锂离子电池可以作为电动车或电动工具提供动力电源，其能够输出高功率大容量的电能。这种锂离子电池电池有良好的集流设计结构，不需要焊接极耳，减少了焊接电阻，利用集流体自身集束而集流，扩大了导流面积，从而可以减小高功率输出时的欧姆内阻，实现大功率输出。在安全结构设计上，采用了防爆破裂膜及支撑板的组合盖帽的防爆破裂结构，这种防爆破裂装置可以保证在电池遇到偶然事件后有防止爆炸的措施。当电池遇有紧急不安全因素时，防爆环提前破裂，释放内压及热量，从而保证了电池的安全，避免发生意外事故。

而且，这种锂离子电池在1C、2C或更高的速率下放电，其输出达到153wh/kg，449wh/L。

附图说明

图1是本实用新型提供的圆柱形锂离子电池的侧视图。

图2是图1中所示圆柱形锂离子电池的横截面视图。

具体实施方式

在附图1和2所示的实施例中，描绘了一种圆柱形的锂离子电池10，其包括由钢材或铝材制成的电池外壳1，在电池外壳1内，设有正电极3和负电极5。在正电极3和负电极5之间，设有隔膜4。在电池外壳1内，正电极3、负电极5和隔膜4的横截面呈螺旋线形状设置。

正电极3通过正电极极耳15与电池顶盖24形成导电连接。电池顶盖24由钢质材料制造，含有2～6个放气孔23，最好有4个放气孔23，其作用是，当电池10的防爆破裂装置20爆破时，释放的气体从放气孔中泄出。防爆破裂装置20由铝材或钢材制成。在片状防爆破裂装置20上刻有由爆破压力决定的刻痕。当电池内压升高时，片状防爆破裂装置20从刻痕处破裂，释放电池内部压力。

在电池10的一端设有防爆破裂装置20。所述防爆破裂装置20由簿弱圆环构成，其位于端部密封圈26和电池顶盖24之间。在端部密封圈26中设有极耳安装座16，正电极极耳15的一端设置在极耳安装座16中。所述正电极极耳15的另一端连接铝箔或铝网构成的正电极集流体17，所述正电极集流体17与正电极3形成一体。在正电极极耳15、极耳安装座16、防爆破裂装置20和电池顶盖24之间依次形成导电连接。所述端部密封圈26由聚丙烯材料组成，其作用是保证电池外壳1与电池顶盖24之间很好的密封，从而保证整个电池10的密封。此外，该端部密封圈26保证了正电极的电池顶盖24与负电极的电池外壳1之间形成绝缘。

在图1所示的实施例中，在防爆破裂装置20和电池顶盖24之间，还设有正温度系数聚合物开关垫圈25，这种正温度系数聚合物可以从市场上购买。当电池遇到非常因素而引起温度升高时，正温度系数聚合物垫圈中的电阻急剧上升，该正温度系数聚合物垫圈而变成为绝缘材料，从而阻断电流通路，保证电池安全运行。

正电极3包括铝箔或铝网，其上涂有正电极活性物质，所述正电极活性物质包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂，或者采用过渡金属代替上述复合氧化物中的一部份，所述过渡金属包括二氧化锰、五氧化二矾或硫化铁。正电极在充电过程中释放出电子，锂离子脱出迁移并嵌进负电极。在放电过程中则相反，其得到电子，锂离子嵌入正电极中。此时正负电极均复原到初始状态。

在一个优选的实施例中，由氧化钴锂(LiCoO₂)，超细石墨，导电碳黑混合，与粘合剂聚偏氟乙烯(PVDF)制浆涂覆于铝箔或铝网上，制得正电极3，其中物质含量按照重量百分比为：

氧化钴锂                    70％～96％；

超细石墨和导电碳黑混合      1％～5％；

聚偏氟乙烯                  1％～10％。

在电池顶盖24所在端部的电池10的另一端，在电池外壳1底端的内侧与正电极3、隔膜4和负电极5之间设有绝缘垫片22。绝缘垫片22由聚四氟乙烯板或聚丙烯板制成，其作用是防止正电极3与电池外壳1的负电极5形成短路。负电极极耳6与电池外壳1形成导电连接。

在此优选的实施例中，所述负电极极耳6的一端连接铜箔或铜网构成的集流体8，所述负电极集流体8与负电极5形成一体，负电极极耳6的另一端焊接电池外壳1，从而形成导电连接。所述负电极5包括铜箔或铜网，在其上涂有负电极活性物质，所述负电极活性物质包括炭基材料、石墨、中间相炭微球、锂合金及低电位的嵌锂化合物。负电极在充电时得到电子，使锂离子嵌入到负电极中。在放电过程中则相反，其释放出电子，使锂离子迁移脱出，并嵌进正电极3中。

