專利名稱：鋰離子二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池，尤其涉及一種具有良好散熱效果，機械、安全性能高且倍率性能優(yōu)異的動力型鋰離子二次電池。
背景技術(shù)：
隨著鋰離子二次電池容量的不斷提高，其比能量也越來越大，電池在充放電的使用過程中產(chǎn)生的熱量也越來越多，因此從電池本身考慮，要求其能夠及時地將內(nèi)部產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。但是，目前使用的鋰離子二次電池外殼一般都是圓柱形或方形。殼體散熱的表面積相對較小，在充電的過程中，特別是過充時，熱量的散失速度遠小于熱量的產(chǎn)生速度，使電池內(nèi)部溫度急劇上升，影響電解液，正、負極活性物質(zhì)及粘結(jié)劑的穩(wěn)定性，甚至引發(fā)電池爆炸、起火等安全事故。
與其它二次電池相比，鋰離子電池的內(nèi)阻較高，因此在高倍率放電時電壓急劇下降，放電時間大大縮短，電池容量大幅降低。而常規(guī)電極的低通導(dǎo)能力是造成鋰離子二次電池內(nèi)阻偏高的主要原因之一。目前，大多數(shù)商品鋰離子二次電池均采用單個極耳作為電流引出方式，但是這樣電流的導(dǎo)出和引入局限在有限的幾個焊接點上，形成瓶頸，通導(dǎo)能力較低，且電池充放電過程中的電流分布不夠均勻。
此外，現(xiàn)有電池極芯多為卷繞或者疊片結(jié)構(gòu)的單極芯，然而在高容量、高功率電池領(lǐng)域，單極芯卷繞結(jié)構(gòu)存在極片長，制片、卷繞難度大等缺點，單極芯疊片結(jié)構(gòu)實際生產(chǎn)工藝復(fù)雜，制片及疊片難度大、成品率偏低的弊端。
綜上所述，如何有效提高鋰離子二次電池散熱面積，以使電池達到良好的散熱效果，提高電池安全性能；如何降低電池的內(nèi)阻、提高電池的大電流放電性能；以及如何優(yōu)化現(xiàn)有工藝，提高成品率、降低成本已成為提升動力型鋰離子電池性能的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種具有良好散熱效果，且倍率性能優(yōu)異的鋰離子二次電池。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鋰離子二次電池，包括電極芯、電解液、容納電極芯和電解液的金屬外殼以及連接電極芯電極引出端子的端蓋組件，其中，所述金屬外殼含有多個相連通的內(nèi)腔，每個內(nèi)腔容納有一個電極芯。
上述技術(shù)方案進一步改進為上述內(nèi)腔為多邊形柱體或圓柱體或橢圓形柱體結(jié)構(gòu)。更進一步，金屬外殼內(nèi)壁為多個相互連通的圓柱體結(jié)構(gòu)，金屬外殼外壁為與內(nèi)壁相應(yīng)的多邊形柱體或圓柱體或橢圓形柱體結(jié)構(gòu)。
上述正多邊形柱體選自為四邊形柱體、五邊形柱體、六邊形柱體、七邊形柱體、八邊形柱體、十邊形柱體和十二邊形柱體中的任一種。
上述端蓋組件包括密封金屬外殼的蓋板、與電極芯電極引出端子相連接的多個極柱和位于蓋板與極柱之間的絕緣部件，各極柱通過金屬連接塊進行連接。
更進一步，所述端蓋組件包括頂蓋組件和底蓋組件，所屬金屬外殼兩端開口，頂蓋組件包括密封金屬外殼上端的上蓋板、與電極芯正極引出端子相連接的多個正極柱和位于上蓋板與正極柱之間的絕緣部件，各正極柱通過第一金屬連接塊進行連接；底蓋組件包括密封金屬外殼底端的下蓋板、與電極芯負極引出端子相連接的多個負極柱和位于下蓋板與負極柱之間的絕緣部件，各負極柱通過第二金屬連接塊進行連接。所述絕緣部件作用為防止極柱與蓋板之間接觸引起短路，并起到密封電池的作用。
所述金屬外殼的蓋板為與殼體內(nèi)腔尺寸相匹配的多個多邊形或圓形或橢圓形的板狀結(jié)構(gòu)。
所述極柱上有螺紋，蓋板和金屬連接塊由極柱上的螺母緊固。
所述金屬外殼的壁厚為0.1mm～5mm，優(yōu)選為0.2～2mm。
所述金屬外殼可以為鋁合金、銅合金、或鎳鉻合金等材料。
所述電極芯包括正極、隔膜和負極，通過常規(guī)方式依次疊置構(gòu)成卷繞狀電極芯。
