CN2717037Y

CN2717037Y - 锂离子电池

Info

Publication number: CN2717037Y
Application number: CNU2004200340611U
Authority: CN
Inventors: 周耀华
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2014-06-11

Abstract

本实用新型锂离子电池包括电池外壳、由层叠的正、负极片组成的电芯，及安装于电池外壳内的电芯夹紧具，该电芯夹紧具形成有收容空间，电芯安装于该收容空间内。各个极片包覆于具有微孔的隔膜袋中，且极片的导电部分伸出该隔膜袋。正、负极片的导电部分通过连接片与电池的正、负极极柱相连。该连接片为软性连接片，其是由多层小于0.2毫米的金属箔层叠而成。该软性连接片与对应的正、负极片的导电部分铆接，与电池的极柱螺纹连接。通过电芯夹紧具夹紧电芯，防止了电池振动或受机械冲击时的极片窜动，从而提高了电池的安全性；通过将正、负极片包覆于隔膜袋中，防止了电池因受不当外力时极片窜动而产生上、下层极片短路的情况。

Description

锂离子电池

【技术领域】

本实用新型涉及锂离子电池领域。

【背景技术】

现有的方形锂离子电池包括极片及电池外壳，极片一般采用方形层叠结构，极片与极片之间用隔膜纸相隔，极片两端用不锈钢板或铜板或镍板连接固定，极片的极耳也用不锈钢片和不锈钢紧固，从而改善了大容量电池的电化学性能，尤其是大电流放电性能。但是该种设计存在如下缺点：1)由于该电池仅在极片两端和正、负极的极耳部位采用固定件固定，从而在电池振动或跌落时，会因为极片的固定不牢固而使极片发生挤压变形、掉料甚至折断，从而影响电池的电化学性能及安全性能；2)相邻层的极片之间仅用条状隔膜分开，所以在受外力时，极片上下两端容易窜动，从而造成极片之间短路。

【实用新型内容】

本实用新型的主要目的在于提供一种具有较佳抗机械冲击性能及安全性的锂离子电池。

本实用新型的目的是这样实现的：该锂离子电池包括电池外壳及包含层叠的正、负极片的电芯，其还包括安装于电池外壳内的电芯夹紧具，该电芯夹紧具形成有收容空间，电芯安装于该收容空间内。

还包括具有微孔的隔膜袋，各隔膜袋包覆对应的极片，极片的导电部分伸出隔膜袋，且正、负极片的导电部分分别位于电芯的上下两端，或者同时位于电芯上端或下端。

所述的正、负极片的导电部分通过连接片与电池的正、负极极柱相连。

所述的连接片为软性连接片；所述的软性连接片由厚度小于0.2毫米的金属箔层叠而成。

所述的软性连接片与对应的正、负极片的导电部分铆接，与电池的极柱螺纹连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：1)本实用新型锂离子电池通过电芯夹紧具夹紧电芯，防止了电池振动或受机械冲击时的极片窜动，从而提高了电池的安全性；2)通过将正、负极片包覆于隔膜袋中，防止了电池因受不当外力时极片窜动而产生上、下层极片短路的情况；3)因为极片的引出端与电池极柱之间是采用软性连接片连接，所以具有较好的缓冲性，能防止电池意外断路；4)因为连接片与极片和极柱之间采用铆接或螺栓连接，所以工艺难度小，连接可靠。

