本申請(qǐng)涉及鋰離子電池，尤其涉及一種具有中空極柱的圓柱鋰離子電池。

背景技術(shù)：

自索尼首次將圓柱電池推向市場(chǎng)，鋰離子圓柱電池安全問題一直受到廣泛的關(guān)注。系統(tǒng)分析圓柱電芯引起爆炸的內(nèi)在最重要的原因，可歸結(jié)于電池使用過程中內(nèi)部發(fā)熱、熱量不斷聚集且無法散出，導(dǎo)致電芯內(nèi)部溫度持續(xù)升高進(jìn)而超過安全溫度。在電芯產(chǎn)熱的過程中如何增加散熱效率，降低電芯溫度的變化，不僅在電芯安全方面至關(guān)重要，而且在動(dòng)力電池?zé)峁芾矸矫婢哂兄匾淖饔谩?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有中空極柱的圓柱鋰離子電池。

本申請(qǐng)要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案加以解決：

一種具有中空極柱的圓柱鋰離子電池，包括電芯和套設(shè)在所述電芯上的外殼，所述電芯包括極柱、正極片、負(fù)極片和隔膜，所述極柱為中空柱體，所述正極片、所述負(fù)極片和所述隔膜制成的材料卷繞在所述極柱上，所述外殼包括筒狀殼體和設(shè)置在所述殼體兩端的端蓋，所述正極片包括正極集流體，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體，所述正極集流體和所述負(fù)極集流體之一焊接在極柱上，所述正極集流體和所述負(fù)極集流體之另一焊接在所述殼體內(nèi)表面，所述端蓋套設(shè)在所述極柱上。

上述電池，所述極柱為正極柱，所述正極集流體焊接在所述正極柱上，所述負(fù)極集流體焊接在所述殼體內(nèi)表面。

上述電池，所述端蓋包括絕緣板、密封圈和蓋板，所述絕緣板套設(shè)在所述正極柱上，所述密封圈由絕緣材料制成，所述蓋板由金屬材料制成，所述蓋板通過所述密封圈套設(shè)在所述正極柱上。

上述電池，所述正極柱上設(shè)有與所述密封圈配合的第一限位槽。

上述電池，所述正極柱上設(shè)有與所述絕緣板配合的第二限位槽。

上述電池，所述端蓋上設(shè)有防爆裝置。

上述電池，所述防爆裝置為設(shè)置在所述蓋板上的環(huán)形凹槽。

上述電池，所述密封圈為橡膠圈。

上述電池，所述蓋板由鋼材或合金材料制成，所述殼體由鋼材、鋁材或合金制成。

由于采用了以上技術(shù)方案，使本申請(qǐng)具備的有益效果在于：

在本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式中，由于組成電芯的極柱為中空柱體，在熱量最易聚集的電池軸心部位，采用中空設(shè)計(jì)，增大了電芯的散熱的表面積，正極集流體和負(fù)極集流體之一焊接在極柱上，正極集流體和負(fù)極集流體之另一焊接在殼體內(nèi)表面，取消了極耳設(shè)計(jì)，減小了電池在充放電過程中的電子傳輸通道，降低電芯內(nèi)阻，進(jìn)而減小了電芯內(nèi)部焦耳熱的產(chǎn)生。

附圖說明

圖1為本申請(qǐng)的電池在一種實(shí)施方式中的元件分立示意圖；

圖2為本申請(qǐng)的電池在一種實(shí)施方式中的剖示圖；

圖3為本申請(qǐng)的正極柱及正極片在一種實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本申請(qǐng)的正極柱在一種實(shí)施方式中的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本申請(qǐng)的蓋板在一種實(shí)施方式中的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本申請(qǐng)的蓋板在一種實(shí)施方式中的剖示圖；

圖7為圖6中A的放大示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

通過對(duì)傳統(tǒng)圓柱電芯溫度升高的內(nèi)在機(jī)理分析發(fā)現(xiàn)，電芯溫度升高主要取決于內(nèi)部熱量的產(chǎn)熱速率和散熱速率。當(dāng)產(chǎn)熱速率大于散熱時(shí)電芯內(nèi)部溫度聚集溫度升高，當(dāng)產(chǎn)熱速率效率散熱速率時(shí)電芯內(nèi)部溫度降低。

