专利名称：一种大功率的锂离子动力电池的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及锂离子动力电池，尤其设计用于电动交通工具和电动工具等使用的大功率锂 离子动力电池。
背景技术：
20世纪90年代初， 一种新型的储能体系——锂离子电池开始走向成熟并进入市场，其 特点是高容量，长寿命、无污染，但在当时，其昂贵的价格和可能存在的爆炸隐患严重限制 了它在日常生活中的应用范围，其中就包括电动交通工具领域。在经过了十几年的发展后， 锂离子电池技术取得了长足的进步，但仍有一些技术问题没有彻底解决，因而全国90%左右 的电动车还在使用对环境污染大、寿命短、能量密度低的铅酸电池。
近年来，已经有越来越多的技术力量和资金投入到锂离子动力电池的研发中，并取得了 一定的成果为了改善巻绕式电池大倍率放电困难的问题，人们使用超声焊接截面积更大的 极耳的方式来降低内阻，并通过焊接多条极耳来改善电池在大倍率工作时的表现，从而有了 多极耳焊接的结构；为了解决大容量电池极片长不易巻绕的问题，人们发明了叠片式锂离子 电池，从而电池有了巻绕式和叠片式之分。
上述的改良确实改善了电池性能，但是也存在明显的缺点
对于巻绕式大功率电池，因为极耳加上极耳胶带的厚度普遍大于电极材料涂层的厚度， 使得极耳周边的正负极片无法良好接触并使得电芯中极耳所在的位置发鼓，影响了极片的均 匀性和稳定性，进而影响了电池的寿命；这种结构还会造成一极极耳和另一极涂层相对的情 况，使得负极极耳周围空隙处容易形成锂支晶影响安全性，极片焊接的极耳数目越多，上述 问题就越严重。针对这个问题，有人在圆柱型电池中采取缩短极耳和极片重叠长度并用外力 压实极耳和极片重叠处以减小高度差的方法，这种方法与大倍率电池采用大的极耳和极片重 叠和焊接面积以及更厚的极耳相矛盾，该方法在大倍率动力电池领域能够取得的成效有限， 并且不能彻底解决极耳厚度引起的电芯局部发鼓的问题。
对于叠片式的大功率电池，没有巻绕式电池因极耳引起的极片均匀性问题，也没有因极 耳引起的电芯局部发鼓的问题，但是每个电池40—100对的极片在极片分切工序、重量控制 工序、隔膜封装负极片工序、以及最后的电池叠片焊接工序过程繁琐，工作量大，其次品率 大大高于巻绕式电池。此外过多的极耳对于极耳和极柱的焊接也是很大的挑战。除了上述改进以外，还有将焊接有单条极耳的电芯并联组成电池的方法，其一定程度上 简化了生产难度，增加了总极耳数目，但是还是无法彻底摆脱多极耳巻绕式电池面临的所有 问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供了一种多电芯、多一体式极耳的大功 率锂离子动力电池的制造方法以及一种大功率锂离子动力电池，其具有总内阻小、放电倍率 高、不易形成锂支晶，循环寿命长，比功率大等优点。
图1是本发明大功率动力电池的结构示意图2是正极片(2)示意图3是负极片(4)示意图4是单体电芯(1)示意图。
图5是实例1正极片(2)分切和冲切示意图6是实例3正极片(2)分切和冲切示意其中，在上述示意图中，绘制是说明性的并不一定完全按照实际尺寸，为了使得附图更 加清楚或突出其中一些部件，可能相对于其他部件扩大一些部件。
具体实施例方式
下面结合附图来描述根据本发明的多个实施例。
首先参考附图来描述本发明的电池的单体电芯的具体结构。
如图2所示，正极片(2)在一条最长边上具有2-8条正极极耳(3)，该正极极耳和集流 体铝箔是一体的，从涂布时预留的铝箔中冲切得到，并通过计算和试验保证这些正极极耳在 巻绕后从垂直于隔膜的方向看是完全重叠的。
如图3所示，负极片(4)在一条最长边上具有2—8条负极极耳(5)，该负极极耳和集 流体铜箔是一体的，并从涂布时预留的铜箔中冲切得到，并通过计算和试验保证这些负极极 耳在巻绕后从垂直于隔膜的方向看是完全重叠的。
如图4所示，正极片(2)、隔膜(12)和负极片(4)通过巻绕机巻绕形成单体电芯(1)， 其中隔膜(12)的宽度大于正极片(2)和负极片(4)的宽度，所有的正极极耳(3)从垂直 于隔膜的方向看完全重叠，所有的负极极耳(5)从垂直于隔膜的方向看完全重叠，并且所有 正极极耳(3)和负极极耳(5)的中心距等于正极极柱(7)和负极极柱(8)的中心距。由 于没有在极片表面焊接极耳，因而极片表面完全平整，巻绕出的单体电芯(1)也是完全平整的，这就保证了电芯的正负极片可以很好的接触且任何位置的受力一致。同时，还避免了普 通巻绕多极耳电池一极极耳和另一极涂层相对的问题，极大提高了极片的一致性，降低了锂 支晶形成的可能。
