專利名稱：圓柱形鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種圓柱形鋰離子電池，特別是一種可以作為電動(dòng)車或電動(dòng)工具的動(dòng)力電源的高功率大容量鋰離子電池。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，專業(yè)人員已經(jīng)提出了作為電源的鋰離子電池，但是，這種鋰離子電池還需要得到改善，以便這種電池能提供高功率高容量輸出，并且提高電池的安全性能。為此，要求電池要有好的集流設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以減小高功率輸出時(shí)的歐姆內(nèi)阻。在安全結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，常規(guī)的Ni-MH和Ni-Cd電池是用放氣閥結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)電池內(nèi)壓力的升高，由于鋰離子電池比能量更高，安全問題更為突出。必須采用更有效、更迅速的放氣方式，才能確保電池工作的安全性。而且，要能保證在電池遇到偶然事件，或者遇有緊急不安全因素時(shí)，能夠有效地釋放電池內(nèi)部壓力及熱量，從而保證電池的安全，避免出現(xiàn)意外事故。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種圓柱形的鋰離子電池，其包括電池外殼，在電池外殼內(nèi)，設(shè)有正電極和負(fù)電極，在正電極和負(fù)電極之間，設(shè)有隔膜。正電極集流體與正電極形成一體，負(fù)電極集流體與負(fù)電極形成一體，正電極或負(fù)電極通過正電極極耳或負(fù)電極極耳與電池頂蓋或電池外殼形成導(dǎo)電連接，在電池的一端設(shè)有防爆破裂裝置。
在本實(shí)用新型提供的另一種鋰離子電池中，所述防爆破裂裝置由簿弱圓環(huán)構(gòu)成，其位于端部密封圈和電池頂蓋之間，在端部密封圈中設(shè)有極耳安裝座，正電極極耳或負(fù)電極極耳的一端設(shè)置在極耳安裝座中，在正電極極耳或負(fù)電極極耳、極耳安裝座、防爆破裂裝置和電池頂蓋之間依次形成導(dǎo)電連接。在電池頂蓋所在端部的另一端，在電池外殼底端的內(nèi)側(cè)與正電極、隔膜和負(fù)電極之間設(shè)有絕緣墊片。
在本實(shí)用新型提供的另一種鋰離子電池中，所述正電極極耳連接金屬箔或金屬網(wǎng)構(gòu)成的正電極集流體，所述負(fù)電極極耳連接金屬箔或金屬網(wǎng)構(gòu)成的負(fù)電極集流體。
在本實(shí)用新型提供的另一種鋰離子電池中，所述正電極包括金屬箔或金屬網(wǎng)，其上涂有正電極活性物質(zhì)，所述正電極活性物質(zhì)包括鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰，或者采用過渡金屬代替上述復(fù)合氧化物中的一部份，所述過渡金屬包括二氧化錳、五氧化二礬或硫化鐵。
在本實(shí)用新型提供的另一種鋰離子電池中，所述負(fù)電極包括金屬箔或金屬網(wǎng)，其上涂有負(fù)電極活性物質(zhì)，所述負(fù)電極活性物質(zhì)包括炭基材料、石墨、中間相炭微球、鋰合金及低電位的嵌鋰化合物。
在本實(shí)用新型提供的另一種鋰離子電池中，所述隔膜包括聚丙烯、聚乙烯或它們的復(fù)合膜，在所述隔膜中附著有電解質(zhì)溶液。
在本實(shí)用新型提供的另一種鋰離子電池中，在防爆破裂裝置和電池頂蓋之間，設(shè)有正溫度系數(shù)聚合物開關(guān)墊圈。當(dāng)電池遇非正常因素而造成溫度異常升高時(shí)，聚合物開關(guān)墊圈的電阻急劇增大，阻斷電流通過。
在本實(shí)用新型提供的另一種圓柱形鋰離子電池中，在電池外殼內(nèi)，正電極、負(fù)電極和隔膜的橫截面呈螺旋線形狀設(shè)置。電池頂蓋由金屬材料制造，含有2～6個(gè)放氣孔。
在本實(shí)用新型提供的另一種圓柱形鋰離子電池中，電池頂蓋由鋼材制造，含有4個(gè)放氣孔。