【附图说明】

图1是本实用新型锂离子电池的正向剖视图。

图2是本实用新型锂离子电池的侧向剖视图。

图3是本实用新型锂离子电池极片及隔膜袋的正视图。

图4是本实用新型锂离子电池的电芯夹紧具夹板的正视图。

图5是本实用新型锂离子电池的电芯夹紧具夹板的侧视图。

图6是本实用新型锂离子电池的电芯夹紧具夹板的俯视图。

图7是本实用新型锂离子电池的电芯夹紧具的侧视图。

图8是本实用新型锂离子电池的电芯夹紧具的俯视图。

【具体实施方式】

请参阅图1至图3，本实用新型锂离子电池包括电池外壳9、电池极柱、电芯、电解液8及电芯夹紧具10。该电池外壳9大致呈方形，一般是由金属材料制成。电池极柱包括正极极柱1和负极极柱2。电芯是由若干在电池厚度方向上交错层叠的正、负极片5、6组成，且各层的正极片5和负极片6的位置分别对正。各个正、负极片5、6一端均设有起导电作用的正、负极引出端3、4，且相邻层的正、负极片5、6的正、负极引出端3、4分别位于电芯的上、下端，当然，也可同时位于电芯的上端或下端。各个正、负极片5、6均由隔膜包覆，其中正极片5是夹入聚乙烯微孔隔膜或聚丙烯和聚乙烯叠层微孔隔膜中，该隔膜通过在其对应于正极片5边缘处的位置进行焊接而形成隔膜袋7，该焊接处形成焊缝13，引出端3伸出该隔膜袋7一定长度，该焊接可以采用高周波焊、超声波焊、电阻焊或激光焊等方式，优选的是采用高周波焊。负极片6也是夹入聚乙烯微孔隔膜或聚丙烯和聚乙烯叠层的微孔隔膜中，该隔膜也是通过在其对应于负极片6边缘处的位置进行焊接而形成隔膜袋。上述的各个装有正极片5或负极片6的隔膜袋是交错层叠，而形成该锂离子电池的电芯。

请结合参阅图4至图8，电芯夹紧具10的形状与电池外壳9的形状相似，其包括上夹板101、下夹板102及连接件。该上、下夹板101、102的结构相同，其均包括方形基板1011、自该基板1011的两个侧缘分别向下延伸的侧板1012，及位于该侧板1012纵向两端悬臂状延伸的安装部1013，该基板1011和侧板1012具有连续完整的表面，且该基板1011表面具有加强槽1016，该安装部1013为向基板1011方向弯折的钩状物。基板1011和两个侧板1012之间形成有凹槽1014，上、下夹板101、102的凹槽之间形成收容空间1015，电芯是安装于该收容空间1015中，并通过基板1011和侧板1012的约束而使其不能在电芯夹紧具10内自由移动。上、下夹板101、102的两凹槽的深度之和应不低于电芯的厚度，优选的是两凹槽的深度之和等于电芯的厚度。上、下夹板101、102安装时，将各自的凹槽和安装部对正，并通过连接件而将上、下夹板的安装部1013连接起来，从而使上、下夹板101、102紧固一体。在本实施方式中，该连接件为螺纹配合的夹紧螺钉和夹紧螺母。当然，侧板也可仅于基板的一个侧缘向下延伸，而使该上、下夹板均大致呈“L”型。

将电芯安装于该电芯夹紧具10的收容空间1015后，再用正、负极连接片11、12的分别将电芯中各个正、负极片5、6的引出端3、4连接起来，然后将正、负极连接片11、12的另一端分别与电池的正极极柱1和负极极柱2连接，以形成集电结构，其中正、负极连接片11、12与各正、负极片5、6之间为铆接，正、负极连接片11、12与对应的正、负极极柱1、2之间为螺栓连接。该正、负连接片11、12为软性连接片，该软性连接片11、12是由多层厚度小于0.2mm的金属箔层叠而成的。将该紧固有电芯的电芯夹紧具10固定安装于电池外壳9中，随后将电解液8注入电池外壳9中、密封而制成锂离子电池。由于该电芯夹紧具10仅与电芯的最外层表面接触，所以对电池内部的电解液流动没有影响，并且由于包覆正、负极片5、6的薄膜袋7均具有微孔，所以不会影响正、负极片5、6之间电解液的流动。

所述的正极含有一种锂与过渡金属的复合氧化物，它们是具有一定特定结构的活性物质，可以与锂离子进行可逆的反应。此类活性物质材料的实例包括以下物质中的一种或者其混合物：Li_xNi_1-yCoO₂(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、Li_xMn_2-yB_yO₂(其中，B为过渡金属，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)等。此外，正极片还含有金属材质的电极集流体(通常为铝箔)、碳系材料导电剂以及将正极材料粘结到电极集流体上的粘合剂。所述碳系材料导电剂的实例包括炭黑、碳纤维和石墨等，可以选用其中之一或者其混合物。粘合剂实例包括含氟树脂和聚烯烃化合物如PVDF、PTFE、VDF-HFP-TFE共聚物、SBR等，可以选用其中之一或者其混合物。

