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可反复充放电的锂离子动电池

阅读:60发布:2022-10-22

专利汇可以提供可反复充放电的锂离子动电池专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种可反复充放电的锂离子动 力 电池 ,每个 单体 电池由盖板、负极极柱、安全 阀 、正极极柱、 电解 液、 外壳 组成,正极极柱与正极相连接,负极极柱则与负极相连接;正极选用一定厚度的 铝 箔,两面均匀涂布正极活性物质,负极选用一定厚度的 铜 箔,两面均匀涂布负极活性物质;其特征在于:内本体系由一条较为狭长的且可折叠的负极片、若干正极 块 片与隔膜共同构成具有多重积层结构,正、负极片顺序间隔置放整齐的 电极 集合体;正极或负极的极片形式均为带有大叶单极 耳 或大叶多极耳的矩形片,并通过集电 夹板 导出 电流 至极柱;正极有一个或若干个极柱,负极有一个或若干个极柱。,下面是可反复充放电的锂离子动电池专利的具体信息内容。

1.一种可反复充放电的锂离子动电池,每个单体电池由 盖板(1)、负极极柱(2)、安全(3)、正极极柱 (4)、电解液(8)、外壳(9)组成,正极极柱(4)与 正极(13)相连接,负极极柱(2)则与负极(12)相连 接;正极(13)选用一定厚度的箔,两面均匀涂布正极活 性物质,负极(12)选用一定厚度的箔,两面均匀涂布负 极活性物质;其特征在于:内本体(7)系由一条较为狭长的 且可折叠的负极片(12)、若干正极片(13)与隔膜 (19)共同构成具有多重积层结构,正、负极片顺序间隔置 放整齐的电极集合体;正极(13)也可以为可相对往复折 叠、形状狭长的展成片,则负极(12)为块片;正极或负极 的极片形式均为带有大叶单极或大叶多极耳的矩形片,并通 过集电夹板(6)导出电流至极柱;正极有一个或若干个极 柱,负极有一个或若干个极柱,正负极柱的数量可以相等也可 以不等、极柱的直径可以相等也可以不等;极柱的形状除可以 为圆柱形外,亦可采用片状,安装于外壳(9)的同一或不同 的任何表面上;正负极片的形状除矩形外,也可制成其他形 状;正极片(13)与负极片(12)须间隔层叠置放;内本 体(7)最外层两侧既可以为负极片,也可以是正极片;内本 体(7)须以隔膜紧密包裹或以聚乙烯、聚丙烯框夹紧;正极 极耳(11)整齐排列并联于内本体(7)的一端,负极极耳 (10)整齐排列并联于内本体的另一端;正极(13)或负 极(12)可另行选用网状金属箔;正极(13)的活性物质 既可以是钴酸锂,也可以是锰酸锂、镍酸锂或镍钴酸锂;负极 (12)的活性物质既可以是天然石墨,也可以是鳞片石墨、 人造石墨或石油焦炭。
2、根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:正极(13)活性物质的密度每平方厘米为 0.02g~0.06g,最好为0.032g~0.042g;负极 (12)活性物质的密度每平方厘米约为0.01g~0.03 g,最好为0.014g~0.021g。
3、根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:单块的正极块片(13)没有折叠线;形状 狭长且可以连续折叠的负极片(12)上有若干相反折向的折 叠线,折叠线(20)向内折叠并须刮去相应的活性物质;在 有需要的情况下,正极(13)可以为连体块片并加工有折叠 线(20);负极(12)的折叠线(20)与折叠线(20 -1)之间的面积,稍大于正极(13)的面积,并与相对应 的正极(13)组成为正负极片组;负极(12)沿折叠线的 中心线相对折叠夹住正极(13)为内本体(7);正负极片 均可只在单面涂布活性物质;单面涂布的正极(13)、负极 (12)均为狭长的矩形片并都加工有折叠线(20)。
