CN103367699A - 一种纯电动客车大功率高容量锂电池 - Google Patents

Abstract

一种纯电动客车大功率高容量锂电池，极片采用隔膜夹片方式生产，自动化流水线作业，减少了电池组装过程中的手工操作，提高了电池生产的一致性，减少了人为因素对电池质量的影响。电芯堆采用的制作材料、方式及热敏保护装置、双端子设置，防止因公交车振动或者受外力机械冲击等引起的极片窜动而产生上下层极片接触短路等现象的发生，均衡分散外端子的受力，电池在公交车运行中安全、稳定，降低故障率，效率高，且耐电解液、抗老化，有利于散热，解决了公交车锂电池由单体电池经串并联成组连接产生的问题。电池体积小、高容量、功率大，每一只电池都具有安全保护装置，制造简单、方便，具有动态的安全性、可靠性、稳定性，循环寿命。

Description

一种纯电动客车大功率高容量锂电池

技术领域

本发明涉及一种电动客车的专用电池，特别是一种纯电动客车大功率高容量锂电池。

背景技术

我国改革开放以来，国民经济得到快速增长，以“科技创新，自主创新”已成为我国目前工业发展的主流，我国工业逐步向集约型，节能减排，低碳的方向发展。随着经济的快速发展，不断地经济贸易往来带动了交通运输业的发展，尤其是陆上交通工具——客车，成为人们出行必备的交通工具，客车的迅速发展既给人类的生活带来了方便，同时汽车排放的尾气也给人们的健康带来了危害，污染大气环境。哥本哈根气候会议的召开，把环境污染问题提上了日程，引起世界各国领导的关注。随着全球能源的紧张，客车需要使用大量燃料，使能源危机更加恶化。为了保证社会的可持续发展，人们不断在寻找一种既环保又节能的绿色交通工具——电动客车。新能源电动客车是我国发展重要的产业方向：节能、环保、无污染。电动客车的心脏部分是电池与电容。电池与电容的功率大小与质量，直接影响客车的使用寿命。电动客车采用的高性能电池，要经得起各种恶劣环境，如暴风雨雪，高温与霜寒天气的考验。特别是电动客车的电池长时间使用，塑料外壳会发生变形，壳体膨胀，会带来一系列的电池质量问题，如壳体内电池极片间的面接触会变成点接触或者分离，造成诸多不稳定因素。目前，电动客车中锂电池电芯堆的制造方法多采用叠片法，锂电池的极片面积较大、较薄，一般需要两人配合才能完成叠片加工，若采用叠片机，不但成本较高，且国内仍处于摸索阶段，很多方面不成熟，叠出的电芯有些较松散，且效率低。当客车受到外力振动或机械冲击时，容易引起极片窜动，造成上下极片接触、短路，将电池烧毁。为了解决这一关键的技术，科研单位和企业科技人员在不断地研究、探索、改进，希望能制造出一种更科学、更安全、性能好，使用寿命长的大功率、高容量的客车电池。虽然取得了一些进展，但在实际使用中仍然存在着尚未克服的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服以上不足，提供一种纯电动客车大功率高容量锂电池，该电池体积小、高容量、功率大，设有保护装置，使用安全。采用金属绝缘漆保护铝外壳和各端子外露的连接部分，具有良好的散热效果，耐电解液、抗老化、易定位，更换方便，减少了诸多不稳定因素，降低故障率，易于机械化制造，便于提高品质及电池的一致性，在客车运行中安全、稳定，且效率高，使用寿命长。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：含有正极铝极片、负极铜极片、正极片铝包、负极片铜包、同向铜包正极铝极片堆、同向铝包负极铜极片堆、反向铜包正极铝极片堆、反向铝包负极铜极片堆、热敏保护装置、铝端子、铜端子、电芯堆、加强筋、大功率高容量锂电池，正极铝极片，即正极片，呈方形或长方形或椭圆形或环形状，由优质材料铝箔，活性物质LiFePO₄、LiNiCO₂、LiMn₂O₄、LiMnNiCoO₂、Li₃V₂(PO₄)₃及以硅酸亚铁锂(Li₂FeSiO₄)为代表的Li₂MSiO₄(M为Co，Ni，Fe，Mn等过渡金属元素)新型正极材料嵌锂氧化物与导电剂形成混合物，再将粘结剂制成胶液，与此混合物按工艺要求进行搅拌制成浆料，然后涂抹在铝箔上制成，上边有两个或多个相同形状的铝极耳；负极铜极片，即负极片，呈方形或长方形或椭圆形或环形状，是由优质材料铜箔，负极活性物质：合金材料、无定形锡基复合氧化物、碳-石墨材料、零应变材料LiTi₅O₁₂与导电剂形成混合物，再将粘结剂制成胶液，与此混合物按工艺要求进行搅拌制成浆料，然后涂抹在铜箔上制成，上边有两个或多个相同形状的铜极耳，负极片与正极片形状相同、尺寸相等或略大一点，将正负极片两侧分别覆膜、整平，形成正极片铝包或者负极片铜包，将正极片铝包与负极片进行极耳同向交错堆叠，形成同向铝包负极铜极片堆，将正极片铝包与负极片进行极耳反向交错堆叠形成反向铝包负极铜极片堆，负极片铜包与正极片进行极耳同向交错堆叠形成同向铜包正极铝极片堆，负极片铜包与正极片进行极耳反向交错堆叠形成反向铜包正极铝极片堆，同向或者反向铝包负极铜极片堆与同向或者反向铜包正极铝极片堆总称为电芯堆，将电芯堆装入长方体壳体内，同向壳体的顶部一端设有两个极柱，分别为铝极柱、铜极柱，反向壳体的两顶端分别设有两个极柱，一端为铝极柱、另一端为铜极柱，电芯堆的铜极耳、铝极耳与壳体顶部的铜极柱、铝极柱对应装配，在铜极柱和铝极柱底端均设有热敏保护装置，壳体表面设有加强筋，构成了一种纯电动客车大功率高容量锂电池。