所述负极活性物质为能够使锂离子反复嵌入和脱嵌的碳系材料。此类活性物质材料的实例包括：石墨、石油焦、有机裂解碳、MCMB、MCF等，可以选用其中之一或者其混合物。此外，负极还含有金属材质的电极集流体(通常为铜箔)以及将负极材料粘结到电极集流体上的粘合剂。粘合剂实例包括含氟树脂和聚烯烃化合物如PVDF、PTFE、VDF-HFP-TFE共聚物、SBR等，可以选用其中之一或者其混合物。

正负极浆料是通过将一种合适的粘合剂溶解在特定的溶剂中，再加入活性物质和导电剂，进行充分地分散后制成的。本发明所述特定的溶剂选自NMP、DMF、DEF、DMSO、THF以及水和醇类等，可以使用其中之一或者其混合物。

所述电解液为电解质盐和溶剂的混合溶液。电解质盐为锂盐，实例包括LiClO₄、LiPF₆、LiBF₄、LiAsF₆、卤化锂、氯铝酸锂、氟烃基氟氧磷酸锂及氟烃基磺酸锂等，可以使用其中之一或者其混合物。溶剂选用链状酸酯和环状酸酯混合溶液，链状酸酯实例包括DMC、DEC、EMC、MPC、DPC、MA、EA、PA、二甲氧基乙烷以及其它含氟、含硫或含不饱和键的链状有机酯类，可以使用其中之一或其混合物。环状酸酯实例包括EC、PC、VC、γ-BL、磺内酯以及其它含氟、含硫或含不饱和键的环状有机酯类，可以使用其中之一或其混合物。

制作正极片时，将一定量的正极活性物质、导电剂、粘合剂以及溶剂以一定比率充分混合制成正极浆料，将该浆料均匀地涂布在正极集流体上，干燥、压延后得到正极片；再将此正极片端缘的敷料层刮去，露出一定宽度的正极引出端；最后将成型的正极片夹入聚丙烯微孔隔膜或聚丙烯和聚乙烯叠层微孔隔膜中，并通过在正极片边缘外的隔膜上焊接而形成隔膜袋。

制作负极片时，将一定量的负极活性物质、粘合剂以及溶剂以一定比率充分混合制成负极浆料，将该浆料均匀地涂布在负极集流体上，干燥、压延后得到负极片；再将此负极片端缘的敷料层刮去，露出一定宽度的负极引出端；最后将成型的负极片夹入聚丙烯微孔性隔膜或聚丙烯和聚乙烯叠层微孔性隔膜中，并通过在负极片边缘外的隔膜上焊接而形成隔膜袋。

下为本实用新型锂离子电池的一个具体实施方式的具体制作过程：将一定量的PVDF以一定比率溶解在NMP中，将LiCoO₂和乙炔黑加入该溶液中，充分混合制成浆料，其组成为LiCoO₂∶乙炔黑∶PVDF＝92∶4∶4。将该浆料均匀地涂布在20μm的铝箔上，于120℃下干燥。压延后得到厚度为120μm的正极片。再将此正极片端缘的敷料层刮去，露出宽10mm的铝箔引出端。成型的极片夹入两层聚丙烯微孔性隔膜中，极片边缘外的隔膜用高周波焊接形成隔膜袋。

将一定量的PVDF以一定比率溶解在NMP中，将人造石墨加入该溶液中，充分混合制成浆料，其组成为人造石墨∶PVDF＝95∶5。再将该浆料均匀地涂布在20μm的铜箔上，于120℃下干燥。压延后得到厚度为120μm的负极片。再将此负极片端缘的敷料层刮去，露出宽10mm的铜箔引出端。将成型的正极片5、负极片6夹入两层聚丙烯微孔性隔膜中，极片边缘外的隔膜用高周波焊接形成隔膜袋。

将上述封袋的正、负极片交错叠成一个锂离子电池的电芯，电芯用如图1所示的上、下夹板构成的电芯夹紧具10紧固后，再用软性连接片连接各极片引出端和电池极柱，以形成集电结构。其中连接片与极片为铆接结构，连接片与极柱为螺栓连接。将电芯装入电池外壳8中，随后将LiPF₆按1mol/dm³的浓度溶解在EC/DMC＝1∶1的混合溶剂中所形成的电解液注入电池壳中，密封，制成本实施方式的锂离子电池。