4、根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:负极(12)上的大叶极耳为相邻极耳,折 叠后相邻极耳可以重合;相邻的大叶极耳亦可以为连体极耳; 连体块片的正极(13)的大叶极耳为相邻极耳,亦可以为连 体极耳;单面涂布的正极(13)的大叶极耳为可以重合的相 邻极耳,也可以成为连体极耳;正负极片上的大叶极耳如果从 同一方向或同一侧端引出,大叶单极耳的最大宽度不得大于大 叶极耳所在的那条边的边长的一半;正负极片上的大叶极耳如 果从同一方向或同一侧端引出,大叶单极耳的中心线位置应位 于叠层式极片的边长上约1/4处或3/4处;正负极的大叶 极耳可以各自从极片的不同方向的侧端引出,从极片不同方向 的侧端引出的大叶极耳,其最大宽度可以与大叶极耳所在的那 条边等长;大叶极耳除可以直接裁切外,还可以另行制作并于 极片滚压后焊接在极片上,最好采用焊接大叶极耳;大叶极耳 的形状可以为方形、长方形、半圆形、梯形或其他有利于导 流、散热的形状,最佳形状为带有R的梯形;极耳根部与极 片的连接处既可以为清角连接也可以为光滑圆弧连接;大叶极 耳既可以为扬头式,也可以为藏头式;扬头式或藏头式大叶极 耳既可以在矩形片的长边上,也可以在矩形片的短边上;还可 以加大折叠线(20)的宽度并刮去折叠线处相应的正反两面 的活性物质使其成为大叶极耳。
5、根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:通常情况下,大叶极耳的最大高度不大于其 自身宽度,最好小于其宽度。
6、根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:整体式集电夹板上有若干可以被压缩而又能 弹开的线槽;分体式集电夹板系以若干相互独立的金属片通过 串联杆(20)串联;无论整体式集电夹板抑或分体式集电夹 板,集电夹板应覆盖极耳,其与极耳接触的表面上加工有凸起 的棘刺。
7、根据权利要求1所述的可反复充放电的锂离子动力电 池,其特征在于:隔膜(19)采用具有微孔结构且电流切断 温度低的15μm~80μm厚度的聚乙烯或聚丙烯材料;隔 膜通常制成适应双面涂布且可以三面热封、也可只热封相邻的 两边的袋状隔膜(19);隔膜(19)亦可制成为适宜单面 涂布的狭长的矩形片;隔膜(19)的面积无论长或宽均大于 正负极片,除极耳外,隔膜(19)必须将正极片(13)或负 极片(12)四周完全遮蔽住,不可露出边缘,以防短路;当 充放电要求1C~2C时,隔膜(19)的最佳厚度为20μ m~40μm;充放电要求3C或更大时,隔膜的最佳厚度为40 μm或以上。
8.一种用于可反复充放电的锂离子动力电池的安全阀,其 特征在于:其中的压簧(25)装于调节螺栓(23)的内孔 中,调节螺栓的内孔用于保持压簧、密封球(22)的稳 定,压簧(25)可在调节螺栓的内孔中纵向上下滑移,密封 钢球(22)可在调节螺栓的内孔中纵向上下滑移,调节螺栓 的外径上加工有与安全阀本体(21)相配的螺纹;调节螺栓 加工有若干竖向的排气槽(24),在排气槽的下部则开有排 气孔(28);压簧(25)压在钢球的上部,密封钢球(2 2)的下部孔则陷压在盖板注液口上的氟橡胶圈(26)上; 安全阀底部的卸压孔与盖板(1)上的注液孔相通;压簧 (25)也可以反弓弹片(30)代替,反弓弹片(30)装于 调节螺栓(23)的下部,调节螺栓加工有与安全阀本体(2 1)相配的螺纹,通过拧动钥匙孔(27)调整反弓弹片的张 力;安全阀本体内加工有一长方形的排气槽(31),反弓弹 片(30)可以在排气槽内上下弹动而不可平转动;密封钢 球(22)在安全阀本体的保持架内可以纵向上下滑移,反弓 弹片(30)上加工有工艺装配孔(33),扣压在钢球的上 部,密封钢球(22)的下部孔则陷压在盖板注液口上的氟橡 胶圈(26)上;安全阀底部的卸压孔与盖板(1)上的注液 孔相通;安全阀本体(21)上可以另行加工有排气小孔(3 5);密封钢球则可以加工为带有水平横槽的球体(22- 1),氟橡胶圈(26-1)箍紧在密封钢球(22-1)上 的水平横槽中;密封钢球(22)可加工为密封锥台(22- 2);密封锥台(22-3)可以加工一水平横槽,氟橡胶圈 (26-2)则箍紧在密封锥台(22-3)上的水平横槽 中;安全阀可安装于外壳(9)的任何表面上;较大容量的锂 离子动力电池,可以在同一个侧表面或不同的侧表面安装若干 个安全阀;通常情况下,安全阀(3)与极柱既可以安装在外 壳(9)的同一个表面上,也可以安装在不同的表面上。

说明书全文

技术领域

本实用新型涉及一种可以反复充放电的环保电池,更具体 而言,本实用新型涉及一种可以反复充放电的锂离子动电 池。

背景技术

由于环保以及节能的要求,当今世界对能源的需求越来越 迫切,因此寻求高效率、而又洁净的动力源,是社会发展和科 技进步的必然趋势。
