專利名稱：一種高功率鋰離子電池及其制備方法
一種高功率鋰離子電池及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池及其制造方法，。
技術(shù)背景
近年來，能源、資源日漸緊張，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，各國都在大力發(fā)展綠色、高效二 次電池。
鋰離子電池作為一種新型二次電池，具有能量密度和功率密度大、工作電壓高、重 量輕、體積小、循環(huán)壽命長、安全性好、綠色環(huán)保等優(yōu)點，在便攜式電器、電動工具、大型貯 能、電動交通動力電源等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
傳統(tǒng)的方形電池為瘦高的形狀，電池的厚度小于高度(正極或負(fù)極蓋板與相對的 底板之間的距離)，相應(yīng)地作為正負(fù)極接觸面的上下底面面積小于電池殼的寬側(cè)面。
與傳統(tǒng)的小型鋰離子電池相比，鋰離子動力電池的特殊應(yīng)用領(lǐng)域決定了對它的結(jié) 構(gòu)與性能方面的更高要求。動力領(lǐng)域應(yīng)用的電池組必須滿足優(yōu)良的大電流充放電性能，電 池組裝簡單、可靠等。因此，針對動力電源應(yīng)用領(lǐng)域的要求，開發(fā)設(shè)計性能優(yōu)良的鋰離子動 力電池具有重要意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高功率鋰離子動力電池，以提高其大電流充放電能力， 實現(xiàn)電池單元之間的簡單可靠聯(lián)接，并且保證電池良好的散熱性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案為電池外形為扁平長方體，上、下底面分別為正、負(fù)極端面，并 且為長方體中面積最大的兩個面；長方體內(nèi)部設(shè)有帶孔隔離板，將長方體內(nèi)部均分為幾個 尺寸相等的空間；正極片和負(fù)極片之間隔有隔膜，正、負(fù)極片為間隙式涂料的極片形式，由 正極片、負(fù)極片和隔膜一起卷繞折疊成扁平狀卷芯放置于長方體內(nèi)部的電池殼空間中，卷 繞露出正極片上未涂料的鋁箔及負(fù)極片未涂料銅箔兩者方向相反并分別與正、負(fù)極端面接 觸。
正極殼為一端開口的長方體，正極殼與隔離板之間固定連接，負(fù)極殼套裝在的正 極殼開口端外面，正極殼的邊緣及隔離板與負(fù)極殼相接觸處裝配有絕緣卡套。
本發(fā)明還可采用負(fù)極殼為一端開口的長方體，負(fù)極殼與隔離板之間固定連接，正 極殼套裝在負(fù)極殼開口端的外面，負(fù)極殼的邊緣及隔離板與正極殼相接觸處裝配有絕緣卡套。
本發(fā)明具體制作步驟如下
(1)電池外形為扁平長方體的方盤狀，上下底面分別為正、負(fù)極端面，并且為長方 體中面積最大的兩個面。
(2)電池外殼包括一個正極殼與負(fù)極殼，電池負(fù)極殼為方形盤的形狀(如圖1)，采 用銅合金或不銹鋼材料；正極殼的外形也是方形盤(采用鋁合金材料)，正極殼內(nèi)部連接有 帶孔隔離板(隔離板間距優(yōu)選為20-40mm)(如圖2)，將正極殼均分為幾個尺寸相等的空間。負(fù)極殼套裝在正極殼上。正極殼的邊緣及隔離板與負(fù)極殼相接觸處裝配有絕緣卡套，絕緣 卡套的材質(zhì)為PTFE、PP、PE中的一種或幾種。
電池殼的結(jié)構(gòu)也可以采用正極殼為簡單方形盤的形狀(如圖1)，負(fù)極殼內(nèi)部連接 有帶孔隔離板的方形盤(如圖3)，正極殼套裝在負(fù)極殼上。負(fù)極殼的邊緣及隔離板與正極 殼相接觸處裝配有絕緣卡套。但優(yōu)先為前面所述的負(fù)極殼為簡單方形盤的形狀，正極殼為 帶隔板的方形盤。