如图1所示，将5—20个单体电芯(1)按照相同的极耳朝向沿垂直于隔膜的方向重叠， 使得从垂直于隔膜的方向看，所有单体电芯(1)的正极极耳(3)完全重叠且负极极耳(5) 完全重叠，在最外测的极耳上贴极耳胶带以防短路。将所有的正极极耳(3)超声焊接在正极 极柱(7)底部，焊接花纹面积大于等于2rara2,将所有的负极极耳(5)超声焊接在负极极柱 (8)底部，焊接花纹面积大于等于2mm2。
电池通过注液孔(11)注液后开口化成，化成结束后使用0.01-0.3mm厚的铝箔通过激光 焊接密封注液孔(11)。
本发明通过使用一体式的多极耳和超声焊接工艺，使得电池的接触电阻小于7mQ，传质 电阻小于l .5mQ，电池总内阻小于8.5 mQ,使其能够进行大倍率的充放电，且性能稳定、 寿命长。
下面具体描述本发明的动力锂离子电池的三个不同的实例。 实例1:
本实例为外形尺寸(不计极柱)为70mmX34mmX70mm (长X宽X高)的、可4C充放电 的10Ah纯锰酸锂动力电池，其极柱截面最小处直径为3—6mm。
首先，使用锰酸锂材料、碳黑、粘结剂、溶剂通过超声混料方式制成正极浆料，其中碳 黑占总固体质量的1一6%，粘结剂占总固体质量的2—6%，其余为锰酸锂材料；使用天然石 墨、碳黑、粘结剂、溶剂通过超声混料方式制成负极浆料，其中碳黑占总固体质量的0.5—6 %，粘结剂占总固体质量的2—6%，其余为天然石墨。按照正极活性材料比负活性材料等于 2—3. 5的质量比进行间隙涂布，涂布的宽度为500mm，段长为50—65mm (1倍极片宽)，间隙 为20—60mm。
将涂布好的极片烘干，进行分切，如图5所示，使得每个极片包含1个涂布段和一个间 隙段，在正极片的间隙段按照计算冲切出2个5 — 15隱宽的极耳，在负极片的间隙段按照计 算冲切出2个5 —15mm宽的极耳。
将得到的正负极片按照通常的方式进行巻绕，得到单体电芯(l)，将8-12个单体电芯(1) 重叠，用终止胶带缠好，将所有正极极耳(3)超声焊接在正极极柱(7)上，将所有负极极 耳(5)超声焊接在负极极柱(8)上，焊接花纹面积为2ram2，随后将所有单体电芯装入电池 壳体中，将电池盖与电池壳体焊接到一起，将电池烘干并注液35 — 55mL，使用0.3mm厚的铝 箔通过激光焊接来密封注液孔(11)，从而使得铝箔用作安全阀(12)。通过循环测试仪的测试，本实例电池在3V—4.2V的充放电区间0.2C (2A)放电容量为 10.5Ah、 1C (10A)放电容量为10Ah、 4C (40A)放电容量大于9Ah (均恒压充电lh或电流减 至100mA时充电截止)。1C首次放电时3. 6V以上容量超过91%，能量密度超过110Wh/kg; 使用普通电解液时，本实施例电池在一2(TC、 3V—4.2V的充放电区间内，1C首次放电容量保 持70%， 1000周循环后，放电容量仍能保持50%以上。使用普通电解液时，在25'C室温下， 本实例电池在3V—4.2V的充放电区间、4C充放电时电池表面最高温度小于45'C，连续200 周循环放电容量衰减小于40% 。
通过交流阻抗谱测试，本实例电池在60%充电的情况下，接触电阻小于7mQ，传质电 阻小于1. 5 mQ ，总内阻小于8. 5 mQ 。
本实例电池通过了短路、针刺、过充、跌落、热冲击等安全测试。 实例2
具体操作同实例1，在此为了简洁不再重复描述相同的部分，不同之处在于每个正负 极片上冲切出的极耳数为4，极耳和极柱的超声焊接花纹面积为3mm2。测试表明实例2的4C 的倍率放电性能和1C的循环性能以及内阻情况和实例1没有明显差异。 实例3
本实例为外形尺寸(不计极柱)为70mmX34mmX70mm (长X宽X高)的、可15C充放电 的8Ah纯锰酸锂动力电池，该电池的不锈钢正极极柱螺栓截面最小处直径为6—10mm，黄铜 负极极柱螺栓截面最小处直径为4一8mm。
首先，使用锰酸锂材料、碳黑、粘结剂、溶剂通过超声混料方式制成正极浆料，其中碳 黑占总固体质量的l一6%，粘结剂占总固体质量的2—6%，其余为锰酸锂材料；使用天然石 墨、碳黑、粘结剂、溶剂通过超声混料方式制成负极浆料，其中碳黑占总固体质量的0.5—6 %，粘结剂占总固体质量的2—6%，其余为天然石墨。按照正极活性材料比负活性材料等于 2 — 3.5的质量比进行间隙涂布，涂布的宽度为500mm，段长为50—65mm (1倍极片宽)，间隙 为20—60mm，涂布厚度较实例1的小10% —20% 。