已经有很多研究涉足动力电池领域。当前常见的动力电池 有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池等。但由于其能 量密度低,充电时间长,而且不能满足大功率充放电的需求。 直接影响这些动力电池的实用性。近些年来,锌空气电池、锂 离子电池、质子交换膜燃料电池等均被认为是作为动力电池发 展的最佳动力电池。但由于无法满足大功率充放电的要求,因 此其实用性问题严重阻碍了动力电池的实际应用。
中国专利申请00101356·4公开了“一种可反复充放电的 铬氟锂固体动力电池”。虽然名义上是可反复充放电的铬氟锂 固体动力电池,但实际上其结构和组分均未充分公开,因此基 本不具有实用性和应用价值,而且也未从根本上解决大功率充 放电的问题。锂离子动力电池的最大问题是充放电过程中产生 的热量,而这种在充放电过程中产生的热量对锂离子动力电池 是有很大的不良影响的。
因此,本实用新型的目的是提供一种能够反复充放电的锂 离子动力电池,它可以解决锂离子动力电池大功率充放电的问 题。
发明内容
本实用新型属于一种可以反复充放电的环保电池,目的是 希望以有设计独特的集电(集流)端子即大叶极的正负极片 与隔膜同时卷绕在一起而构成的内本体、对内压更加敏感、因 而更可靠、更安全的安全、集流性能、散热性能更好的集电 夹板解决锂离子动力电池的大功率反复充放电要求,从而实现 锂离子动力电池的广泛应用。
本实用新型提供了一种可反复充放电的锂离子动力电池, 每个单体电池由盖板、负极极柱、安全阀、正极极柱、集电夹 板、内本体、电解液、圆柱形或方形(包括长方形)外壳组 成,其特征在于:内本体系由正负极片组即正极片、负极片与 隔膜共同构成具有盘状结构的电极集合体;正极极柱与正极相 连接,负极极柱则与负极相连接;正极选用一定厚度的箔, 两面均匀涂布正极活性物质,负极选用一定厚度的箔,两面 均匀涂布负极活性物质;正极或负极的极片形式均为带有大叶 单极耳或间距不等的大叶多极耳的形状狭长的矩形片(又称为 展成片),大叶单极耳、大叶多极耳又统称为大叶极耳。大叶 极耳既可以为扬头式也可以为藏头式,并通过集电夹板导出电 流至极柱;正极有一个或若干个极柱,负极有一个或若干个极 柱,正负极柱的数量可以相等也可以不等,极柱的直径可以相 等也可以不等。
本实用新型采用了可以减低电流密度的大叶极耳的结构, 它(们)能够最大限度地避免产生于锂离子动力电池而言非常 有害的热量。
本实用新型还提供了一种用于可反复充放电的锂离子动力 电池的安全阀,其中的压簧装于调节螺栓的内孔中,调节螺栓 的内孔用于保持压簧、密封球的稳定,压簧可在调节螺栓的 内孔中纵向上下滑移,密封钢球可在调节螺栓的内孔中纵向上 下滑移,调节螺栓的外径上加工有与安全阀本体相配的螺纹; 调节螺栓加工有若干竖向的排气槽,在排气槽的下部则开有排 气孔;压簧压在钢球的上部,密封钢球的下部孔则陷压在盖板 注液口上的氟橡胶圈上;安全阀底部的卸压孔与盖板上的注液 孔相通。
本实用新型具有设计独特的集电(集流)端子即大叶极耳 的正负极片与隔膜同时卷绕在一起而构成的内本体、对内压更 加敏感、因而更可靠、更安全的安全阀、集流性能、散热性能 更好的集电夹板解决锂离子动力电池的大功率反复充放电要 求,从而实现锂离子动力电池的广泛应用。
附图说明
下面结合附图,对本实用新型进行具体描述。在附图中, 相同的附图标记表示相同的部件,其中:
图1-1为折叠式锂离子动力电池的剖视图;
图1-2表示折叠式锂离子动力电池的俯视图;
图1-AA为以上述方式折叠的内本体的示意图;
图1-AB正极片、负极片以及隔膜的爹放方式的放大图;
图1A、1A-1、1B、1B-1、1C、1C-1为大叶极耳在极片上 的各种示意图;
图2为图1-AA中虚线部分的放大图;
图3所示则为本实用新型的锂离子动力电池剖视图;
图4为本实用新型的锂离子动力电池中的极片的叠放方 式;
图5和图6分别表示压簧式和压片式安全阀的结构。

具体实施方式

从外观而言,锂离子动力电池的基本构成如图1-1所示, 每个单体电池系由盖板1、负极极柱2、安全阀3、正极极柱 4和敞口外壳9组成;而在锂离子动力电池的内腔中,则有集 电夹板(亦称极片夹板)6、电解液8、负极片12、正极片 13以及隔膜19(或19-1)。外壳9、盖板1上的负极 柱2、安全阀3、正极柱4构成锂离子动力电池的外本体;多 对正负极片组,隔膜、集电夹板构成锂离子动力电池的内本体 7。现将折叠式锂离子动力电池的结构、制作工艺(方法)分 述如下:
折叠式锂离子动力电池的结构
如图所示,锂离子动力电池的折叠式内本体7系由一条较 为狭长且折叠的负极片与若干正极片与隔膜或正负极均为狭 长且可折叠的展成片与隔膜共同构成具有多重积层结构、正、 负极片顺序间隔置放整齐的电极集合体。负极12为一可相对 往复折叠、形状狭长的展成片,正极13则为单块片(又称块 片),被负极12层叠夹住。正极13也可以为可相对往复折 叠、形状狭长的展成片,则负极12为块片。
正极13系由铝箔、正极活性物质组成,铝箔为薄片的金 属箔,两面均匀涂布了正极活性物质(可以是钴酸锂,也可以 是锰酸锂、镍酸锂或镍钴酸锂)。铝箔的表面通常比较光滑, 但表面较为粗糙的铝箔对涂布活性物质而言,附着力更好。较 为适宜的铝箔厚度范围为10μm~80μm,当正极极片的面 积小于或等于1000mm×500mm而又大于或等于100 mm×50mm、充放电要求1C~2C时,排除其他影响因素, 选用铝箔的最佳厚度为15μm~25μm;充放电要求2C~ 3C或更大时,排除其他影响因素,选用铝箔的最佳厚度为2 0μm~45μm或以上。
负极12系由铜箔、负极活性物质组成,铜箔为薄片的金 属箔,两面均匀涂布了负极活性物质(既可以是天然石墨、也 可以是鳞片石墨、人造石墨或石油焦炭)的集电体。铜箔的表 面通常比较光滑,但表面较为粗糙的铜箔对涂布活性物质而 言,附着力更好。较为适宜的铜箔厚度为6μm~50μm,当 负极极片的面积小于或等于1000mm×500mm而又大于 或等于100mm×50mm、充放电要求1C~2C时,排除其 他影响因素,选用铜箔的最佳厚度为8μm~20μm;充放电 要求2C~3C或更大时,排除其他影响因素,选用铜箔的最 佳厚度为15μm~35μm或以上。
无论正极铝箔抑或负极铜箔,厚度都不宜太厚。金属箔 (铝箔/铜箔)的厚度既与集流体的面积相关,更与每一单片 极片的电容量相关,较大电容量的金属箔厚度比较小电容量的 金属箔的厚度应当稍厚。在条件许可的情况下金属箔应当尽可 能薄,以期在涂布同量的活性物质时获得更大的极片面积,从 而获得更好的电性能。
为了减小金属箔的重量和体积,也为了增加金属箔的柔韧 性,以便于将锂离子动力电池制造成能够适应各种不同形态需 要的形状,无论正极抑或负极所用的金属箔,还可另行选用丝 网状或平板网状的金属箔。所谓平板网状的金属箔,即在薄的 铝箔或铜箔上以机械方法或化学方法或其他方法打出若干细密 的小孔,经纵横方向上拉伸而成。
既往的锂离子电池的活性物质(不包括导电剂、粘结剂、 分散剂)在配料总量中约占90%,其余约10%为导电剂、 粘结剂、分散剂。本实用新型涉及的锂离子动力电池的活性物 质的量无论正极抑或负极均有较大增加,约为93%~95% 甚至更高。正极活性物质的密度每平方厘米为0.02g~0. 06g,当正极极片的面积小于或等于1000mm×500mm 而又大于或等于100mm×50m时,正极活性物质的最佳密 度每平方厘米为0.032g~0.042g;负极活性物质的密 度每平方厘米约为0.01g~0.03g,当负极极片的面积小 于或等于1000mm×500mm而又大于或等于100mm×5 0mm时,负极活性物质的最佳密度每平方厘米为0.014 g~0.021g。
锂离子动力电池的主要特性应适合动力用途,就必须适应 大功率充放电要求。本实用新型采用面积较大的集电(集流) 端子即大叶极耳,大叶极耳更利于导流、散热,完全可以适应 大功率充放电要求。为了名称的一致性及尽可能体现本实用新 型中集电(集流)端子的特征形象,故将集电(集流)端子称 为大叶极耳,如图1A-1、图1B-1所示,可见正极13 上有一个大叶极耳11,称为大叶单极耳、图1A、图1B所 示,负极12上则有多个大叶极耳10,称为大叶多极耳。
大叶极耳在条件许可的情况下应当尽可能采用较大的截面 积,也就是说,极耳应当尽可能宽,尽可能厚,集电(集流) 路径应当尽可能缩短,有利于电流的导出和散热。较小容量的 锂离子动力电池,正极上通常只有一个大叶极耳;较大容量的 锂离子动力电池的正极上则有若干个大叶极耳。负极上可以有 若干个大叶极耳,也可以只有一个大叶极耳。相较于大叶单极 耳而言,大叶多极耳比大叶单极耳能够更好地导流、散热。
