CN203377335U

CN203377335U - 圆柱形单体400Ah锂离子电池

Info

Publication number: CN203377335U
Application number: CN201320070958.9U
Authority: CN
Inventors: 唐致远; 孙蕾; 王琪; 凌国维
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2023-02-07

Abstract

本实用新型涉及一种锂离子电池，特别是涉及一种圆柱形单体400Ah锂离子电池。圆柱形单体400Ah锂离子电池，包括：圆柱形电池外壳1，电池芯轴3，极耳4，接线端子6，正、负极端盖11，正极极片，负极极片，作为集流体的铝箔，本实用新型制备出的圆柱形锂离子电池，单体容量达到400Ah以上，是目前国内外锂离子电池市场上已见报道研制出的圆柱形最大单体容量的电池。

Description

圆柱形单体400Ah锂离子电池

技术领域：

本实用新型涉及一种锂离子电池，特别是涉及一种圆柱形单体400Ah锂离子电池。

背景技术：

面向21世纪，随着科学技术的发展和信息社会的到来，特别是由于各种移动通讯设备、电子器件、办公自动化用品、家用电器和医疗器械的普及，人们对能源的需求越来越大。同时，为了减缓人类本身和自然界的冲突，寻求可持续发展之路，保护自然环境和自然资源已成为人类进入21世纪后所面临的严峻挑战。因此，新能源和新材料的开发及利用已成为世界各国必须解决的首要课题。

电能是人类社会在日常生活和工作中不可缺少的重要能源，任何其它资源的利用一般都要借助电能。而电能的储存、转化、输送都要涉及电池技术。

当今的信息时代，人们不但对电源的需求量日益增加，更重要的是对电源性能的要求越来越高。这种要求主要体现在高比功率、高比能量、长循环寿命和大的容量等指标上；同时对电源的安全性、价格以及环境友好程度也提出了更高的标准。传统的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等，因使用寿命短，能量密度较低以及环境污染等问题而大大地限制了它们的使用。由于锂离子电池具有优良的电化学性能，使其成为目前新型高能绿色电池中的佼佼者。

锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一种新型电池，它与锂电池相比最大的优点在于可利用锂离子嵌入、脱出的材料来代替金属锂，从而解决了锂阳极的钝化和枝晶穿透问题。在保持了锂电池高容量、高电压等优势的基础上，显著提高了电池的充放电效率和循环寿命，电池的安全性能，也得到了明显改善。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种圆柱形超大容量锂离子电池。

圆柱形单体400Ah锂离子电池，包括：

圆柱形电池外壳1，电池芯轴3，极耳4，接线端子6，正、负极端盖11，正极极片，负极极片，作为集流体的铝箔，所述接线端子6与电池芯轴3在轴线方向固定连接，还包括：

支撑架5、滑动环7、极耳夹紧螺母8、绝缘垫9、O型圈10、接线端子锁紧螺母12、定位螺钉13。

作为优选方案，所述铝箔厚度为30±2μm，宽度为320±1mm，正极极片、负极极片长度为33.81m；所述极耳规格为：长70±1mm，宽为10±0.1mm，厚为0.15±0.015mm。

作为进一步优选方案，在正、负极端盖上各设有3个安全阀片，其直径为13mm，厚度为0.5mm，***压力为7.5-8kg；圆柱形电池外壳1直径为134mm，长度为450mm，壁厚为1mm；

连接关系是：在正、负极极片边缘光箔位置各焊接100根铝极耳，并用高温胶纸将极耳根部粘贴牢固；将均分成组的正、负极极耳4穿过接线端子6和滑动环7之间的空隙，并用极耳夹紧螺母8固定夹紧，将电芯装入圆柱形电池外壳1中,分别在电池壳两端套上支撑架5，支撑架装配结束后，分别按照顺序将接线端子6、O型圈10、绝缘垫9、正、负极端盖11连接在一起，用接线端子锁紧螺母12和定位螺钉13固定。