電芯產(chǎn)熱速率由電芯內(nèi)部歐姆電阻、極化內(nèi)阻和電流等等因素所決定。降低電芯內(nèi)部歐姆電阻，可減小電芯內(nèi)部產(chǎn)熱速率。以此為方向，在本發(fā)明中取消傳統(tǒng)電芯內(nèi)部存在的極耳設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，直接將集流體與極柱或者外殼連接，縮短電子導(dǎo)通路徑，同時(shí)增大了集流體與極柱焊接面積，降低電芯內(nèi)部電阻。

本申請(qǐng)?jiān)诟纳粕岱矫?，主要通過增加電芯表面積和改善電芯內(nèi)部熱量的傳遞兩方面進(jìn)行優(yōu)化。首先在傳統(tǒng)的圓柱電芯熱量最易聚集的軸心部位優(yōu)化設(shè)計(jì)為管狀鋁材圓柱，將中心的熱量通過管狀極柱進(jìn)行散熱。在改善內(nèi)部熱傳導(dǎo)方面，增大電芯內(nèi)部集流體與金屬外殼和中心管狀極柱之間的接觸面積。充分利用金屬材料良好導(dǎo)熱特性，將電芯內(nèi)部熱量通過集流體傳遞給電芯管狀正極柱和外殼，提高了電芯散熱效率。

如圖1至圖7所示，本申請(qǐng)的具有中空極柱的圓柱鋰離子電池，其一種實(shí)施方式，包括電芯和外殼，外殼套設(shè)在電芯100上，電芯100包括極柱、正極片、負(fù)極片和隔膜，極柱為中空柱體，如空心長(zhǎng)方體、正方體、棱柱或圓柱等。在本實(shí)施方式中，極柱為中空管狀柱體。正極片、負(fù)極片和隔膜制成的材料卷繞在極柱上，外殼包括殼體210和端蓋，殼體210為筒狀，極柱穿設(shè)在殼體210中，端蓋設(shè)置在殼體210的兩端。殼體210可以由金屬制成，在本實(shí)施方式中，殼體210由鋼材、鋁材或合金制成。正極片包括正極集流體，負(fù)極片包括負(fù)極集流體，正極集流體和負(fù)極集流體之一焊接在極柱上，正極集流體和負(fù)極集流體之另一焊接在殼體210內(nèi)表面，即正極集流體焊接在極柱上，負(fù)極集流體焊接在殼體210內(nèi)表面，或負(fù)極集流體焊接在極柱上，正極集流體焊接在殼體210內(nèi)表面。端蓋套設(shè)在極柱上。正極柱可采用鋁材料，殼體可采用鋼材；負(fù)極柱可以采用銅或者銅合金、鎳或者鎳合金等金屬材質(zhì)，殼體可采用鋁材或者是鋁合金等材質(zhì)。

在熱量最易聚集的電池軸心部位，極柱采用中空設(shè)計(jì)，可采用金屬材料制成，如選用鋁材，中空極柱一方面增大了電芯的散熱的表面積，另一方面金屬材質(zhì)擁有更好的熱傳導(dǎo)能力。直接將集流體與中間極柱或者外殼焊接，因集流體與極柱和殼體均為金屬材質(zhì)，相較于傳統(tǒng)的通過較小的極耳連接，電池極片上產(chǎn)生的熱量更易于通過集流體傳遞給正極柱和殼體，加速電芯內(nèi)部熱量的消散。

本申請(qǐng)的具有中空極柱的圓柱鋰離子電池，極柱為正極柱110，正極集流體焊接在正極柱110上，負(fù)極集流體焊接在殼體210內(nèi)表面，將正極集流體焊接在正極柱110上，負(fù)極集流體焊接在殼體210內(nèi)表面，焊接正負(fù)極集流和負(fù)極集流體有多種方式，在本實(shí)施方式中，具體可通過超聲焊的方式進(jìn)行焊接。圖3為正極柱與焊接在正極柱上的正極片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，120為正極片，121為正極集流體。負(fù)極集流體的尾部為T型，負(fù)極集流體與外殼210通過T型結(jié)焊接。

