專利名稱：一種鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池。
背景技術(shù)：
在石油等不可再生資源日漸枯竭，環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重的背景下，人們對新能源汽車寄予很大的期望。而動力電池則是新能源汽車的心臟，受到越來越多的重視和青睞。但是在電池的使用過程中，總有各種不可控的、極端惡劣的使用條件導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生短路，產(chǎn)生大量熱量，使電池的安全性、可靠性大大降低。目前現(xiàn)有技術(shù)中，為防止電池內(nèi)部短路，一般是通過采用絕緣層或絕緣材料對電池進(jìn)行絕緣保護(hù)，但該保護(hù)比較微弱，在異常外力作用下電池變形，仍然會出現(xiàn)內(nèi)部短路的情況。因此如何保證電池在極端濫用的條件下使用也是安全可靠的，是電動汽車安全可靠性所遇到的重大難題之一。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中電池在惡劣使用條件下發(fā)生內(nèi)部短路而使安全性、可靠性大大降低的技術(shù)問題，并提出一種具有新型結(jié)構(gòu)的鋰離子電池。具體地，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:—種鋰離子電池,包括外殼、用于密封外殼的蓋板以及位于外殼和蓋板所圍成空腔內(nèi)的電解液和和多個(gè)極芯，多個(gè)極芯之間為卷繞式結(jié)構(gòu)和/或疊片式結(jié)構(gòu)；每個(gè)極芯上分別引出有第一極耳和第二極耳；極芯上連接有一個(gè)短路保護(hù)組件，所述短路保護(hù)組件為三層結(jié)構(gòu)，包括位于中間的導(dǎo)電層和分別位于導(dǎo) 電層兩側(cè)的絕緣層；所述導(dǎo)電層的一端與該極芯的第一極耳電連接，另一端為自由端；該極芯的最外圈集流體為第二極耳所在的集流體。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述極芯的個(gè)數(shù)為兩個(gè)以上，每個(gè)極芯上分別連接有一個(gè)短路保護(hù)組件；所述短路保護(hù)組件設(shè)置于外殼與極芯之間和/或相鄰的兩個(gè)極芯之間。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)電層為金屬層。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述絕緣層為陶瓷絕緣材料層、涂層絕緣材料層或塑料絕緣材料層。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述絕緣層為電池隔膜材料層。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一極耳、第二極耳從極芯的兩端分別引出。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一極耳、第二極耳從極芯的同一端分別引出。本實(shí)用新型提供的鋰離子電池，通過在電池內(nèi)部的極芯上設(shè)置一個(gè)短路保護(hù)組件，電池在受外力發(fā)生異常變形時(shí)，能主動使電池內(nèi)部短路，并使極芯內(nèi)部的復(fù)雜短路情況轉(zhuǎn)化為正/負(fù)集流體之間的大面積短路，可以使電池內(nèi)部短路熱量降低至最小，同時(shí)能縮短熱傳導(dǎo)路徑，即在減慢電池產(chǎn)熱速度的同時(shí)還增加電池的散熱時(shí)間，從而增加電池在惡劣使用條件下的安全性和可靠性。而本實(shí)用新型提供的鋰離子電池，在正常使用時(shí)，可以加快電池散熱，有利于電池內(nèi)部熱量均衡。