下为本实施方式的锂离子电池与其它电池的性能对比：

比较例1

市售卷绕式063048锂离子电池

比较例2

使用与本实施方式类似的方法，但是没有使用电芯夹紧具的锂离子电池。

比较例3

使用与本实施方式类似的方法，但是采用0.6mm厚的金属板连接各极片引出端和电池极柱的锂离子电池。

下为电池特性测试结果：

【自放电性能】

将本实施方式、比较例1电池以1CA电流充电至4.2V，在电压升至4.2V后以恒定电压充电，截至电流减小到0.05CA。充电后的电池60℃储存一周，测定电池以1CA电流放电至3.0V的容量。

自放电性能测试结果：

	初始容量	储存后容量	容量保持率
	初始容量	储存后容量	容量保持率	实施方式1	14.5Ah	13.3Ah	91.7％
比较例1	850mAh	716mAh	84.3％	实施方式1	14.5Ah	13.3Ah	91.7％

【抗冲击性能】

将实施实施、比较例2、比较例3电池以1CA电流充电至4.2V，在电压升至4.2V后以恒定电压充电，截至电流减小到0.05CA，再以0.5CA的恒定电流放电100分钟，然后在电池的三个平面方向作10G加速度的冲击测试，记录电池短路发热的概率。测试后的电池以1CA电流放电至3.0V，记录电池的容量，并检测内阻。

抗冲击性能测试结果：

	冲击短路率	内阻突变率	容量突变率
	冲击短路率	内阻突变率	容量突变率	实施方式1	0	0	0
比较例2	2％	1％	3％	实施方式1	0	0	0
比较例2	2％	1％	3％	比较例3	0	2.5％	5％

根据以上测试结果可见，本实用新型锂离子电池与市售卷绕式电池和未作完全改善的比较例2及比较例3相比，电池的自放电性能明显改善，且具有很强的抗机械冲击能力。

本实用新型锂离子电池通过电芯夹紧具夹紧电芯，防止了电池振动或受机械冲击时的极片窜动，从而提高了电池的安全性；通过将正、负极片包覆于隔膜袋中，防止了电池因受不当外力时极片窜动而产生上、下层极片短路的情况；因为极片的引出端与电池极柱之间是采用软性连接片连接，所以具有较好的缓冲性，能防止电池意外断路；因为连接片与极片和极柱之间采用铆接或螺栓连接，所以工艺难度小，连接可靠；因为电池正、负极的引出不依赖电池外壳，所以可避免意外漏电。

Claims

1.一种锂离子电池，包括电池外壳及包含层叠的正、负极片的电芯，其特征在于：还包括安装于电池外壳内的电芯夹紧具，该电芯夹紧具形成有收容空间，电芯安装于该收容空间内。

2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述的电芯夹紧具包括相互连接的上夹板和下夹板，至少上、下夹板之一上设有凹槽，该凹槽形成收容空间，该收容空间的深度大于或等于电芯的厚度。

3.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于：所述的上、下夹板具有连续完整的表面。

4.如权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于：所述的上、下夹板均包括基板及自该基板侧缘延伸的侧板，凹槽形成于该基板与侧板之间。

5.如权利要求1-4任意项所述的锂离子电池，其特征在于：还包括具有微孔的隔膜袋，各隔膜袋包覆对应的极片，极片的导电部分伸出隔膜袋。

6.如权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于：所述的装有极片的隔膜袋交错层叠，且正、负极片的导电部分分别位于电芯的上下两端，或者同时位于电芯上端或下端。

7.如权利要求1-4任意项所述的锂离子电池，其特征在于：所述的正、负极片的导电部分通过连接片与电池的正、负极极柱相连。

8.如权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于：所述的连接片为软性连接片。

9.如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于：所述的软性连接片与对应的正、负极片的导电部分铆接，与电池的极柱螺纹连接。

10.如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于：所述的软性连接片由厚度小于0.2毫米的金属箔层叠而成。