本发明采用的技术原理是：正负极片采用隔膜夹片方式，将正极片或者负极片置入两层隔膜中间，隔膜表面涂一层粘胶，经加热区加热，使隔膜与极片表面牢固粘合形成极片包，使隔膜与极片界面保持稳定，采用流水线操作，减少了电池组装过程中的手工操作，保证实施安全，而且使电芯组装由手工操作向自动化流水作业的迈进具备了工艺基础，减少了人为因素对电池质量的影响。同向或者反向铝包负极铜极片堆与同向或者反向铜包正极铝极片堆交错堆叠，形成了锂电池内部的电芯堆，在外露的铜端子即外铜端子一面镀镍，铜端子的另一端即内铜端子留在电池里面，与铜极片凸起的极耳连接，铝极片的凸起极耳与留在电池里面的内铝端子相连，在极柱或者盖板上安装热敏保护装置，防止因客车振动或者受外力机械冲击等引起的极片窜动而产生上下层极片接触短路等现象的发生，均衡分散外端子的受力，不但能满足电池倍率放电的性能，而且有利于减少电池内部发热，有利于散热，提高电池的安全性。锂电池的外壳采用金属绝缘材料制成，上面设有多根加强筋，主要是增强外壳的强度，不会变形。该铝合金材料为特制配方，适合激光焊接，耐电解液腐蚀，不易变形、漏电等。由于采用的都是散热效果良好的铜和铝材料，其电池整体热传导的效果要好于塑料外壳。锂电池的正负极端子采用多级双端子，且分别设计在电池的两端。多个内铜端子与电芯堆的多个铜极耳连接，另一端的外铜端子引出电池外面与电池组连接；多个内铝端子与电芯堆的多个铝极耳连接，另一端的外铝端子引出电池外面与电池组连接，在每一只电池上安装热敏保护装置，在电池组的管理***里增加热管理功能，实现对每一只电池的保护、监控，解决了客车锂电池组由单体电池经串并联成组的组装问题。电池能瞬间高倍率放电，满足了对电机的要求。具有动态的高容量，动态的安全性、可靠性、稳定性，循环寿命长等优点。