在本發(fā)明鋰離子二次電池中，所述正極、負極、隔膜及電解液采用現(xiàn)有技術(shù)，沒有特別的限定。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
1.本發(fā)明鋰離子二次電池在不影響電池內(nèi)部使用空間的基礎(chǔ)上，通過擴大電池殼體散熱表面積，從而達到優(yōu)良的散熱效果；2.金屬外殼外壁為并排的多個圓形、橢圓形或多邊形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形成的多個并排凹槽可起到加強筋的作用，防止電池因經(jīng)受跌落、振蕩等外力的沖擊所造成的極芯竄動，正負極片損傷，從而達到較高的機械、安全性能。
3.頂蓋組件和底蓋組件分別含多個并排的極柱，電流導(dǎo)通的有效截面積較現(xiàn)有技術(shù)大，可有效改善電池倍率性能。
4.圓柱體殼內(nèi)并排放置多個卷芯，將大容量電池進行了分解，避免了現(xiàn)有技術(shù)中“卷繞電池”的極片長、卷繞難度大和“疊片電池”的制片和疊片困難的缺點，制備工藝相對容易。
下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

圖1為本發(fā)明鋰離子二次電池的結(jié)構(gòu)示意2、3、4、10為本發(fā)明鋰離子二次電池外殼俯視圖實施例圖5為現(xiàn)有技術(shù)圓柱形鋰離子二次電池剖視6為本發(fā)明實施例1鋰離子二次電池過充試驗溫度及電壓曲線7為本發(fā)明實施例2鋰離子二次電池過充試驗溫度及電壓曲線8為本發(fā)明實施例3鋰離子二次電池過充試驗溫度及電壓曲線9為本發(fā)明比較例鋰離子二次電池過充試驗溫度及電壓曲線圖附圖符號說明1-極芯2-金屬外殼3-頂蓋組件4-底蓋組件5-蓋板6-極柱7-金屬連接塊 8-螺母9-彈簧墊具體實施方式如圖1，本發(fā)明二次電池由多個卷繞而成的電極芯1、電解液、金屬外殼2和頂蓋組件3、底蓋組件4組成。
所述金屬外殼2外壁俯視圖為并排的多個圓形、橢圓形或多邊形結(jié)構(gòu)，優(yōu)選圓形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、十邊形、十二邊結(jié)構(gòu)，進一步優(yōu)選為圓形(圖2)、六邊形(圖3)、八邊形(圖4)結(jié)構(gòu)；內(nèi)壁可以為與外壁相同的形狀，優(yōu)選為圓柱體空腔，之間相互連通。
所述金屬外殼每個內(nèi)腔放置一個電極芯，各電極芯的正、負極引出端子通過焊接、鉚接、螺栓連接等方式分別與頂蓋組件3和底蓋組件4相連。頂蓋組件3和底蓋組件4由蓋板5、多個極柱6構(gòu)成，各極柱通過金屬連接塊7進行連接，并通過螺母8和彈簧墊9將各極柱以及金屬連接塊固定在一起。
所述金屬外殼的蓋板5為與殼體內(nèi)腔尺寸相匹配板狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的鋰離子二次電池金屬外殼并不局限于上述的正多邊形柱體和圓柱體結(jié)構(gòu)，還可以為橢圓形柱體和其他形狀的柱體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一種事實方式為，在方矩形金屬外殼內(nèi)，有兩排圓柱形空腔，空腔之間相互連通，每個空腔之內(nèi)可放置一個電極芯。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)并不限于此，只要滿足本發(fā)明構(gòu)思都可以。
電池詳細制備實施例如下實施例11、極芯制備正極片制備過程將PVDF(聚偏二氟乙烯)溶解在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，將LiCoO2和乙炔黑加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為LiCoO2∶乙炔黑∶PVDF(聚偏二氟乙烯)＝92∶4∶4。將該漿料均勻地涂布在20μm的鋁箔上，于120℃下干燥。經(jīng)裁切、壓延后得到厚度為120μm的正極片。