如图1A、图1B所示,负极片12上有若干相反折向的折 叠线20/20-1,折叠线有一定的宽度,装配时须将负极 12沿折叠线的中心线相对折叠起来夹住正极13成为内本体 7。负极12因其可以连续相对折叠的特性在本实用新型中称 为展成片或折叠片,正极13则称为块片。图1A、图1B、 图1C为负极12的展成片(亦可称为展开片),可见各有若 干条折叠线20/20-1。折叠线20向内折叠,折叠线2 0-1则向外折叠。为了防止脱粉或折断,向内的折叠线20 须刮去相应的涂布于集流体上的活性物质,向外的折叠线20 -1则无须刮去活性物质(折叠线20-1的背面即为刮去活 性物质的折叠线20)。负极12的折叠线20与折叠线20 -1之间的面积,稍大于正极13的面积,并与相对应的正极 组成为正负极片组。负极12上的大叶极耳为相邻极耳,折叠 后相邻极耳可以重合;相邻的大叶极耳亦可以连结为一体(连 体极耳)。通常情况下,正极片13为单块片时,其上则没有 折叠线。但在有需要的情况下,正极13也可以加工为连体块 片。如果正极为连体块片,其间亦须加工有向内的折叠线2 0,刮去相应的活性物质即可。连体块片的正极13的大叶极 耳为相邻极耳,亦可以为连体极耳。
正负极片上的大叶极耳如果从同一方向或同一侧端例如向 上引出,如图1A、图1A-1、图1B、图1B-1所示,大 叶单极耳的宽度不得大于极耳所处的那条边的边长的一半(1 /2)。
可以利用折叠线20使其成为大叶极耳,具体方法是加大 折叠线20的宽度并刮去其正反两面的活性物质而使其成为大 叶极耳。通常情况下,只需加宽折叠线20或折叠线20-1 其中的一条折叠线的宽度并刮去其正反两面的活性物质即可, 这样,正极的极耳可以从另一侧端引出。如果锂离子动力电池 的功率特别大,必须加宽折叠线20及折叠线20-1的宽度 并刮去其正反两面的活性物质,则正极的大叶极耳可以从另外 的侧端引出。正负极的大叶极耳可以各自从极片的不同方向的 侧端引出。从极片不同方向的侧端引出的大叶极耳的最大宽度 可以与大叶极耳所在的那条边等长,更加有利于锂离子动力电 池的导流、散热。
从加工的难易程度以及质量控制的度而言,折叠式锂离 子动力电池的正负极片较为适宜只在单面涂布活性物质。如图 一AB所示,单面涂布的正负极片均为狭长的矩形片(展成 片),各以涂布了活性物质的面紧贴在一起(中间衬以隔膜1 9)同时相对折叠,向内折叠处均加工有折叠线20并刮去其 上的活性物质。这种单面涂布的极片精度更高,组成内本体的 效果也会更好。单面涂布的正负极片的大叶极耳均为可以重合 的相邻极耳,并且也都可以成为连体极耳。
通常情况下,大叶极耳的最大高度不大于其自身(大叶极 耳的)宽度,最好小于其宽度。当然,大叶极耳的高度是越小 越好。
较大容量的动力电池的极耳,相对较小容量的动力电池的 极耳,从导流、散热、高倍率充放电的性能而言,显然要宽大 一些才能满足要求,故大叶极耳通常或尽量位于正负极片的较 长的边上。大叶极耳位于正负极片的较长的边上,姑称为卧式 片,大叶极耳如果位于正负极片的较短的边上,则可称为立式 片。从集流性能而言,卧式片优于立式片,故在条件许可的情 况下,应尽量采用卧式。
其实,只要保证不发生短路,根据需要,大叶多极耳可以 任意设置于正、负极片的长边或短边上的任何位置上。
正负极片上的大叶单极耳如果从同一方向例如向上引出, 如图所示,大叶单极耳的中心线位置应尽量位于叠层式正、负 极片的边长上约1/4处或3/4处。大叶极耳的内缘线应尽 量靠近极片的中心线,但不能妨碍另一极的极耳,必须采取绝 缘措施防止与另一极的极耳接触短路。
折叠式锂离子动力电池的正负极片,通常裁切为矩形片。 正极矩形片最佳的长宽比为6.2∶3.8或6∶4,负极的折叠 线20/20-1之间矩形片的最佳的长宽比亦为6.2∶3. 8或6∶4。正负极片的形状除矩形外,也可制成圆形或其他 需要的形状。
正、负极片的尺寸因其工艺要求而有所不同,由于正极的 活性物质13-2的价格远比负极的活性物质12-2昂贵, 故在裁切时采取负极片的长、宽均比正极片略大一点的做法, 既节省资源,又充分发挥正极的物质性能。
正极13、负极12通常直接裁切为带有大叶单极耳或大 叶多极耳的矩形片。大叶极耳的制作方法除裁切外,还可以滚 切或剪切冲压的方式直接加工出成型的极片。