圖1是本實(shí)用新型提供的鋰離子電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型提供的鋰離子電池在惡劣使用條件下的第一狀態(tài)圖。圖3是本實(shí)用新型提供的鋰離子電池在惡劣使用條件下的第二狀態(tài)圖。圖中，I—外殼，2—正極短路保護(hù)組件，21—正極短路保護(hù)組件2的導(dǎo)電層，22—正極短路保護(hù)組件的絕緣層，3—負(fù)極短路保護(hù)組件，31—負(fù)極短路保護(hù)組件的導(dǎo)電層，32—負(fù)極短路保護(hù)組件的絕緣層，4—極芯A，41—極芯A4的正極極耳，42——極芯A4的負(fù)極極耳，5——極芯B，51——極芯B5的正極極耳，52——極芯B5的負(fù)極極耳，6——極芯C，61——極芯C6的正極極耳，62——極芯C6的負(fù)極極耳，7——負(fù)極蓋板，8—正極蓋板，9—異常外物。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。如前所述，本實(shí)用新型中，所述鋰離子電池內(nèi)設(shè)有多個(gè)極芯，多個(gè)極芯之間可以為卷繞式結(jié)構(gòu)和/或疊片式結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型沒有特殊規(guī)定。極芯上極耳的引出可在同一端，也可以兩端分別引出。另外，對于極芯上引出的第一極耳、第二極耳的正、負(fù)極性沒有特殊限定。例如可以第一極耳為正極，第二極耳為負(fù)極；也可第一極耳為負(fù)極，第二極耳為正極。
以下，以電池內(nèi)設(shè)有3個(gè)疊片式結(jié)構(gòu)的極芯A、B、C、且每個(gè)極芯上分別從兩端引出極耳、其中第一極耳為正極、第二極耳為負(fù)極為例，對本實(shí)用新型提供的鋰離子電池進(jìn)行具體闡述。一種鋰離子電池，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括外殼1、用于密封外殼I的蓋板(圖1中所示正極蓋板8和負(fù)極蓋板9)以及位于外殼I和蓋板所圍成空腔內(nèi)的電解液和和3個(gè)極芯A、B、C。本實(shí)用新型中，所述外殼I可以采用金屬外殼，也可采用其它各種導(dǎo)電外殼。3個(gè)極芯A、B、C上分別從兩端引出有正極極耳和負(fù)極極耳(具體包括極芯A4的正極極耳41，極芯A4的負(fù)極極耳42，極芯B5的正極極耳51，極芯B5的負(fù)極極耳52，極芯C6的正極極耳61，極芯C6的負(fù)極極耳62)。如圖1所示，3個(gè)極芯A、B、C上均各自連接有一個(gè)短路保護(hù)組件，其中極芯A4上的短路保護(hù)組件設(shè)置于外殼I與極芯A4之間，而極芯B5上的短路保護(hù)組件設(shè)置于極芯A4與極芯B5之間，極芯C6上的短路保護(hù)組件設(shè)置于極芯C6與外殼I之間。本實(shí)用新型中，連接于各個(gè)極芯上的短路保護(hù)組件的結(jié)構(gòu)均相同，具體包括三層結(jié)構(gòu)，包括位于中間的導(dǎo)電層和分別位于導(dǎo)電層兩側(cè)的絕緣層。若該短路保護(hù)組件的中間導(dǎo)電層與極芯的正極極耳電連接，則該短路保護(hù)組件為正極短路保護(hù)組件，同時(shí)需保證該極芯的最外圈集流體為負(fù)極極耳所在的集流體(即負(fù)極集流體)。對應(yīng)地，若短路保護(hù)組件的中間導(dǎo)電層與極芯的負(fù)極極耳極耳電連接，則該短路保護(hù)組件為負(fù)極短路保護(hù)組件，同時(shí)需保證該極芯的最外圈集流體為正極極耳所在的集流體(即正極集流體)。因此，本實(shí)施例中，極芯A4上連接的短路保護(hù)組件為正極短路保護(hù)組件2，其設(shè)置于極芯A4與外殼I之間。該正極短路保護(hù)組件2的導(dǎo)電層21的一端與極芯A4的正極極耳41電連接(即該導(dǎo)電層21的一端與極芯A4的正極集流體電連接)，其另一端為自由端。而極芯A4的最外圈激流體為負(fù)極極耳所在的集流體(即負(fù)極集流體)。極芯B5上連接的短路保護(hù)組件為負(fù)極短路保護(hù)組件3，其設(shè)置于極芯A4與極芯B5之間。該負(fù)極短路保護(hù)組件3的導(dǎo)電層31的一端與極芯B5的負(fù)極極耳52電連接(即該導(dǎo)電層31的一端與極芯B5的負(fù)極集流體電連接),其另一端為自由端。而極芯B5的最外圈激流體為正極極耳所在的集流體(即正極集流體)。對應(yīng)地，極芯C6上連接的短路保護(hù)組件為正極短路保護(hù)組件，其位于極芯C6與外殼I之間。該正極短路保護(hù)組件2的導(dǎo)電層21的一端與極芯C6的正極極耳61電連接(SP該導(dǎo)電層21的一端與極芯C6的正極集流體電連接),其另一端為自由端。而極芯C6的最外圈激流體為負(fù)極極耳所在的集流體(即負(fù)極集流體)。本實(shí)用新型中，短路保護(hù)組件中的導(dǎo)電層優(yōu)選為導(dǎo)熱性能優(yōu)異的各種金屬層。