(3)在集流體銅箔沿著寬度方向進(jìn)行間隙式涂料(負(fù)極漿料按常規(guī)方法配制即 可)，經(jīng)干燥、軋膜、分切，得到在極片高度方向的一端露出l_2mm集流體銅箔的負(fù)極片(如 圖6)；在集流體鋁箔沿著寬度方向進(jìn)行間隙式涂覆正極漿料(正極漿料按常規(guī)方法配制即 可)，經(jīng)干燥、軋膜、分切，得到在極片高度方向的一端露出l_2mm集流體鋁箔的正極片。
(4)將正極片、負(fù)極片及兩者之間的隔膜經(jīng)卷繞得到扁平狀卷芯，卷繞時正極片露 出鋁箔的一端與負(fù)極片露出銅箔的一端朝相反方向放置，使得卷芯高度方向的一端露出鋁 箔，另一端露出銅箔；并在裝入電池殼后分別與正、負(fù)極殼的內(nèi)端面接觸。
根據(jù)電池殼的空間與卷芯尺寸，將多個扁平狀卷芯組成長方體卷芯集束(如圖 7)。將卷芯集束露出的鋁箔與銅箔按倒，然后裝入電池正極殼(如圖9)，合上負(fù)極殼并壓緊 正極殼與負(fù)極殼，使卷芯集束露出的鋁箔與銅箔分別緊密接觸正極殼底面內(nèi)側(cè)與負(fù)極殼底 面內(nèi)側(cè)，加注電解液，然后在正極殼與負(fù)極殼側(cè)面的間隙中加入絕緣性的膠粘劑，固化后實 現(xiàn)電池的密封；
按常規(guī)方法對電池進(jìn)行充放電活化后得到本發(fā)明的高功率鋰離子電池產(chǎn)品。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
采用本發(fā)明技術(shù)制作的鋰離子動力電池具有很好的大電流放電性能，在組裝成電 池組時可以通過將方盤狀電池沿高度方向依次壓在一起串聯(lián)而成，聯(lián)接簡單、可靠，電池組 易于固定，并且得到的電池組大電流充放電性能好，具體表現(xiàn)在以下幾個方面
(1)采用扁平長方體的方盤狀外形，并且為長方體中面積最大的兩個面為正、負(fù)極 端面，使得串聯(lián)聯(lián)接時電池之間正極與負(fù)極的接觸面大幅增大，提高了電池直接聯(lián)接時的 大電流充放電能力，可以實現(xiàn)動力電池的簡單、可靠聯(lián)接。如以IOAh電池為例，當(dāng)采用長、 寬分別為65mm，65mm，高為35mm的方盤狀電池結(jié)構(gòu)時，電池之間正極與負(fù)極的接觸面積約 為42cm2，而采用傳統(tǒng)的圓柱電池時，如采用5只18650電池并聯(lián)(容量約為10Ah，與前述 方盤狀電池容量相同)，5只18650電池正極端面面積之和為如m2以下。因此，在電池串聯(lián) 組成具有更高電壓的電池組的情況下，采用本發(fā)明技術(shù)時，由于電池之間的接觸面積很大， 從而使得電池之間不需焊接聯(lián)接片或螺栓聯(lián)接即可實現(xiàn)大電流充放電。
(2)傳統(tǒng)技術(shù)中電池極片與電池的正極、負(fù)極的聯(lián)接是通過在每一極片上焊一條 金屬帶作為極耳，極耳寬度一般為2-10mm，而本發(fā)明中通過極片上未涂料部分的集流體直 接接觸正極殼或負(fù)極殼，極耳寬度等于極片長度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)方法的極耳寬度。以IOAh 電池為例，當(dāng)采用長、寬分別為65mm，65mm，高為35mm的方盤狀電池時，電池中極耳寬度達(dá) 到Ilm左右。傳統(tǒng)方法中由于極耳寬度窄，需要通過極片與極耳之間、極耳再與電池正負(fù)極 之間的焊接或螺栓聯(lián)接，其聯(lián)接方式復(fù)雜，占用電池內(nèi)部空間，工效低，增加了電池制造成 本，焊接點不良時易引起電池性能衰退或失效，可靠性差，此外，電子在極片上的最大傳遞 距離為極片的長度，電池大電流充放電能力差。而本發(fā)明中通過極片上未涂料部分的集流4體直接接觸正極殼、負(fù)極殼，電子在極片上的傳遞距離約等于電池極片的寬度，因而電子在 電池內(nèi)部傳遞距離短，極化小，確保電池具有良好的大電流充放電能力。