負極片制備過程將PVDF(聚偏二氟乙烯)溶解在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，將人造石墨加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為人造石墨∶PVDF(聚偏二氟乙烯)＝95∶5。再將該漿料均勻地涂布在20μm的銅箔上，于120℃下干燥。經(jīng)裁切、壓延后得到厚度為120μm的負極片。
將上述正負極片與微孔性聚丙稀膜卷繞制得極芯1。
2、電池裝配將卷繞而成的5個極芯1分別置入圖2所示外殼內(nèi)，該外殼外壁俯視圖為并排的5個圓形結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁為5個相互連通的圓柱體結(jié)構(gòu)，殼體壁厚0.2mm。極芯的正、負極耳分別從殼體2的上端和下端引出，套上隔圈后分別焊接在頂蓋組件3和底蓋組件4上。裝配好電池后，將LiPF6按1mol/dm3的濃度溶解在EC(碳酸乙烯酯)/DMC(碳酸二甲酯)＝1∶1的混合溶劑中形成的電解液注入電池殼內(nèi)，密封，制成容量為15Ah的鋰離子二次電池。
實施例2采用與實施例1所述電池極芯及與實施例1類似的電池裝配方法，只是外殼外壁俯視圖為圖3所示并排的5個六邊形結(jié)構(gòu)相互連通的圓柱體結(jié)構(gòu)。
實施例3采用與實施例1所述電池極芯及與實施例1類似的電池裝配方法，只是外殼外壁俯視圖為圖4所示并排的5個八邊形結(jié)構(gòu)相互連通的圓柱體結(jié)構(gòu)。
比較例1、極芯制備正極片制備過程將PVDF(聚偏二氟乙烯)溶解在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，將LiCoO2和乙炔黑加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為LiCoO2∶乙炔黑∶PVDF(聚偏二氟乙烯)＝92∶4∶4。將該漿料均勻地涂布在20μm的鋁箔上，于120℃下干燥。經(jīng)裁切、壓延后得到厚度為120μm的正極片。
負極片制備過程將PVDF(聚偏二氟乙烯)溶解在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，將人造石墨加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為人造石墨∶PVDF(聚偏二氟乙烯)＝95∶5。再將該漿料均勻地涂布在20μm的銅箔上，于120℃下干燥。經(jīng)裁切、壓延后得到厚度為120μm的負極片。
將上述正負極片與微孔性聚丙稀膜卷繞制得電極芯。
2、電池裝配按照現(xiàn)有技術(shù)方法，將卷繞而成的電極芯置入圖5所示圓柱形外殼內(nèi)。裝配好電池后，將LiPF6按1mol/dm3的濃度溶解在EC(碳酸乙烯酯)/DMC(碳酸二甲酯)＝1∶1的混合溶劑中形成的電解液注入電池殼內(nèi)，密封，制成容量為15Ah的鋰離子二次電池。
性能測試1、電池過充測試在環(huán)境溫度20±5℃條件下，將按實施例和比較例1制成的完全放電態(tài)鋰離子二次電池以1C恒流充電到10V，裝上熱電偶測試電池表面溫度。其表面溫度和電壓曲線分別如圖6、
圖7、圖8和圖9所示。
2、電池倍率性能測試倍率性能中，C10C/C0.5C以10C的電流從4.2V放電至3.0V的放電容量與以0.5C的電流從4.2V放電至3.0V的放電容量的比值。
倍率性能中，C3C/C0.5C以3C的電流從4.2V放電至3.0V的放電容量與以0.5C的電流從4.2V放電至3.0V的放電容量的比值。
大電流性能中，C1C/C0.5C以1C的電流從4.2V放電至3.0V的放電容量與以0.5C的電流從4.2V放電至3.0V的放電容量的比值。
不同倍率電流放電性能測試結(jié)果如表1所示表1