優(yōu)選情況下，所述短路保護(hù)組件中的導(dǎo)電層優(yōu)選采用與其所連接的極耳(即集流體)相同材質(zhì)的金屬，例如可以采用金屬銅層或金屬鋁層，但不局限于此。所述絕緣層為各種陶瓷絕緣材料層、涂層絕緣材料層或塑料絕緣材料層，優(yōu)選熱變形溫度較低的材料。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述短路保護(hù)組件的絕緣層還可直接采用現(xiàn)有電池中的隔膜材料。更優(yōu)選情況下，短路保護(hù)組件中導(dǎo)電層與極芯之間的絕緣層可直接采用極芯周邊的隔膜層代替。本實(shí)用新型的實(shí)用新型人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池處于嚴(yán)重撞擊、擠壓等極端惡劣情況時(shí)，極芯內(nèi)部的短路情況很復(fù)雜，具體包括正極集流體與負(fù)極材料之間短路、負(fù)極集流體與正極材料之間短路、正極 材料與負(fù)極材料之間短路、正極集流體與負(fù)極集流體之間短路等各種短路方式，而不同短路方式的產(chǎn)熱率是完全不同的。實(shí)用新型人發(fā)現(xiàn)，相同條件下，正極材料與負(fù)極材料之間短路的產(chǎn)熱量最多，而正極集流體與負(fù)極集流體之間短路的產(chǎn)熱量最小，前者產(chǎn)熱量是后者產(chǎn)熱量的10倍左右，且產(chǎn)熱速度也是后者的2 3倍。而本實(shí)用新型對電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，正是基于上述發(fā)現(xiàn)，使電池在受外力變形時(shí)，使電池內(nèi)部的復(fù)雜短路情況轉(zhuǎn)化為:最先實(shí)現(xiàn)正極集流體與負(fù)極集流體之間的短路，此時(shí)電池的產(chǎn)熱量和產(chǎn)熱速度最小，從而提高電池的安全性和可靠性。具體地，本實(shí)用新型提供的鋰離子電池的工作原理為:(I)該鋰離子電池正常工作時(shí)，電池內(nèi)部各極芯A、B、C上各自連接有短路保護(hù)組件，該短路保護(hù)組件內(nèi)設(shè)有導(dǎo)熱性能優(yōu)異的導(dǎo)電層，使得電池內(nèi)部散熱路徑為:集流體-短路保護(hù)組件的導(dǎo)電層-短路保護(hù)組件的絕緣層-外殼，一方面導(dǎo)熱路徑大大縮短，另一方面該導(dǎo)熱路徑的熱阻很小，使得電池的導(dǎo)熱性能得到明顯改善，可以加快電池散熱，并有利于電池內(nèi)部熱量均衡，防止電池局部溫度過高。(2)該鋰離子電池異常工作(例如圖2所示，受到異常外物9的擠壓時(shí))，在熱量和外力的作用下，外殼I與極芯A4之間的正極短路保護(hù)組件2的上下兩層絕緣層22被迅速破壞，使得正極短路保護(hù)組件2的導(dǎo)電層21的中間部位發(fā)生變形，并與極芯A4的最外圈集流體(即負(fù)極集流體)接觸導(dǎo)通，而該導(dǎo)電層21的一端與極芯A4的正極極耳(即正極集流體)導(dǎo)通,從而最先實(shí)現(xiàn)極芯A4內(nèi)部正/負(fù)集流體之間的短路，此種短路情況的產(chǎn)熱量最小,差不多是復(fù)雜內(nèi)部短路熱量的1/1(Γ /3，同時(shí)產(chǎn)熱速度也相對較低，即可增加電池的散熱時(shí)間，再次將電池異常時(shí)的熱量降低。通過此時(shí)正/負(fù)集流體之間的短路，將電池內(nèi)部大部分能量消耗掉之后，電池才會轉(zhuǎn)入極芯內(nèi)部其它的各種復(fù)雜短路情況，但此時(shí)由于電池能量大部分已被消耗，因此其它短路情況產(chǎn)生的熱量也較少，從而可最大限度的減小電池過熱、起火、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。另外，正極短路保護(hù)組件2內(nèi)的導(dǎo)電層21與極芯Α4的最外圈負(fù)極集流體的導(dǎo)通狀態(tài)會持續(xù)一端時(shí)間，如圖3所示，并且由于該導(dǎo)電層21的另一端為自由端，因此該自由端會隨著異常外物9深入電池內(nèi)部的同時(shí)發(fā)生翹起，最后斷裂，即此斷裂過程需要一定時(shí)間，使得該正極短路保護(hù)組件2的短路狀態(tài)持續(xù)一定時(shí)間，消耗掉大部分電池的能量，大大提供了電池的安全性能。同時(shí)，其它極芯(例如極芯Β5、極芯C6)上的短路保護(hù)組件的短路原理也類似，此處不再贅述。