電芯最外層銅箔集流體兩端分別預(yù)留一小段空箔材121。將裝配好的電芯裝入殼體210中，然后利用超聲焊將端部空箔材焊接于鋼殼內(nèi)表面。

在一種實(shí)施方式中，端蓋包括絕緣板222、密封圈223和蓋板224，絕緣板222套設(shè)在正極柱110上，密封圈223由絕緣材料制成，在本實(shí)施方式中，密封圈223為橡膠圈。橡膠圈可保證蓋板224和管狀正極柱110之間的絕緣性。蓋板224由金屬材料制成，如在本實(shí)施方式中，蓋板由鋼材或合金材料制成。蓋板224通過密封圈223套設(shè)在正極柱上，即密封圈223套設(shè)在正極柱110上，蓋板224也套設(shè)在正極柱110上，且密封圈223夾持在正極柱110和蓋板224之間。密封圈223和蓋板224之間可設(shè)有間隙。在一種實(shí)施方式中，蓋板224還可設(shè)有與正極柱110配合的折邊226，折邊226可貼合在正極柱110上。絕緣板222起到固定電芯位置和隔絕電芯與上下蓋板224接觸，可避免導(dǎo)致的內(nèi)部短路?？赏ㄟ^滾壓使得蓋板224、密封圈223和管狀正極柱110壓合密封，蓋板224和殼體210可通過激光焊進(jìn)行焊接。

本申請(qǐng)的具有中空極柱的圓柱鋰離子電池，在一種實(shí)施方式中，正極柱110上設(shè)有第一限位槽111，第一限位槽111與密封圈223配合，用于安裝密封圈223。在另一種實(shí)施方式中，正極柱110上設(shè)有第二限位槽112，第二限位槽112與絕緣板222配合，絕緣板222可以是塑料板，第二限位槽112可以是內(nèi)倒角結(jié)構(gòu)，可用于對(duì)絕緣板222進(jìn)行定位。

本申請(qǐng)的蓋板224上還可以設(shè)有防爆裝置，在一種實(shí)施方式中，該防爆裝置為環(huán)形凹槽225。當(dāng)電芯內(nèi)部壓力過大時(shí)，凹槽225部位破裂可起到釋放壓力，保證電芯安全性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的結(jié)構(gòu)更加的簡(jiǎn)潔，取消了電芯內(nèi)部過多的輔助材料，充分利用集流體和金屬殼體的導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性，在電芯內(nèi)部將材料得到最大限度的利用。取消內(nèi)部極耳設(shè)計(jì)，如正極集流體直接與中心管狀極柱焊接，負(fù)極集流體直接與外殼焊接。降低電芯內(nèi)部歐姆內(nèi)阻，減少電芯使用過程中的焦耳熱的產(chǎn)生。正極集流體與中心管狀極柱焊接，負(fù)極集流體與外殼焊接，可以充分發(fā)揮金屬導(dǎo)熱特性，通過集流體將電芯內(nèi)部熱量傳遞給電芯外殼，加快電芯內(nèi)部熱量向外傳遞。中心管狀正極柱不僅起到導(dǎo)電和改善電芯軸心部位散熱的作用，另一方面在電芯卷繞在過程中，可以作為卷針使用，將電芯直接卷繞于管狀正極柱上。與傳統(tǒng)的卷繞工藝相比，電芯卷繞完成后，需要抽出卷針，導(dǎo)致卷繞電芯軸心部位應(yīng)力釋放，降低了電芯軸心部位材料的利用率，增大了電芯內(nèi)部不一致性。根據(jù)本申請(qǐng)的方案制作的電芯，不存在以上缺點(diǎn)。在電芯蓋板上設(shè)計(jì)有環(huán)形凹槽，凹槽部位機(jī)械強(qiáng)度較低，當(dāng)電芯內(nèi)部壓力高于凹槽部位可承受壓力時(shí)，凹槽開裂釋放電芯內(nèi)部壓力，保證電芯安全。本申請(qǐng)中上下兩端均采用相同的蓋板，兩處凹槽設(shè)計(jì)，極大提升了電芯安全性能。本申請(qǐng)較為優(yōu)異的散熱特性可以在很大程度上，保證電芯內(nèi)部溫度的一致性，提升電池性能和循環(huán)壽命。相對(duì)于傳統(tǒng)的圓柱電芯，本申請(qǐng)零部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配工藝簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本申請(qǐng)所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本申請(qǐng)的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請(qǐng)構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換。