本实用新型相对于现有技术的优点在于：

（一）本实用新型制备出的圆柱形锂离子电池，单体容量达到400Ah以上，是目前国内外锂离子电池市场上已见报道研制出的圆柱形最大单体容量的电池。

（二）本实用新型制备的圆柱形锂离子电池针刺实验的结果表明，电池不燃烧、不***，电池表面温度仅34℃。电池的安全性显著得到提高。

（三）本实用新型设计了新颖的圆柱形外型，实用性强，耐蚀、耐压、抗冲击、耐振动性强，成本低，单体电池容量大，电池内部结构合理，大大提高了电池的散热性，热稳定性和安全性。

（四）在优选方案中，在电池两端的端盖上巧妙地分别安放了3个安全阀片；在电池芯和接线端子的连接方式上采用了独特的“接线箍结构”，这些设计显著降低了电池的内阻，提高了电池的安全可靠性。

（五）本实用新型工艺流程简单，适合应用于工业化规模生产。

附图说明：

附图1是实施例1制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池的装配剖面示意图。图中，1代表圆柱形电池外壳，2代表电池卷芯，3代表电池芯轴，4代表极耳，5代表支撑架，6代表接线端子，7代表滑动环，8代表夹紧螺母，9代表绝缘垫，10代表O型圈、11代表正、负极端盖，12代表接线端子锁紧螺母，13代表定位销。

图2是实施例1制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池的产品示意图。

图3是实施例1制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池的外形尺寸示意图；单位：毫米。

图4是实施例1制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池的充放电曲线图。图中，横坐标代表容量，单位：安时，纵坐标代表电压，单位：伏特。

具体实施方式：

为了进一步更加清楚地说明本发明，下面将结合附图与具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

圆柱形单体400Ah锂离子电池，包括：

制造上述圆柱形单体400Ah锂离子电池的方法，过程如下：

（一）电极的制备

将事先烘烤好的原料磷酸铁锂、导电炭黑、石墨、粘结剂PVDF、溶剂NMP按照质量百分比42.0-43.0：1.3-1.7：0.8-1.2：2.5-3.5：51.0-53.0的比例充分搅拌混合均匀，制成电池正极浆料；将事先烘烤好的原料钛酸锂、导电炭黑、石墨、粘结剂PVDF、溶剂NMP按照质量百分比49.0-50.0：0.8-1.2：0.8-1.2：3.0-4.0：44.0-46.0的比例充分搅拌混合均匀，制成电池负极浆料；

涂布和辊压过程中，正、负极均采用铝箔作为集流体，铝箔厚度为30±2μm，宽度为320±1mm，正、负极极片长度均为33.81m；

（二）电池的组装

将上面步骤制得的极片100℃烘烤48h，再将正、负极极片与隔膜平行对齐，放置于全自动卷绕机上，在正、负极极片边缘光箔位置各焊接100根铝极耳，并用高温胶纸将极耳根部粘贴牢固，正、负极铝极耳规格为：长70±1mm，宽为10±0.1mm，厚为0.15±0.015mm；

将均分成组的正、负极极耳4穿过接线端子6和滑动环7之间的空隙，并用极耳夹紧螺母8固定夹紧，这种连接方式称为“接线箍结构”；小心地将电芯装入圆柱形电池外壳1中；分别在电池壳两端套上支撑架5，支撑架装配结束后，分别按照顺序将接线端子6、O型圈10、绝缘垫9、正、负极端盖11连接在一起，用接线端子锁紧螺母12和定位螺钉13固定；在正、负极端盖上各设有3个安全阀片，其直径为13mm，厚度为0.5mm，***压力为7.5-8kg，在卷绕、装配和焊接过程中，要用万用表进行短路检验，采用真空注液进行注液，电解液为LiPF₆（EC+PC+DMC+DEC），最后用激光焊机将电池两端的端盖密封焊上。

产品的各项参数如下：

电池外壳：不锈钢；直径：134mm；长度：450mm；重量：12kg；额定容量：400Ah；额定工作电压1.8V；内阻：0.33mΩ；循环使用寿命：8000次以上。

实施例1制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池的产品照片如附图2所示，其外形尺寸示意图如附图3所示。