(3)電池正、負(fù)極殼之間的塑料環(huán)有助于電池正負(fù)極之間的絕緣可靠，裝配方便。
(4)本發(fā)明的方盤狀的結(jié)構(gòu)有利于實現(xiàn)多個卷芯集束的裝配方式，對極片生產(chǎn)的 要求低，裝配過程簡單。
(5)采用多個卷芯集束的裝配方式，電池極片長度比單卷芯尺寸小得多，從而對電 池極片生產(chǎn)設(shè)備、過程操作要求大大降低，生產(chǎn)過程的合格率增加，成本降低。
(6)本發(fā)明的方盤狀的結(jié)構(gòu)有利于電池組組裝后電池的固定。當(dāng)電池沿高度方向 壓緊后，電池組的一個側(cè)面或多個側(cè)面固定或靠在安裝平面或內(nèi)腔側(cè)壁，電池之間不會發(fā) 生轉(zhuǎn)動，從而可以實現(xiàn)電池組的簡單、穩(wěn)固聯(lián)接。
(7)本發(fā)明電池正極殼的內(nèi)部包括有系列間距為20_40mm的帶孔隔離板，裝配后 可以對電池正極殼、負(fù)極殼起到支撐作用，使得多個電池壓緊聯(lián)接時不致于因底面面太殼 而向內(nèi)部凹；
(8)本發(fā)明通過隔板將電池內(nèi)部分割為多個20_40mm寬的小空間，可以實現(xiàn)采用 具有合適寬度O0-40mm)的電池卷芯并聯(lián)裝配，便于電池極片、卷芯生產(chǎn)及卷芯裝配；
(9)本發(fā)明電池正極殼內(nèi)部隔離板聯(lián)接電池正極殼的兩側(cè)面，對正極殼起到很好 的加強(qiáng)作用，并且有利于減小由于極片膨脹引起的電池變形。


圖1方盤狀電池負(fù)極殼示意圖；圖2為圖1的A-A面的剖視圖3方盤狀電池正極殼示意圖(1-正極殼，2-正極殼內(nèi)部隔離板，3-正極殼底， 4-正極殼內(nèi)部隔離板上的孔)；圖4為圖3的A-A面剖視圖；圖5為圖3的B-B面剖視圖6負(fù)極未涂料的集流體與極片的涂料區(qū)示意圖(5-負(fù)極未涂料的集流體，6-極 片的涂料區(qū))
圖7電池卷芯集束示意圖(5-負(fù)極未涂料的集流體，6-極片的涂料區(qū)，7-電池卷 芯，8-正極未涂料的集流體，)；圖8為圖7的A-A面剖視圖9電池卷芯裝入正極殼后的位置示意圖(1-正極殼，7-電池卷芯)具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。這些實施例的給出決不是限制本發(fā) 明。
實施例1
電池外形為方盤狀，電池長、寬、高分別為90mm，90mm，45mm。上下底面分別為正、負(fù)極端面。
電池負(fù)極殼(圖1)與正極殼(圖3)的外形均為方形盤狀。正極殼采用鋁合金，內(nèi) 部包括一條帶孔隔離板將正極殼均分為三部分(如圖3)，正極殼的邊緣及隔板頂部裝配有 一個PTFE塑料絕緣卡套。負(fù)極殼采用不銹鋼，負(fù)極殼的底面沖出系列直徑為Imm的圓點。