本发明有益效果是：正负极片采用隔膜夹片方式生产电芯堆，自动化流水线作业，减少了电池组装过程中的手工操作，提高了电池生产的一致性，减少了人为因素对电池质量的影响。电芯堆采用的制作材料、方式及热敏保护装置、双端子设置，防止因客车振动或者受外力机械冲击等引起的极片窜动而产生上下层极片接触短路等现象的发生，均衡分散外端子的受力，电池在客车运行中安全、稳定，降低故障率，效率高，且耐电解液、抗老化，有利于散热，解决了客车锂电池由单体电池经串并联成组连接产生的问题。电池体积小、高容量、功率大，每一只电池都具有安全保护装置，制造简单、方便，能高倍率放电，提高电池的容量，具有动态的安全性、可靠性、稳定性，循环寿命。

附图说明

下面是结合附图和实施例对本发明进一步描述：

图1是一种纯电动客车大功率高容量锂电池正极铝极片结构示意图；

图2是一种纯电动客车大功率高容量锂电池负极铜极片结构示意图；

图3是一种纯电动客车大功率高容量锂电池正极片铝包结构示意图；

图4是一种纯电动客车大功率高容量锂电池负极片铜包结构示意图；

图5是一种纯电动客车大功率高容量锂电池同向铜包正极铝极片堆的结构示意图；

图6是一种纯电动客车大功率高容量锂电池同向铝包负极铜极片堆的结构示意图；

图7是一种纯电动客车大功率高容量锂电池反向铜包正极铝极片堆的结构示意图；

图8是一种纯电动客车大功率高容量锂电池反向铝包负极铜极片堆的结构示意图；

图9是一种纯电动客车大功率高容量锂电池同向单体电芯的剖视图；

图10是一种纯电动客车大功率高容量锂电池同向单体电池立体图；

图11是一种纯电动客车大功率高容量锂电池反向单体电芯的剖视图；

图12是一种纯电动客车大功率高容量锂电池反向单体电池立体图。

在图中：1.正极铝极片、2.负极铜极片、3.正极片铝包、4.负极片铜包、5.同向铜包正极铝极片堆、6.同向铝包负极铜极片堆、7.反向铜包正极铝极片堆、8.反向铝包负极铜极片堆、9.热敏保护装置、10.铝端子、11.铜端子、12.电芯堆、13.加强筋、14.大功率高容量锂电池。

具体实施方式

在图1、图2、图3、图4中：正极铝极片1，即正极片，呈长方形，由优质材料铝箔，活性物质LiFePO₄、LiNiCO₂、LiMn₂O₄、LiMnNiCoO₂、Li₃V₂(PO₄)₃及以硅酸亚铁锂(Li₂FeSiO₄)为代表的Li₂MSiO₄(M为Co，Ni，Fe，Mn等过渡金属元素)新型正极材料嵌锂氧化物与导电剂形成混合物，再将粘结剂制成胶液，与此混合物按工艺要求进行搅拌制成浆料，然后涂抹在铝箔上制成，上边有两个相同形状的铝极耳；负极铜极片2，即负极片，呈长方形，是由优质材料铜箔，负极活性物质：合金材料、无定形锡基复合氧化物、碳-石墨材料、零应变材料LiTi₅O₁₂与导电剂形成混合物，再将粘结剂制成胶液，与此混合物按工艺要求进行搅拌制成浆料，然后涂抹在铜箔上制成，上边有两个相同形状的铜极耳，负极片与正极片形状相同、尺寸相等，将正负极片两侧分别覆膜、整平，形成正极片铝包3或者负极片铜包4；正负极片采用隔膜夹片方式，将正极片或者负极片置入两层隔膜中间，隔膜表面涂一层粘胶，经加热区加热，使隔膜与极片表面牢固粘合形成极片包，使隔膜与极片界面保持稳定，采用流水线操作，减少了电池组装过程中的手工操作，保证实施安全，而且使电芯组装由手工操作向自动化流水作业的迈进具备了工艺基础，减少了人为因素对电池质量的影响。