本實(shí)用新型提供的鋰離子電池可以作為電動(dòng)車或電動(dòng)工具提供動(dòng)力電源，其能夠輸出高功率大容量的電能。這種鋰離子電池電池有良好的集流設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，不需要焊接極耳，減少了焊接電阻，利用集流體自身集束而集流，擴(kuò)大了導(dǎo)流面積，從而可以減小高功率輸出時(shí)的歐姆內(nèi)阻，實(shí)現(xiàn)大功率輸出。在安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用了防爆破裂膜及支撐板的組合蓋帽的防爆破裂結(jié)構(gòu)，這種防爆破裂裝置可以保證在電池遇到偶然事件后有防止爆炸的措施。當(dāng)電池遇有緊急不安全因素時(shí)，防爆環(huán)提前破裂，釋放內(nèi)壓及熱量，從而保證了電池的安全，避免發(fā)生意外事故。
而且，這種鋰離子電池在1C、2C或更高的速率下放電，其輸出達(dá)到153wh/kg，449wh/L。


圖1是本實(shí)用新型提供的圓柱形鋰離子電池的側(cè)視圖。
圖2是圖1中所示圓柱形鋰離子電池的橫截面視圖。
具體實(shí)施方式
在附圖1和2所示的實(shí)施例中，描繪了一種圓柱形的鋰離子電池10，其包括由鋼材或鋁材制成的電池外殼1，在電池外殼1內(nèi)，設(shè)有正電極3和負(fù)電極5。在正電極3和負(fù)電極5之間，設(shè)有隔膜4。在電池外殼1內(nèi)，正電極3、負(fù)電極5和隔膜4的橫截面呈螺旋線形狀設(shè)置。
正電極3通過正電極極耳15與電池頂蓋24形成導(dǎo)電連接。電池頂蓋24由鋼質(zhì)材料制造，含有2～6個(gè)放氣孔23，最好有4個(gè)放氣孔23，其作用是，當(dāng)電池10的防爆破裂裝置20爆破時(shí)，釋放的氣體從放氣孔中泄出。防爆破裂裝置20由鋁材或鋼材制成。在片狀防爆破裂裝置20上刻有由爆破壓力決定的刻痕。當(dāng)電池內(nèi)壓升高時(shí)，片狀防爆破裂裝置20從刻痕處破裂，釋放電池內(nèi)部壓力。
在電池10的一端設(shè)有防爆破裂裝置20。所述防爆破裂裝置20由簿弱圓環(huán)構(gòu)成，其位于端部密封圈26和電池頂蓋24之間。在端部密封圈26中設(shè)有極耳安裝座16，正電極極耳15的一端設(shè)置在極耳安裝座16中。所述正電極極耳15的另一端連接鋁箔或鋁網(wǎng)構(gòu)成的正電極集流體17，所述正電極集流體17與正電極3形成一體。在正電極極耳15、極耳安裝座16、防爆破裂裝置20和電池頂蓋24之間依次形成導(dǎo)電連接。所述端部密封圈26由聚丙烯材料組成，其作用是保證電池外殼1與電池頂蓋24之間很好的密封，從而保證整個(gè)電池10的密封。此外，該端部密封圈26保證了正電極的電池頂蓋24與負(fù)電極的電池外殼1之間形成絕緣。
在圖1所示的實(shí)施例中，在防爆破裂裝置20和電池頂蓋24之間，還設(shè)有正溫度系數(shù)聚合物開關(guān)墊圈25，這種正溫度系數(shù)聚合物可以從市場上購買。當(dāng)電池遇到非常因素而引起溫度升高時(shí)，正溫度系數(shù)聚合物墊圈中的電阻急劇上升，該正溫度系數(shù)聚合物墊圈而變成為絕緣材料，從而阻斷電流通路，保證電池安全運(yùn)行。
正電極3包括鋁箔或鋁網(wǎng)，其上涂有正電極活性物質(zhì)，所述正電極活性物質(zhì)包括鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰，或者采用過渡金屬代替上述復(fù)合氧化物中的一部份，所述過渡金屬包括二氧化錳、五氧化二礬或硫化鐵。正電極在充電過程中釋放出電子，鋰離子脫出遷移并嵌進(jìn)負(fù)電極。在放電過程中則相反，其得到電子，鋰離子嵌入正電極中。此時(shí)正負(fù)電極均復(fù)原到初始狀態(tài)。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，由氧化鈷鋰(LiCoO2)，超細(xì)石墨，導(dǎo)電碳黑混合，與粘合劑聚偏氟乙烯(PVDF)制漿涂覆于鋁箔或鋁網(wǎng)上，制得正電極3，其中物質(zhì)含量按照重量百分比為氧化鈷鋰70％～96％；超細(xì)石墨和導(dǎo)電碳黑混合 1％～5％；聚偏氟乙烯 1％～10％。
在電池頂蓋24所在端部的電池10的另一端，在電池外殼1底端的內(nèi)側(cè)與正電極3、隔膜4和負(fù)電極5之間設(shè)有絕緣墊片22。絕緣墊片22由聚四氟乙烯板或聚丙烯板制成，其作用是防止正電極3與電池外殼1的負(fù)電極5形成短路。負(fù)電極極耳6與電池外殼1形成導(dǎo)電連接。