3、電池抗機械沖擊性能測試將實施例及比較例電池以1C電流充電至4.2V，在電壓升至4.2V后以恒定電壓充電，截至電流減小到0.05C，再以0.5C的恒定電流放電100分鐘，在沖擊測試臺上，以10G的峰值加速度將電池在三個垂直方向的正、反兩面各沖擊20次。記錄電池短路發(fā)熱的概率。測試后的電池以1CA電流放電至3.0V，檢測內(nèi)阻。測試結(jié)果如表2所示表2
效果如圖6-圖9，根據(jù)測試結(jié)果可見，比較例電池溫度隨電壓增大急劇上升，由于熱量集聚未及時散發(fā)出去，發(fā)生破裂，而本發(fā)明實施例鋰離子二次電池溫度隨時間變化平緩，且過充試驗中電池峰值溫度小于85℃，具有良好的散熱效果。
從表1可以看出，采用本發(fā)明所述頂蓋組件和底蓋組件分別含多個極柱的結(jié)構(gòu)，電流導(dǎo)通的有效截面積較現(xiàn)有技術(shù)大，電池倍率性能明顯改善。
從表2可以看出，采用本發(fā)明金屬殼體結(jié)構(gòu)形成的多個并排凹槽可起到加強筋的作用，防止電池因經(jīng)受跌落、振蕩等作用力的沖擊所造成的短路、內(nèi)阻突變等問題，機械、安全性能均優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鋰離子二次電池。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子二次電池，包括電極芯、電解液、容納電極芯和電解液的金屬外殼以及連接電極芯電極引出端子的端蓋組件，其特征在于，所述金屬外殼含有多個相連通的內(nèi)腔，每個內(nèi)腔容納有一個電極芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述內(nèi)腔為多邊形柱體或圓柱體或橢圓形柱體結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述金屬外殼內(nèi)壁為多個相互連通的圓柱體結(jié)構(gòu)，金屬外殼外壁為與內(nèi)壁相應(yīng)的多邊形柱體或圓柱體或橢圓形柱體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述多邊形柱體選自為四邊形柱體、五邊形柱體、六邊形柱體、七邊形柱體、八邊形柱體、十邊形柱體和十二邊形柱體中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述端蓋組件包括密封金屬外殼的蓋板、與電極芯電極引出端子相連接的多個極柱和位于蓋板與極柱之間的絕緣部件，各極柱通過金屬連接塊進行連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述端蓋組件包括頂蓋組件和底蓋組件，所屬金屬外殼兩端開口，頂蓋組件包括密封金屬外殼上端的上蓋板、與電極芯正極引出端子相連接的多個正極柱和位于上蓋板與正極柱之間的絕緣部件，各正極柱通過第一金屬連接塊進行連接；底蓋組件包括密封金屬外殼底端的下蓋板、與電極芯負極引出端子相連接的多個負極柱和位于下蓋板與負極柱之間的絕緣部件，各負極柱通過第二金屬連接塊進行連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述極柱上有螺紋，蓋板和金屬連接塊由極柱上的螺母緊固。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述金屬外殼的壁厚為0.1mm～5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述金屬外殼的壁厚為0.2mm～2mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述金屬外殼為鋁合金、銅合金、或鎳鉻合金材料。
全文摘要
一種鋰離子二次電池，包括電極芯、電解液、容納電極芯和電解液的金屬外殼以及連接電極芯電極引出端子的端蓋組件，其特征在于，所述金屬外殼含有多個相連通的內(nèi)腔，每個內(nèi)腔容納有一個電極芯。
文檔編號H01M10/50GK1964126SQ20051011570
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者沈晞, 朱建華, 賴慶, 韓一力 申請人:比亞迪股份有限公司