将涂布好的整巻正极极片烘干，分切方式同实例1，不同之处在于在间隙段按照计算 冲切出8个5—15ram宽的极耳。负极片的制造与正极片基本相同，在此不赘述。
将得到的正极片和负极片按照通常的方式进行巻绕，得到单体电芯(1)，将11-15个单 体电芯(1)重叠，用终止胶带缠好，将所有正极极耳(3)超声焊接在正极极柱(7)上，将 所有负极极耳(5)超声焊接在负极极柱(8)上，焊接花纹面积为9mm2，装入电池壳体、将 电池壳体与电池盖进行焊接、烘干电池并注液35—55mL，使用0. 3mm厚的铝箔通过激光焊接 来密封注液孔(11)，从而使得铝箔用作安全阀。通过循环测试仪的测试，本实例电池在3V—4. 2V的充放电区间0. 2C(L 6A)容量为8. 4Ah、 1C (8A)容量大于8Ah， 15C (120A)容量大于6. 4Ah。
通过交流阻抗谱测试，本实例电池在60%充电的情况下，接触电阻小于6mQ，传质电 阻小于l mQ，总内阻小于7 mQ。
本实例电池通过了短路、针刺、过充、跌落、热冲击等安全测试。
上述实例是对本发明的说明，不意图将本发明的实现方式和细节仅仅限定为这些实例， 任何在本发明的基础上简单等效、修改、替换或组合后的结构均属于本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种大功率的锂离子动力电池，所述电池包括正极极柱(7)、负极极柱(8)、聚四氟乙烯垫圈(9)、安全阀(12)、电池盖(13)、电池壳体(14)以及多个并联连接的单体电芯(1)，所述单体电芯(1)包括正极片(2)、正极极耳(3)、负极片(4)、负极极耳(5)，其特征在于正极极耳(3)是和正极片(2)一体的且是在正极片(2)集流体铝箔上冲切得到，负极极耳(5)是和负极片(4)一体的且是在负极片(4)集流体铜箔上冲切得到，每个正极片(2)和负极片(4)都有2-8条所述相应一体式的极耳，正极片和负极片之间使用隔膜(6)隔开。
2. 如权利要求1所述的大功率锂离子动力电池，其特征在于正极片(2)、隔膜(6) 和负极片(4)巻绕形成单体电芯(1)，沿垂直于所述隔膜的方向看，所有的正极极耳(3) 是重叠的，所有的负极极耳(5)是重叠的。
3. 如权利要求1所述的大功率锂离子动力电池，其特征在于所有单体电芯(1)的正 极极耳(3)通过超声波焊接直接焊接在正极极柱(7)上，焊接面积大于等于2mm2，所有单 体电芯(1)的负极极耳(5)通过超声波焊接直接焊接在负极极柱(8)上，焊接面积大于等 于2mm2。
4. 如权利要求3所述的大功率锂离子动力电池，其特征在于最外侧的正极极耳(3) 和负极极耳(5)上分别贴有极耳胶带(IO)。
5. 如权利要求2所述的大功率锂离子动力电池，其特征在于通过铆接的方式以及使用 聚乙烯塑料垫圈(9)，实现正极极柱(7)和负极极柱(8)与所述电池盖(13)之间的密封。
6. 如权利要求2所述的大功率锂离子动力电池，其特征在于正极极柱(7)使用不锈 钢螺栓，负极极柱(8)使用直径略小于正极极柱(7)的黄铜螺栓，使用聚四氟乙烯垫圈(9) 实现在所述正极极柱(7)和所述负极极柱(8)与所述电池壳体之间的密封。
7. 如权利要求l所述的大功率锂离子动力电池，其特征在于在所述电池壳体上具有注 液孔(11)，在所述注液孔(11)上使用激光焊接直接焊接上0.3mm厚的铝箔来形成所述安 全阀(12)。
全文摘要
本发明公开了一种大功率锂离子动力电池，包括多个并联单体电芯，各单体电芯均包括正极片、负极片、隔膜和2-8条的正极极耳和负极极耳，正极极耳和正极片是一体的，是在正极片的集流体铝箔上冲切出来的，负极极耳和负极片是一体的，是在负极片的集流体铜箔上冲切出来的，所有单体电芯的正极极耳焊接在正极极柱上，所有的负极极耳焊接在负极极柱上。本发明通过将多个单体电芯并联和多个一体式极耳的结构，使得电池的总内阻进一步减小，正负极片的电流分布更为均匀，从而拥有总内阻小、放电倍率高、不易形成锂支晶，循环寿命长，比功率大等优点，可以广泛应用于电动车辆、电动工具或其他需要使用大功率电池的设备上。
文档编号H01M2/26GK101286577SQ20081011263
公开日2008年10月15日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者丁楚南, 吴方旭, 杰 安, 朱文涛, 邱新平, 曦 郑 申请人:清华大学