采用深圳市新威尔电子有限公司生产的BTS-5V200A电池检测设备，对实施例1制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池进行恒流充放电性能测试。按照《电动汽车用锂离子蓄电池》中华人民共和国汽车行业标准QC/T743-2006，充电过程为先恒流充电后恒压充电，充电限制电压为2.3V；放电过程为恒流放电，放电截止电压为0.5V，采用0.33C的电流进行充放电测试。

实施例1制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池，重量为12kg，放电容量为417.718Ah，充放电效率为99.6%，电池的内阻为0.33mΩ，循环寿命按最保守的估计可达到8000次以上（理论计算为20000次）。

从附图4可以看出，电池的充放电电压十分平稳，平台电位保持时间较长（平台容量达放电容量的95%左右），这是存在尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂与岩盐型Li₇Ti₅O₁₂两相反应的特征。两相的互变使得该电极电位保持平稳。当两相转变基本完成时，其电位便发生快速上升或下降的突跃。充放电结束时产生的明显的电压突变现象可用于指示终止充放电，便于电池容量的检测。

实施例1制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池的内阻仅为0.33mΩ，导电性非常好。大容量电池极片横截面积也较大，故电池内阻较小（电阻与横截面积成反比）。采用该技术制备的电池与采用叠片技术制备的电池相比，由于电池的极片在卷绕过程中，在张力的作用下，使得正、负极片与隔膜之间紧密结合，卷芯紧实且横截面积大，这使得电池的内阻极其微小。

在本发明实施例1的实验范围内，圆柱形LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池的容量未见衰减，根据Li₄Ti₅O₁₂材料的特点以及前期小容量电池的数据推测，该款400Ah圆柱形LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池的循环寿命按最保守的估计可达到8000次以上（理论计算为20000次），是目前国内、外市场上一般锂离子电池寿命的2-4倍。

实施例1制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池，其内阻、循环寿命以及其他主要技术指标均完成了预期的设计要求。

对实施例1制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池，按照《电动汽车用锂离子蓄电池》中华人民共和国汽车行业标准QC/T743-2006，进行针刺实验，电池不燃烧、不***；电池两端端盖上的6个安全阀片均未被打开；电池表面温度仅有34℃。而目前市场上常规LiFePO₄/C电池针刺实验，电池表面温度为200℃，电池的安全性显著得到提高。

综上所述，本发明实施例1所制备的圆柱形单体400Ah LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池容量大、内阻小、循环寿命长、安全可靠性好、环境适应性强、性能一致性佳，可广泛应用于电动汽车、混合动力汽车、军事装备、航天航空、水力、火力、风力、太阳能电站储存电源***，以及邮电通讯的不间断电源上，从而满足了日益增长的市场需求，具有广阔的发展前景。

开发和应用绿色能源，是历史的必然选择。高容量、大功率、安全可靠的圆柱形锂离子动力电池，将在国内、外市场上占据重要地位，具有无限的发展潜力和应用前景。

Claims

1.圆柱形单体400Ah锂离子电池，其特征在于，包括：圆柱形电池外壳（1），电池芯轴（3），极耳（4），接线端子（6），正、负极端盖（11），正极极片，负极极片，作为集流体的铝箔，所述接线端子（6）与电池芯轴（3）在轴线方向固定连接，其特征在于，还包括：

支撑架（5）、滑动环（7）、极耳夹紧螺母（8）、绝缘垫（9）、O型圈（10）、接线端子锁紧螺母（12）、定位螺钉（13）。

2.根据权利要求1所述圆柱形单体400Ah锂离子电池，其特征在于，所述铝箔厚度为30±2μm，宽度为320±1mm，正极极片、负极极片长度为33.81m。

3.根据权利要求2所述圆柱形单体400Ah锂离子电池，其特征在于，所述极耳规格为：长70±1mm，宽为10±0.1mm，厚为0.15±0.015mm。

4.根据权利要求3所述圆柱形单体400Ah锂离子电池，其特征在于，在正、负极端盖上各设有3个安全阀片，其直径为13mm，厚度为0.5mm，***压力为7.5-8kg。