在此優(yōu)選的實(shí)施例中，所述負(fù)電極極耳6的一端連接銅箔或銅網(wǎng)構(gòu)成的集流體8，所述負(fù)電極集流體8與負(fù)電極5形成一體，負(fù)電極極耳6的另一端焊接電池外殼1，從而形成導(dǎo)電連接。所述負(fù)電極5包括銅箔或銅網(wǎng)，在其上涂有負(fù)電極活性物質(zhì)，所述負(fù)電極活性物質(zhì)包括炭基材料、石墨、中間相炭微球、鋰合金及低電位的嵌鋰化合物。負(fù)電極在充電時(shí)得到電子，使鋰離子嵌入到負(fù)電極中。在放電過程中則相反，其釋放出電子，使鋰離子遷移脫出，并嵌進(jìn)正電極3中。
所述負(fù)電極5包括銅箔或銅網(wǎng)，其上涂有負(fù)電極活性物質(zhì)，所述負(fù)電極活性物質(zhì)包括炭基材料、石墨、中間相炭微球、鋰合金及低電位的嵌鋰化合物。
由石墨及導(dǎo)電碳黑混合，與粘合劑聚偏氟乙烯制漿涂覆于金屬箔或金屬網(wǎng)的箔或網(wǎng)上，制得負(fù)電極5，在石墨、導(dǎo)電碳黑、聚偏氟乙烯的總重量中石墨的含量在70％～95％；導(dǎo)電碳黑含量在 1％～5％；聚偏氟乙烯的含量在 1％～15％。
正電極活性物質(zhì)LiCoO2和負(fù)電極活性物質(zhì)石墨的比例在1∶3。在此優(yōu)選的實(shí)施例中，所述隔膜4包括聚丙烯、聚乙烯或它們的復(fù)合膜，例如，可以在市場上購買到的2400，2300，4560及K256，K456型的celgard膜。在所述隔膜4中附著有電解質(zhì)溶液。隔膜4的基本作用是將電池的正負(fù)極分離在兩個(gè)區(qū)域，使其氧化還原反應(yīng)得以獨(dú)立的進(jìn)行，制成化學(xué)電池提供電流以作電功。為此，隔膜4必須有效的將電池正負(fù)極隔離，以防止短路。此外，隔膜4還必須有效的吸附電池中電化學(xué)反應(yīng)必須的電解質(zhì)溶液，確保有高的離子導(dǎo)電性，以及要有好的潤濕性，有高的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。
如圖1所示，在所述片狀防爆破裂裝置20上設(shè)有刻痕。當(dāng)電池10遇非正常因素，正負(fù)極外短路，溫度升高或電池10內(nèi)表壓升高至≥1.1MPa，正極耳15從防爆破裂裝置20上拉斷，切斷電流通路，阻斷由外短路導(dǎo)致的溫度和壓力的繼續(xù)升高。若電池遇到其他因素，如內(nèi)短路而導(dǎo)致電池內(nèi)溫度或壓力繼續(xù)升高時(shí)，當(dāng)表壓升高至≥1.5MPa，防爆破裂裝置20在刻痕處破裂，釋放電池10中的內(nèi)部壓力和熱量。從而把可能發(fā)生的惡性爆炸消滅在萌芽階段。
制作氧化鈷鋰(LiCoO2)電池的實(shí)例制造正電極將氧化鈷鋰(LiCoO2)、超細(xì)石墨、導(dǎo)電碳黑混勻，再加入聚偏氟乙烯(PVDF)，四種組份的比例為92∶2∶2∶4，加入N-甲幕-2-吡咯烷酮(NMP)溶劑攪拌勻漿，涂漿于鋁箔上制得正電極3。
制造負(fù)電極將石墨和聚偏氟乙烯(PVDF)熔于N-甲幕-2-吡咯烷酮(NMP)中攪拌勻漿，涂漿于銅箔上，制得負(fù)電極5。
以Celgard 2300薄膜制作隔膜4。
用上述制得的正電極3、隔膜4和負(fù)電極5卷繞成型為螺旋線形狀，裝入電池外殼1內(nèi)，真空注入電解液，電解液組份為lMliPF6-DEC+DEC+DMC，以常規(guī)方式安裝密封圈26、防爆破裂裝置20、聚合物墊圈25和電池頂蓋24，制得的圓柱形鋰離子電池10，其可輸出容量5.2Ah，2C放電可輸出標(biāo)稱容量的80％。
上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型提供的鋰離子電池進(jìn)行說明，并非對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制，本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的構(gòu)思和范圍記載在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求1.一種圓柱形的鋰離子電池(10)，其包括電池外殼(1)，在電池外殼(1)內(nèi)，設(shè)有正電極(3)和負(fù)電極(5)，在正電極(3)和負(fù)電極(5)之間，設(shè)有隔膜(4)，其特征是正電極集流體(17)與正電極(3)形成一體，負(fù)電極集流體(8)與負(fù)電極(5)形成一體，正電極(3)或負(fù)電極(5)通過正電極極耳(15)或負(fù)電極極耳(6)與電池頂蓋(24)或電池外殼(1)形成導(dǎo)電連接，在電池(10)的一端設(shè)有防爆破裂裝置(20)。