以磷酸鐵鋰為正極活性物質(zhì)，按常規(guī)方法配制正極漿料，然后在集流體鋁箔沿著 寬度方向進(jìn)行間隙式涂料，經(jīng)干燥、軋膜、分切，得到長度為490mm、高度為45mm，在極片高度方向的一端露出2mm集流體鋁箔的正極片；按常規(guī)方法配制負(fù)極漿料，然后在集流體銅 箔沿著寬度方向進(jìn)行間隙式涂料，經(jīng)干燥、軋膜、分切，得到長度為440mm、高度為45mm，在 極片高度方向的一端露出1.5mm集流體銅箔的負(fù)極片(如圖6)；
將一片正極片、一片負(fù)極片及44mm寬的隔膜經(jīng)卷繞得到寬度約為31mm，厚度約 為5. 5mm的扁平狀卷芯，卷繞時正極片露出鋁箔的一端與負(fù)極片露出銅箔的一端朝相反方 向放置，使得卷芯高度方向的一端露出鋁箔，另一端露出銅箔，將16個扁平狀卷芯沿寬面 疊放組成長方體卷芯集束(如圖7)。將卷芯集束露出的鋁箔與銅箔按倒，在電池正極殼中 由隔板分割而成的三個空間中各裝入一個卷芯集束，加注電解液，合上負(fù)極殼并壓緊正極 殼與負(fù)極殼，使卷芯集束露出的鋁箔與銅箔分別緊密接觸正極殼底面內(nèi)側(cè)與負(fù)極殼底面內(nèi) 側(cè)，然后在正極殼與負(fù)極殼側(cè)面的間隙中加入絕緣性的膠粘劑，固化后實現(xiàn)電池的密封；
按常規(guī)方法對電池進(jìn)行充放電活化后得到25Ah高功率鋰離子動力電池產(chǎn)品。經(jīng) 測試，該動力電池以25放電時的放電容量為27. 5Ah，以300A的電流放電時的放電容量為 26. 3Ah ο
實施例2
電池外形為方盤狀，電池長、寬、高分別為65mm，65mm, 35mm。上下底面 (65mmX65mm的平面)分別為正、負(fù)極端面。
電池負(fù)極殼與正極殼的外形均為方形盤狀。正極殼采用鋁合金，內(nèi)部包括一條帶 孔隔離板將正極殼均分為兩部分，正極殼的邊緣及隔板頂部裝配有一個PTFE塑料絕緣卡 套。負(fù)極殼采用銅合金，負(fù)極殼的底面沖出系列直徑為Imm的圓點。
以磷酸鐵鋰為正極活性物質(zhì)，按常規(guī)方法配制正極漿料，然后在集流體鋁箔沿著 寬度方向進(jìn)行間隙式涂料，經(jīng)干燥、軋膜、分切，得到長度為550mm、高度為35mm，在極片高 度方向的一端露出1.5mm集流體鋁箔的正極片；按常規(guī)方法配制負(fù)極漿料，然后在集流體 銅箔沿著寬度方向進(jìn)行間隙式涂料，經(jīng)干燥、軋膜、分切，得到長度為500mm、高度為35mm， 在極片高度方向的一端露出1.2mm集流體銅箔的負(fù)極片(如圖6)；
將一片正極片、一片負(fù)極片及34mm寬的隔膜經(jīng)卷繞得到寬度約為31mm，厚度約 為5. 4mm的扁平狀卷芯，卷繞時正極片露出鋁箔的一端與負(fù)極片露出銅箔的一端朝相反方 向放置，使得卷芯高度方向的一端露出鋁箔，另一端露出銅箔。將12個扁平狀卷芯沿寬面 疊放組成長方體卷芯集束(如圖7)。將卷芯集束露出的鋁箔與銅箔按倒，在電池正極殼中 由隔板分割而成的兩個空間中各裝入一個卷芯集束，加注電解液，合上負(fù)極殼并壓緊正極 殼與負(fù)極殼，使卷芯集束露出的鋁箔與銅箔分別緊密接觸正極殼底面內(nèi)側(cè)與負(fù)極殼底面內(nèi) 側(cè)，然后在正極殼與負(fù)極殼側(cè)面的間隙中加入絕緣性的膠粘劑，固化后實現(xiàn)電池的密封；
按常規(guī)方法對電池進(jìn)行充放電活化后得到IOAh高功率鋰離子動力電池產(chǎn)品。經(jīng) 測試，該動力電池以IOA放電時的放電容量為10. 8Ah,以300A的電流放電時的放電容量為 10.IAh0
權(quán)利要求