在图5、图6、图9、图10实施例中：将正极片铝包3与负极片进行极耳同向交错堆叠，形成同向铝包负极铜极片堆6，负极片铜包4与正极片进行极耳同向交错堆叠形成同向铜包正极铝极片堆5，同向铝包负极铜极片堆6与同向铜包正极铝极片堆5总称为电芯堆12，将电芯堆12装入长方体壳体内，壳体的顶部一端设有两个极柱，分别为铝极柱、铜极柱，电芯堆12的铜极耳、铝极耳与壳体顶部的铜极柱、铝极柱对应装配，在铜极柱和铝极柱底端均设有热敏保护装置9，壳体表面设有加强筋13。

在图7、图8、图11、图12实施例中：将正极片铝包3与负极片进行极耳反向交错堆叠形成反向铝包负极铜极片堆8，负极片铜包4与正极片进行极耳反向交错堆叠形成反向铜包正极铝极片堆7，反向铝包负极铜极片堆8与反向铜包正极铝极片堆7总称为电芯堆12，将电芯堆12装入长方体壳体内，壳体的两顶端分别设有两个极柱，一端为铝极柱、另一端为铜极柱，分别为铝极柱、铜极柱，电芯堆12的铜极耳、铝极耳与壳体顶部的铜极柱、铝极柱对应装配，在铜极柱和铝极柱底端均设有热敏保护装置9，壳体表面设有加强筋13。

同向或者反向铝包负极铜极片堆(6、8)与同向或者反向铜包正极铝极片堆(5、7)交错堆叠，形成了锂电池内部的电芯堆12，在外露的铜端子11即外铜端子11一面镀镍，铜端子11的另一端即内铜端子11留在电池里面，与铜极片凸起的极耳连接，铝极片的凸起极耳与留在电池里面的内铝端子10相连，在极柱或者盖板上安装热敏保护装置9，防止因客车振动或者受外力机械冲击等引起的极片窜动而产生上下层极片接触短路等现象的发生，均衡分散外端子的受力，不但能满足电池倍率放电的性能，而且有利于减少电池内部发热，有利于散热，提高电池的安全性。锂电池的外壳采用金属绝缘材料制成，上面设有多根加强筋13，主要是增强外壳的强度，不会变形。该铝合金材料为特制配方，适合激光焊接，耐电解液腐蚀，不易变形、漏电等。由于采用的都是散热效果良好的铜和铝材料，其电池整体热传导的效果要好于塑料外壳。锂电池的正负极端子采用多级双端子，且分别设计在电池的两端。多个内铜端子11与电芯堆12的多个铜极耳连接，另一端的外铜端子11引出电池外面与电池组连接；多个内铝端子10与电芯堆12的多个铝极耳连接，另一端的外铝端子10引出电池外面与电池组连接，在每一只电池上安装热敏保护装置9，在电池组的管理***里增加热管理功能，实现对每一只电池的保护、监控，解决了客车锂电池组由单体电池经串并联成组的组装问题。电池能瞬间高倍率放电，满足了对电机的要求。具有动态的高容量，动态的安全性、可靠性、稳定性，循环寿命长等优点。

Claims (8)