通常情况下,正极13上的大叶极耳的宽度与负极12上 的大叶极耳的宽度等宽。当然,正负极片上各自的大叶极耳的 宽度在特殊要求下也可以不等宽。较大容量的锂离子动力电池 在需要快速大功率充放电的情况下,正负极片上的极耳宽度应 当相等。在需要快速大功率充电而无需大功率放电的情况下, 负极12上的大叶极耳的宽度可以大于正极13上的大叶极 耳;在需要大功率放电而无需快速大功率充电的情况下,正极 13上的大叶极耳的宽度可以大于负极12上的大叶极耳的宽 度。
大叶极耳与集流体的连接处既可以是清角(即连接处是没 有圆弧的直角、钝角)连接,也可作光滑圆弧连接(即连接处 有R角),图中所示连接处的R,不但具有更高的机械强度, 也有利于防止热量集中而导致熔断极耳甚至熔毁极片。
极耳的制作方法无论是直接裁切的极耳10/11抑或经 过焊接的极耳,均为扬头式,可见极耳明显高于极片涂布活性 物质的部分,其优点是便于刮粉。藏头式极耳的形式与扬头式 极耳的形式恰巧相反。
大叶极耳(扬头式、藏头式)可以在矩形的正负极片的长 边上,也可以在正负极片的短边上,从合理性考虑,大叶极耳 应尽量在正负极片的长边上。
为了防止锂离子动力电池在大功率充放电时产生的高温熔 断较薄的极耳,可以如图1B、图1B-1所示焊接的方法制 作极耳(15/16),焊接时可以若干金属片焊接,既增加 了机械强度、提高了导流性能,又改善了散热性能。焊接处1 4必须牢固。焊接极耳的优点是裁切的极片毛刺较少。因此, 制作大叶极耳最好采用焊接大叶极耳。焊接所用的极耳的材 料,正极为铝制,负极为镍制或铜制。
大叶极耳的形状视需要可以设计、加工为方形、长方形、 半圆形、梯形或其他有利于导流、散热的形状,最佳的极耳形 状为连接处带有R圆角的梯形。
隔膜的基本作用乃将正、负极隔离,防止电池短路,吸附 并保持电解液。隔膜除必须具有良好的绝缘性能、稳定的化学 及电化学性能而外,须有一定的机械强度,亦须有较高的电导 率,故采用多孔性的聚烯类材料最为合适。鉴于锂离子动力 电池须大功率充放电的特点,要求有更高的安全性能。
本实用新型涉及的锂离子动力电池主要采用具有微孔结构 且电流切断温度低的15~80μm厚度的聚乙烯隔膜。隔膜 的选用原则是越薄越好,但当正极或负极极片的面积小于或等 于1000mm×500mm而又大于或等于100mm×50 mm、充放电要求1C~2C时,排除其他影响因素,隔膜的最 佳厚度为20μmμm~40μm;充放电要求3C或更大时,排 除其他影响因素,隔膜的最佳厚度为40μm或以上。当电池 内部温度高于限定值时(无论是否因短路引起),具有这种特 点的隔膜即自行熔闭微孔,阻断锂离子的通道,电池不再发生 反应。锂离子动力电池选用的隔膜也可采用聚丙烯材料制成的 隔膜。
锂离子动力电池的隔膜也可采用直接将含有合理量的造孔 剂的聚烯烃类材料的浆料均匀涂覆在已经滚压后的正极片表面 (也可用沉浸法,将正极片沉浸在上述浆料中),再将正极片 放入特定溶剂中萃取造孔剂而形成与正极片一体的符合要求的 隔膜。
隔膜通常制成与正负极片形状一致的矩形片。因为所有的 正极13的面积均较负极12的面积略小,故以隔膜夹裹正极 13。隔膜通常制成袋状19,以便将正极13装入或夹住。 袋状隔膜可以热封三条边,也可只热封相邻的两条边;只热封 相邻两条边的隔膜更易于装配。
单面涂布的正负极片均为狭长的矩形片(展成片),故与 其相应的隔膜19亦为狭长的矩形片。
隔膜的面积无论长或宽均大于正负极片,除极耳外,隔膜 19必须将正极片13四周完全包住,不可露出边缘,以防短 路。
锂离子动力电池极柱的材质为导电、导热性能优良的金属 材料,除应有一定强度外,还须有良好的散热性能。极柱可以 为圆柱形外,亦可采用片状,以便利锂离子动力更快地散热。
在不同的需要情况下,极柱可安装于锂离子动力电池的任 何侧表面;因应不同的需要,正负极柱也可安装于锂离子动力 电池的不同的侧表面上。
通常情况下,锂离子动力电池一个正极柱、一个负极柱已 可满足需要。为了因应大功率充放电的需要,较大容量的锂离 子动力电池的极柱,可以安装更多的极柱满足,例如同时安装 两个正极极柱,两个负极极柱。当需要安装若干个极柱时,正 负极柱的数量可以相等,也可以不等。在需要快速大功率充放 电的情况下,正负极柱的数量应当相等;在需要快速大功率充 电而无需大功率放电的情况下,负极极柱的数量可以与正极极 柱的数量相等或大于正极极柱的数量;在需要大功率放电而无 需快速大功率充电的情况下,正极极柱的数量可以与负极极柱 的数量相等或大于负极极柱的数量。