2.按照權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征是所述防爆破裂裝置(20)由簿弱圓環(huán)構(gòu)成，其位于端部密封圈(26)和電池頂蓋(24)之間，在端部密封圈(26)中設(shè)有極耳安裝座(16)，正電極極耳(15)或負(fù)電極極耳(6)的一端設(shè)置在極耳安裝座(16)中，在正電極極耳(15)或負(fù)電極極耳(6)、極耳安裝座(16)、防爆破裂裝置(20)和電池頂蓋(24)之間依次形成導(dǎo)電連接，在電池頂蓋(24)所在端部的另一端，在電池外殼(1)底端的內(nèi)側(cè)與正電極(3)、隔膜(4)和負(fù)電極(5)之間設(shè)有絕緣墊片(22)。
3.按照權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征是所述正電極極耳(15)連接金屬箔或金屬網(wǎng)構(gòu)成的正電極集流體(17)，所述負(fù)電極極耳(6)連接金屬箔或金屬網(wǎng)構(gòu)成的負(fù)電極集流體(8)。
4.按照權(quán)利要求3所述的鋰離子電池，其特征是所述正電極(3)包括金屬箔或金屬網(wǎng)，其上涂有正電極活性物質(zhì)，所述正電極活性物質(zhì)包括鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰，或者采用過渡金屬代替上述復(fù)合氧化物中的一部份，所述過渡金屬包括二氧化錳、五氧化二礬或硫化鐵。
5.按照權(quán)利要求3所述的鋰離子電池，其特征是所述負(fù)電極(5)包括金屬箔或金屬網(wǎng)，其上涂有負(fù)電極活性物質(zhì)，所述負(fù)電極活性物質(zhì)包括炭基材料、石墨、中間相炭微球、鋰合金及低電位的嵌鋰化合物。
6.按照權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征是所述隔膜(4)包括聚丙烯、聚乙烯或它們的復(fù)合膜，在所述隔膜(4)中附著有電解質(zhì)溶液。
7.按照權(quán)利要求2所述的鋰離子電池，其特征是在防爆破裂裝置(20)和電池頂蓋(24)之間，設(shè)有正溫度系數(shù)聚合物開關(guān)墊圈(25)，當(dāng)電池遇非正常因素而造成溫度異常升高時(shí)，聚合物開關(guān)墊圈(25)的電阻急劇增大，阻斷電流通過。
8.按照權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征是在電池外殼(1)內(nèi)，正電極(3)、負(fù)電極(5)和隔膜(4)的橫截面呈螺旋線形狀設(shè)置，電池頂蓋(24)由金屬材料制造，含有2～6個(gè)放氣孔(23)。
9.按照權(quán)利要求8所述的鋰離子電池，其特征是電池頂蓋(24)由鋼材制造，含有4個(gè)放氣孔(23)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種圓柱形的鋰離子電池10，其包括電池外殼1，在電池外殼1內(nèi)，設(shè)有正電極3和負(fù)電極5，在正電極3和負(fù)電極5之間，設(shè)有隔膜4，正電極集流體17與正電極3形成一體，負(fù)電極集流體8與負(fù)電極5形成一體，正電極3或負(fù)電極5通過正電極極耳15或負(fù)電極極耳6與電池頂蓋24或電池外殼1形成導(dǎo)電連接，在電池10的一端設(shè)有防爆破裂裝置20。這種鋰離子電池利用集流體自身集束而集流，可最大限度地減少集流電阻。
文檔編號(hào)H01M10/36GK2556798SQ0126433
公開日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2001年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者李文漫, 李中東, 楊書廷, 許大海, 郭建明, 朱進(jìn)朝 申請(qǐng)人:河南環(huán)宇電源股份有限公司