隨著異常外物9的進(jìn)一步深入電池內(nèi)部，如圖3所示，最終會導(dǎo)致電池外殼I與極芯Α4上的正極短路保護(hù)組件2的中間導(dǎo)電層21接觸并導(dǎo)通，此時(shí)電池內(nèi)部的散熱路徑為:集流體-短路保護(hù)組件的導(dǎo)電層-外殼，散熱路徑進(jìn)一步縮短，且該散熱路徑中均為導(dǎo)熱性能良好的材料，使電池異常時(shí)內(nèi)部散熱更快，從而進(jìn)一步增加電池在極端惡劣使用條件下的安全性能。綜上，本實(shí)用新型提供的鋰離子電池，通過在電池內(nèi)部的極芯上設(shè)置一個(gè)短路保護(hù)組件，電池在受外力發(fā)生異常變形時(shí)，能主動使電池內(nèi)部短路，并使極芯內(nèi)部的復(fù)雜短路情況轉(zhuǎn)化為正/負(fù)集流體之間的大面積短路，可以使電池內(nèi)部短路熱量降低至最小，同時(shí)能縮短熱傳導(dǎo)路徑，即在減慢電池產(chǎn)熱速度的同時(shí)還增加電池的散熱時(shí)間，從而增加電池在惡劣使用條件下的安全性和可靠性。而本實(shí)用新型提供的鋰離子電池，在正常使用時(shí)，可以加快電池散熱，有 利于電池內(nèi)部熱量均衡。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種鋰離子電池，其特征在于，包括外殼、用于密封外殼的蓋板以及位于外殼和蓋板所圍成空腔內(nèi)的電解液和和多個(gè)極芯，多個(gè)極芯之間為卷繞式結(jié)構(gòu)和/或疊片式結(jié)構(gòu)；每個(gè)極芯上分別引出有第一極耳和第二極耳； 極芯上連接有一個(gè)短路保護(hù)組件，所述短路保護(hù)組件為三層結(jié)構(gòu)，包括位于中間的導(dǎo)電層和分別位于導(dǎo)電層兩側(cè)的絕緣層；所述導(dǎo)電層的一端與該極芯的第一極耳電連接，另一端為自由端；該極芯的最外圈集流體為第二極耳所在的集流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述極芯的個(gè)數(shù)為兩個(gè)以上，每個(gè)極芯上分別連接有一個(gè)短路保護(hù)組件；所述短路保護(hù)組件設(shè)置于外殼與極芯之間、和/或相鄰的兩個(gè)極芯之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的鋰離子電池，其特征在于，所述導(dǎo)電層為金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的鋰離子電池，其特征在于，所述絕緣層為陶瓷絕緣材料層、涂層絕緣材料層或塑料絕緣材料層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電池，其特征在于，所述絕緣層為電池隔膜材料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的鋰離子電池，其特征在于，所述第一極耳、第二極耳從極芯的兩端分別引出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的鋰離子電池，其特征在于，所述第一極耳、第二極耳從極芯的同一端分別引出。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種鋰離子電池，包括外殼、蓋板、電解液和極芯，極芯上引出第一極耳和第二極耳；極芯上連接有一個(gè)短路保護(hù)組件，短路保護(hù)組件為三層結(jié)構(gòu)，包括位于中間的導(dǎo)電層和位于導(dǎo)電層兩側(cè)的絕緣層；導(dǎo)電層的一端與極芯的第一極耳電連接，另一端為自由端；極芯的最外圈集流體為第二極耳所在的集流體。本實(shí)用新型提供的鋰離子電池，通過在電池內(nèi)部極芯上設(shè)置短路保護(hù)組件，電池在受外力發(fā)生異常變形時(shí)，能主動使電池內(nèi)部的復(fù)雜短路情況轉(zhuǎn)化為正/負(fù)集流體之間的大面積短路，使電池內(nèi)部短路熱量降低至最小，同時(shí)能縮短熱傳導(dǎo)路徑，在減慢電池產(chǎn)熱速度的同時(shí)還增加電池的散熱時(shí)間，增加電池在惡劣使用條件下的安全性和可靠性。
文檔編號H01M10/0525GK203085673SQ201220720638
公開日2013年7月24日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者沈晞, 蔣露霞, 朱建華, 胡世超, 王高武, 顧紅娟 申請人:惠州比亞迪電池有限公司