也可以调整极柱的直径来满足上述需要,例如在需要快速 大功率充放电的情况下,正负极柱的直径应当相等;在需要快 速大功率充电而无需大功率放电的情况下,负极极柱的直径可 以与正极极柱的直径相等或大于正极极柱的直径;在需要大功 率放电而无需快速大功率充电的情况下,正极极柱的直径可以 与负极极柱的直径相等或大于负极极柱的直径。
锂离子动力电池采用多元电解液,可适应更宽的温度变 化。多元电解液指的是两种以上的溶剂混合体与六氟磷酸锂混 合。锂离子动力电池采用的是:
(1)、LIPF6(六氟磷酸锂)/EC(乙烯酸 酯)∶DMC(二甲基碳酸酯)∶DEC(二乙基碳酸酯), 溶剂比例为0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.95~ 1.05;或
(2)、LIPF6/EC∶EMC(乙基甲基碳酸酯)∶ DEC),溶剂比例为0.95~1.05∶0.95~1.05∶ 0.95~1.05;或
(3)、LIPF6/EC∶DMC∶EMC,溶剂比例为 0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1.05;或
(4)、LIPF6/EC∶DMC∶EMC∶DEC,溶 剂比例为0.95~1.05∶0.95~1.05∶0.95~1. 05∶0.95~1.05。
本实用新型涉及的锂离子动力电池外壳是锂离子动力电池 的一部分,也称为电芯壳。在较小的电池中,电芯壳也是正、 负极中的一极,在此情况下,电芯壳也称为电极壳。除非设计 上的必需,大功率锂离子动力电池的电芯壳应尽量避免成为电 极壳。通常情况下,大功率锂离子动力电池的电芯壳不能成为 电极壳,外壳必须与极柱绝缘。但在特殊情况下,外壳也可成 为电极壳。
锂离子动力电池的方形外壳9由若干个平面组成。
锂离子动力电池电芯壳的气密性要求较高,且要有较高的 强度,通常为有一定刚性的金属壳,例如不锈钢电芯壳。本实 用新型的锂离子动力电池的电芯壳既可以是金属壳,也可以聚 四氟乙烯或聚丙烯或其他合适的塑料制造,粘接成型,也可以 注塑成型,安全性能更优于金属电芯壳。
锂离子动力电池的外壳除了可以采用刚性包装外(例如不 锈钢外壳),也可以采用软包装。
锂离子动力电池的外壳上方或侧面设计加工有便于串联、 并联的接插端口,方便电池串联或并联为电池组
锂离子动力电池在工作状态下产生的热量如果不能及时散 发,对电池的安全、循环寿命均有不良影响。尤其当众多电池 并联排列时,产生的热量更大,散热问题更为明显,故可在方 形外壳上加工有横向的或纵向的或纵横交错的导槽,有利于 尽快散热。
为了尽快散热,外壳上或其内部可以设计、加工有散热片 (热桥)9-1。
锂离子动力电池的盖板须与电芯壳吻合,气密性要求较 高。锂离子动力电池的盖板也可以聚四氟乙烯或聚丙烯或其他 任何耐强酸且有一定强度的塑料制造,注塑成型。
锂离子动力电池的安全阀3至关重要,是为防止过充电、 短路等其他意外事故所设置的安全装置,可在瞬间卸去超出设 计的压力。安全阀底部的卸压孔也是锂离子动力电池的注液 口。
涉及本实用新型的安全阀有两种,其一以弹簧(压簧式) 作复位机构如图5-1、5-2、5-3、5-4、5-5;另一以反弓弹片 (压片式)作复位机构如图6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6- 6。分述如下:
压簧式安全阀的结构如图5-1、5-2。压簧(弹簧)2 5装于调节螺栓23的内孔中,调节螺栓的内孔实际上是压 簧、密封钢球22的保持架,压簧可在调节螺栓的内孔中纵向 上下滑移而不能横向摆动,密封钢球也可在调节螺栓的内孔中 纵向上下滑移而不能横向摆动。调节螺栓的外径上加工有与安 全阀本体21相配的螺纹,故调节螺栓装在安全阀本体上,可 以通过钥匙孔27随意调节高低,钥匙孔兼有排气的作用。当 旋转调节螺栓施加压力予压簧,密封钢球即被压簧固定。调节 螺栓加工有若干竖向的排气槽24,通过排气槽可以拧动调节 螺栓使之旋转,在排气槽的下部则开有排气孔28。最下层是 氟橡胶圈26或其他耐腐蚀的胶圈垫,压在或贴在锂离子电池 盖板1上的注液孔上,密封钢球则陷压在氟橡胶圈26或其他 耐腐蚀的胶圈垫上。安全阀底部的卸压孔与盖板1上的注液孔 相通,故卸压孔在注液时即为注液孔。