所述负电极5包括铜箔或铜网，其上涂有负电极活性物质，所述负电极活性物质包括炭基材料、石墨、中间相炭微球、锂合金及低电位的嵌锂化合物。

由石墨及导电碳黑混合，与粘合剂聚偏氟乙烯制浆涂覆于金属箔或金属网的箔或网上，制得负电极5，在石墨、导电碳黑、聚偏氟乙烯的总重量中：

石墨的含量在            70％～95％；

导电碳黑含量在          1％～5％；

聚偏氟乙烯的含量在      1％～15％。

正电极活性物质LiCoO₂和负电极活性物质石墨的比例在1∶3。在此优选的实施例中，所述隔膜4包括聚丙烯、聚乙烯或它们的复合膜，例如，可以在市场上购买到的2400，2300，4560及K256，K456型的celgard膜。在所述隔膜4中附着有电解质溶液。隔膜4的基本作用是将电池的正负极分离在两个区域，使其氧化还原反应得以独立的进行，制成化学电池提供电流以作电功。为此，隔膜4必须有效的将电池正负极隔离，以防止短路。此外，隔膜4还必须有效的吸附电池中电化学反应必须的电解质溶液，确保有高的离子导电性，以及要有好的润湿性，有高的化学和电化学稳定性。

如图1所示，在所述片状防爆破裂装置20上设有刻痕。当电池10遇非正常因素，正负极外短路，温度升高或电池10内表压升高至≥1.1MPa，正极耳15从防爆破裂装置20上拉断，切断电流通路，阻断由外短路导致的温度和压力的继续升高。若电池遇到其他因素，如内短路而导致电池内温度或压力继续升高时，当表压升高至≥1.5MPa，防爆破裂装置20在刻痕处破裂，释放电池10中的内部压力和热量。从而把可能发生的恶性爆炸消灭在萌芽阶段。

制作氧化钴锂(LiCoO₂)电池的实例：

制造正电极：将氧化钴锂(LiCoO₂)、超细石墨、导电碳黑混匀，再加入聚偏氟乙烯(PVDF)，四种组份的比例为92∶2∶2∶4，加入N-甲幕-2-吡咯烷酮(NMP)溶剂搅拌匀浆，涂浆于铝箔上制得正电极3。

制造负电极：将石墨和聚偏氟乙烯(PVDF)熔于N-甲幕-2-吡咯烷酮(NMP)中搅拌匀浆，涂浆于铜箔上，制得负电极5。

以Celgard 2300薄膜制作隔膜4。

用上述制得的正电极3、隔膜4和负电极5卷绕成型为螺旋线形状，装入电池外壳1内，真空注入电解液，电解液组份为：lMliPF6-DEC+DEC+DMC，以常规方式安装密封圈26、防爆破裂装置20、聚合物垫圈25和电池顶盖24，制得的圆柱形锂离子电池10，其可输出容量5.2Ah，2C放电可输出标称容量的80％。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型提供的锂离子电池进行说明，并非对本实用新型进行限制，本实用新型请求保护的构思和范围记载在本实用新型的权利要求书中。

Claims (9)

1.一种圆柱形的锂离子电池(10)，其包括电池外壳(1)，在电池外壳(1)内，设有正电极(3)和负电极(5)，在正电极(3)和负电极(5)之间，设有隔膜(4)，其特征是：正电极集流体(17)与正电极(3)形成一体，负电极集流体(8)与负电极(5)形成一体，正电极(3)或负电极(5)通过正电极极耳(15)或负电极极耳(6)与电池顶盖(24)或电池外壳(1)形成导电连接，在电池(10)的一端设有防爆破裂装置(20)。

2.按照权利要求1所述的锂离子电池，其特征是：所述防爆破裂装置(20)由簿弱圆环构成，其位于端部密封圈(26)和电池顶盖(24)之间，在端部密封圈(26)中设有极耳安装座(16)，正电极极耳(15)或负电极极耳(6)的一端设置在极耳安装座(16)中，在正电极极耳(15)或负电极极耳(6)、极耳安装座(16)、防爆破裂装置(20)和电池顶盖(24)之间依次形成导电连接，在电池顶盖(24)所在端部的另一端，在电池外壳(1)底端的内侧与正电极(3)、隔膜(4)和负电极(5)之间设有绝缘垫片(22)。

3.按照权利要求1所述的锂离子电池，其特征是：所述正电极极耳(15)连接金属箔或金属网构成的正电极集流体(17)，所述负电极极耳(6)连接金属箔或金属网构成的负电极集流体(8)。

4.按照权利要求3所述的锂离子电池，其特征是：所述正电极(3)包括金属箔或金属网，其上涂有正电极活性物质，所述正电极活性物质包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂，或者采用过渡金属代替上述复合氧化物中的一部份，所述过渡金属包括二氧化锰、五氧化二矾或硫化铁。

5.按照权利要求3所述的锂离子电池，其特征是：所述负电极(5)包括金属箔或金属网，其上涂有负电极活性物质，所述负电极活性物质包括炭基材料、石墨、中间相炭微球、锂合金及低电位的嵌锂化合物。

6.按照权利要求1所述的锂离子电池，其特征是：所述隔膜(4)包括聚丙烯、聚乙烯或它们的复合膜，在所述隔膜(4)中附着有电解质溶液。

7.按照权利要求2所述的锂离子电池，其特征是：在防爆破裂装置(20)和电池顶盖(24)之间，设有正温度系数聚合物开关垫圈(25)，当电池遇非正常因素而造成温度异常升高时，聚合物开关垫圈(25)的电阻急剧增大，阻断电流通过。

8.按照权利要求1所述的锂离子电池，其特征是：在电池外壳(1)内，正电极(3)、负电极(5)和隔膜(4)的横截面呈螺旋线形状设置，电池顶盖(24)由金属材料制造，含有2～6个放气孔(23)。

9.按照权利要求8所述的锂离子电池，其特征是：电池顶盖(24)由钢材制造，含有4个放气孔(23)。