1.一種鋰離子動力電池，其特征在于，電池外形為扁平長方體，上、下底面分別為正、負(fù) 極端面，并且為長方體中面積最大的兩個面；長方體內(nèi)部設(shè)有帶孔隔離板，將長方體內(nèi)部均 分為幾個尺寸相等的空間；正極片和負(fù)極片之間隔有隔膜，正、負(fù)極片為間隙式涂料的極片 形式，由正極片、負(fù)極片和隔膜一起卷繞折疊成扁平狀卷芯放置于長方體內(nèi)部的電池殼空 間中，卷繞露出正極片上未涂料的鋁箔及負(fù)極片未涂料銅箔兩者方向相反并分別與正、負(fù) 極端面接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，正極殼為一端開口的長方體，隔離 板與正極殼之間固定連接，負(fù)極殼套裝在正極殼開口端的外面，正極殼的邊緣及隔離板與 負(fù)極殼相接觸處裝配有絕緣卡套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，負(fù)極殼為一端開口的長方體，負(fù)極 殼與隔離板之間固定連接，正極殼套裝在負(fù)極殼開口端的外面，負(fù)極殼的邊緣及隔離板與 正極殼相接觸處裝配有絕緣卡套。
4.一種鋰離子動力電池的制作方法，其特征在于，(1)電池外形為扁平長方體的方盤狀，上下底面分別為正、負(fù)極端面，并且為長方體中 面積最大的兩個面；(2)電池外殼包括一個正極殼與負(fù)極殼，電池負(fù)極殼為方形盤的形狀，采用銅合金或不 銹鋼材料；正極殼的外形也是方形盤，內(nèi)部連接有帶孔隔離板，將正極殼均分為幾個尺寸相 等的空間；負(fù)極殼套裝在正極殼上；正極殼的邊緣及隔板與負(fù)極殼相接觸處裝配有絕緣卡 套；或者是負(fù)極殼內(nèi)部連接有帶孔隔離板，正極殼套裝在負(fù)極殼上；負(fù)極殼的邊緣及隔離 板與正極殼相接觸處裝配有絕緣卡套。(3)在集流體鋁箔沿著寬度方向進(jìn)行間隙式涂覆正極漿料，經(jīng)干燥、軋膜、分切，得到在 極片高度方向的一端露出l_2mm集流體鋁箔的正極片；在集流體銅箔沿著寬度方向進(jìn)行間 隙式涂料，經(jīng)干燥、軋膜、分切，得到在極片高度方向的一端露出l_2mm集流體銅箔的負(fù)極 片；(4)將正極片、負(fù)極片及兩者之間的隔膜經(jīng)卷繞得到扁平狀卷芯，卷繞時正極片露出鋁 箔的一端與負(fù)極片露出銅箔的一端朝相反方向放置，使得卷芯高度方向的一端露出鋁箔， 另一端露出銅箔；并在裝入電池殼空間內(nèi)分別與正、負(fù)極端面接觸；由電池殼的空間與卷芯尺寸，將多個扁平狀卷芯組成長方體卷芯集束，將卷芯集束露 出的鋁箔與銅箔按倒，然后裝入電池正極殼，合上負(fù)極殼并壓緊正極殼與負(fù)極殼，使卷芯集 束露出的鋁箔與銅箔分別緊密接觸正極殼底面內(nèi)側(cè)與負(fù)極殼底面內(nèi)側(cè)，加注電解液，然后 在正極殼與負(fù)極殼側(cè)面的間隙中加入絕緣性的膠粘劑，固化后實現(xiàn)電池的密封。
全文摘要
一種高功率型鋰離子動力電池及其制備方法，電池外形為扁平長方體的方盤狀，上下底面分別為正、負(fù)極端面，并且為長方體中面積最大的兩個面。經(jīng)配料、間隙式涂敷、干燥、軋膜、分切，得到在極片高度方向的一端露出1-2mm集流體的極片。將正極片、負(fù)極片及隔膜經(jīng)卷繞得到扁平狀卷芯，將多個卷芯組成卷芯集束。將卷芯集束或極片集束裝入電池殼，加注電解液，封口，充放電活化后得到鋰離子動力電池。本發(fā)明技術(shù)制作的鋰離子動力電池具有很好的大電流放電性能，在組裝成電池組時聯(lián)接簡單、可靠。
文檔編號H01M10/0583GK102044698SQ20101057570
公開日2011年5月4日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者張云河, 彭文杰, 李新海, 王志興, 胡啟陽, 郭華軍, 郭永興 申請人:中南大學(xué)