氟橡胶圈或其他耐腐蚀的胶圈垫除须有一定弹性,以便密 封钢球压紧氟橡胶圈或其他耐腐蚀的胶圈垫时,氟橡胶圈或其 他耐腐蚀的胶圈垫产生一定变形而可密封住注液孔。压簧以其 底部内圈刚好扣压在密封钢球上部,密封钢球的下部则陷压在 电池盖板上的氟橡胶圈26或其他耐腐蚀的胶圈垫上,约束密 封钢球不会滑开。当锂离子动力电池内部的压力小于设定值 时,密封钢球因压簧的压力自动将注液口封闭,保持电池内部 与外部环境隔离,而当电池内部的压力大于设定值时,会自动 顶开密封钢球卸压,气体会在瞬间从卸压孔29排出,沿排气 孔28顺着排气槽24逸出。当内压卸去后,压簧的压力足以 再次压紧密封钢球,从而将卸压孔密封住。
压片式安全阀的结构如图6-1、6-2。半月形(反弓弹片 可以根据需要加工为平板形)反弓弹片30装于调节螺栓23 的下部,调节螺栓加工有与安全阀本体21相配的螺纹,故调 节螺栓装在安全阀本体上,底部紧压在反弓弹片上,可以通过 拧动钥匙孔8调节螺栓的高低,调整反弓弹片的张力。安全阀 本体内加工有一长方形的排气槽31,反弓弹片装在长方槽内 除可上下弹动外,不可平旋转。安全阀本体的下部内径较 小,形成保持架,密封钢球22在保持架内可以纵向上下滑 移。反弓弹片上加工有工艺装配孔33,正好扣压在钢球的上 部固定密封钢球。密封钢球的下部孔则陷压在盖板注液口上的 氟橡胶圈或其他耐腐蚀的胶圈垫上,既固定住了密封钢球,也 密封住了电池。
氟橡胶圈或其他耐腐蚀的胶圈垫除须有一定弹性,以便密 封钢球压紧氟橡胶圈或其他耐腐蚀的胶圈垫时,氟橡胶圈或其 他耐腐蚀的胶圈垫产生一定变形而可密封住注液孔。压簧以其 底部内圈刚好扣压在密封钢球上部,密封钢球的下部则陷压在 电池盖板上的氟橡胶圈26或其他耐腐蚀的胶圈垫上,约束密 封钢球不会滑开。当锂离子动力电池内部的压力小于设定值 时,密封钢球因压簧的压力自动将注液口封闭,保持电池内部 与外部环境隔离,而当电池内部的压力大于设定值时,会自动 顶开密封钢球卸压,气体瞬间会从卸压孔29排出,沿排气槽 31从排气孔32以及钥匙孔27逸出。当内压卸去后,反弓 弹片的压力足以再次压紧密封钢球,从而将卸压孔密封住。
反弓弹片可以设计、加工成平板形反弓弹片。平板形反弓 弹片的工作原理一如半月形反弓弹片。
压片式安全阀的压力还可以通过如图6-2所示的螺钉34 微调反弓弹片的张紧状态。
为了更为迅速地排气,安全阀也可以设计为在本体上另行 加工有若干排气小孔35。
氟橡胶圈26上的卸压孔29与盖板1上的注液孔为相通 孔,亦与安全阀底部的卸压孔相通,故不另行标出。
氟橡胶圈26可以其他任何合适的胶圈代替。
反弓弹片可以设计、加工成平板形或如图6-1的半月形 反弓弹片。平板形反弓弹片的工作原理同半月形反弓弹片相 同。
无论压簧式安全阀抑或压片式安全阀,密封钢球22均可 设计、加工为带有水平横槽的球体22-1,氟橡胶圈26- 1则箍紧在密封钢球22-1上的水平横槽中。压簧或反弓弹 片压下密封钢球22-1时,氟橡胶圈26-1则密封住注液 孔。为了防止密封钢球22-1摆动,也可在其上加工一固定 小柄35,压簧或反弓弹片套在固定小柄上。当内压小于允许 值时,压簧或反弓弹片则压住密封钢球22-1,氟橡胶圈2 6-1紧密封住注液孔。当内压大于允许值,顶起密封钢球2 2-1时,氟橡胶圈26-1则与其同时向上抬起,迅速卸去 内压。
密封钢球22也可设计、加工为密封锥台22-2。与钢 球22或22-1相比,密封锥台的下部伸入注液孔,因而复 位更可靠。密封锥台上也可加工有固定小柄36,压簧或反弓 弹片套在固定小柄上。当内压小于允许值时,压簧或反弓弹片 则压住密封锥台22-2,氟橡胶圈26在密封锥台的压力产 生形变从而紧密封住注液孔。当内压大于允许值,顶起密封锥 台22-2时,迅速卸去内压。密封锥台也可设计、加工为2 2-3,其上有一水平横槽,氟橡胶圈26-1则箍紧在密封 锥台22-3上的水平横槽中。压簧或反弓弹片压下密封锥台 22-3时,氟橡胶圈26-1则密封住注液孔。当内压大于 允许值,顶起密封锥台22-3时,氟橡胶圈26-1则与其 同时向上抬起,迅速卸去内压。
密封钢球22或22-1或密封锥台22-2、22-3 上的固定小柄36也可设计为空心套筒,将压簧装入导向性能 更好的空心套筒中。
通常情况下,安全阀与极柱应安装在锂离子动力电池外壳 的同一个侧表面上,惟根据需要,也可以安装在不同的侧表 面。
因应不同的需要,安全阀、极柱可安装于锂离子动力电池 的任何侧表面。
为了安全,较大容量的锂离子动力电池,可以在同一个侧 表面或不同的侧表面安装若干个安全阀。
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