1.一种纯电动客车大功率高容量锂电池，含有正极铝极片、负极铜极片、正极片铝包、负极片铜包、同向铜包正极铝极片堆、同向铝包负极铜极片堆、反向铜包正极铝极片堆、反向铝包负极铜极片堆、热敏保护装置、铝端子、铜端子、电芯堆、加强筋、大功率高容量锂电池，其特征是：正极铝极片，即正极片，呈方形或长方形或椭圆形或环形状，由优质材料铝箔，活性物质LiFePO₄、LiNiCO₂、LiMn₂O₄、LiMnNiCoO₂、Li₃V₂(PO₄)₃及以硅酸亚铁锂(Li₂FeSiO₄)为代表的Li₂MSiO₄(M为Co，Ni，Fe，Mn等过渡金属元素)新型正极材料嵌锂氧化物与导电剂形成混合物，再将粘结剂制成胶液，与此混合物按工艺要求进行搅拌制成浆料，然后涂抹在铝箔上制成，上边有两个或多个相同形状的铝极耳；负极铜极片，即负极片，呈方形或长方形或椭圆形或环形状，是由优质材料铜箔，负极活性物质：合金材料、无定形锡基复合氧化物、碳-石墨材料、零应变材料LiTi₅O₁₂与导电剂形成混合物，再将粘结剂制成胶液，与此混合物按工艺要求进行搅拌制成浆料，然后涂抹在铜箔上制成，上边有两个或多个相同形状的铜极耳，负极片与正极片形状相同、尺寸相等或略大一点，将正负极片两侧分别覆膜、整平，形成正极片铝包或者负极片铜包，将正极片铝包与负极片进行极耳同向交错堆叠，形成同向铝包负极铜极片堆，将正极片铝包与负极片进行极耳反向交错堆叠形成反向铝包负极铜极片堆，负极片铜包与正极片进行极耳同向交错堆叠形成同向铜包正极铝极片堆，负极片铜包与正极片进行极耳反向交错堆叠形成反向铜包正极铝极片堆，同向或者反向铝包负极铜极片堆与同向或者反向铜包正极铝极片堆总称为电芯堆，将电芯堆装入长方体壳体内，同向壳体的顶部一端设有两个极柱，分别为铝极柱、铜极柱，反向壳体的两顶端分别设有两个极柱，一端为铝极柱、另一端为铜极柱，电芯堆的铜极耳、铝极耳与壳体顶部的铜极柱、铝极柱对应装配，在铜极柱和铝极柱底端均设有热敏保护装置，壳体表面设有加强筋，构成了一种纯电动客车大功率高容量锂电池。

2.根据权利要求书1所述的一种纯电动客车大功率高容量锂电池，其特征是：正极铝极片，即正极片，呈方形或长方形或椭圆形或环形状，面积较大、较薄，上边设有两个或多个相同形状的铝极耳。

3.根据权利要求书1所述的一种纯电动客车大功率高容量锂电池，其特征是：负极铜极片，即负极片，呈方形或长方形或椭圆形或环形状，面积较大、较薄，上边有两个或多个相同形状的铜极耳，负极片的与正极片形状相同，尺寸相等或略大一点。

4.根据权利要求书1所述的一种纯电动客车大功率高容量锂电池，其特征是：将正极片两侧覆膜、整平，形成正极片铝包，将负极片两侧覆膜、整平，形成负极片铜包。

5.根据权利要求书1所述的一种纯电动客车大功率高容量锂电池，其特征是：将正极片铝包与负极片的极耳进行相同方向的交错堆叠，形成同向铝包负极铜极片堆。

6.根据权利要求书1所述的一种纯电动客车大功率高容量锂电池，其特征是：将正极片铝包与负极片的极耳进行相反方向的交错堆叠，形成反向铝包负极铜极片堆。

7.根据权利要求书1所述的一种纯电动客车大功率高容量锂电池，其特征是：将负极片铜包与正极片的极耳进行相同方向的交错堆叠，形成同向铜包正极铝极片堆。

8.根据权利要求书1所述的一种纯电动客车大功率高容量锂电池，其特征是：将负极片铜包与正极片的极耳进行相反方向的交错堆叠，形成反向铜包正极铝极片堆。 

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