專利名稱：一種改善動力型鋰離子電池電化學性能及提高抗震動性能的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，特別是電動車用動力型鋰離子電池。
背景技術：
動力型鋰離子電池傳統(tǒng)的裝配方法是首先采用疊片式將正極片、負極片及隔膜組裝，即片狀的正極片、負極片和隔膜通過采用“負極片、隔膜、正極片、隔膜”的單元進行重疊，并在最后的一個單元上面疊加一片負極而成。每一極片與電流輸出端子(極柱)通過集流體進行聯(lián)接；然后將疊好以后的電池芯用隔膜或膠帶包裹后裝入金屬或塑料外殼中即成。這種裝配方式存在以下一些不足(1)由于電池的正、負極片之間比較松散，引起電池活性物質(zhì)的利用率偏低、大電流放電能力差、電池內(nèi)阻較大、充放電過程中熱效應大等問題；(2)由于與極柱聯(lián)接的極片集流體的厚度＜0.02mm/pcs，不能承受縱向的壓力，所能承受的縱向拉力亦相當有限。電池正負極片之間易于發(fā)生相對運動，極耳容易拉斷或折斷，從而導致生產(chǎn)和使用過程中電池容易發(fā)生短路、微短路現(xiàn)象，引起電池生產(chǎn)的成品率和可靠性較低；(3)電動車輛行駛，特別是行駛在凹凸不平的路面上時，車身震動大，在震動情況下電池極片之間、電池芯與殼體之間易于產(chǎn)生相對運動，出現(xiàn)性能不穩(wěn)定現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于使得動力型鋰離子電池①在裝配時便于將電池芯置入電池殼中；②將電池芯中的正、負極片壓緊，減小電池正負極片之間的內(nèi)阻；③防止正負極片因發(fā)生相對運動而引起短路或微短路的發(fā)生；④電池芯與電池殼體之間位置固定，既能承受足夠的拉力，也能承受足夠的壓力。
本發(fā)明的技術方案是首先設計制造一種電池極片盒9，然后將電池極片裝入極片盒9內(nèi)，由電池蓋4聯(lián)接極片盒9固定后裝入電池殼；再將電池蓋4與電池殼焊接為一整體，構(gòu)成為性能良好的動力型鋰離子電池。
改善動力型鋰離子電化學性能及提高抗震動性能的電池極片盒9由側(cè)壁10、側(cè)壁11、側(cè)壁12、背壁13、聯(lián)接卡槽3及極片盒蓋1相互間焊接構(gòu)成一個方體，盒壁厚度為0.2mm-2mm，均開有條形通孔2；聯(lián)接卡槽3在極片盒9的正上方的中間位置，用于與電池外殼蓋4的聯(lián)接；極片盒9開口面的邊緣分布有4-50個塑料鉚釘5，用于與極片盒蓋1的鉚接；材料為耐鋰離子電池電解質(zhì)溶液腐蝕的聚丙烯或聚乙烯、聚四氟乙烯等高分子聚合物及其改性聚合物。
電池極片盒蓋1上開有與極片盒9上的塑料鉚釘5對應的鉚接孔，用于與極片盒9的鉚接。
電池外殼蓋4厚度為2-8mm，其中間位置向下伸出的聯(lián)接鍵6，它一方面用于與極片盒9的聯(lián)接，另一方面配合彈簧及橡膠球等密封件作為鋰離子電池的安全閥。
改善動力型鋰離子電池電化學性能及提高震動性能的方法其特征是電池正極片與隔膜的裝配采用袋式包覆隔膜的厚度為20-100μm，正極片的厚度為100-300μm，將正極片插入兩片隔膜之間，再將隔膜四周熔接，確保正極片不露出隔膜外，有效保證正、負極片之間通過隔膜隔離；接著將電池極片、極片盒9、極片盒蓋1、電池外殼蓋4裝配成一整體首先將電池外殼蓋4下方的聯(lián)接鍵6卡入極片盒9的卡槽3中，實現(xiàn)電池外殼蓋4與極片盒9的聯(lián)接；再將負極片、袋式包覆的正極片以相間隔的方式整齊疊放于極片盒9中，并保證貼近背壁13的和貼近極片盒蓋1的均為負極片；然后將極片盒蓋1合上，并將塑料鉚釘5與鉚釘孔熔接，構(gòu)成一聯(lián)接體，再裝入塑料電池殼內(nèi)，并將電池外殼蓋4與電池殼熔焊到一起，使電池極片之間的位置固定而緊湊；從而電池極片、極片盒9和電池殼4成為一個整體，構(gòu)成能夠承受足夠的壓力、張力與震動的動力型鋰離子電池。
本發(fā)明具有以下的優(yōu)點與積極效果(1)生產(chǎn)過程中的合格品率和電化學性能顯著提高(如表1)。
表1 采用本發(fā)明與傳統(tǒng)技術生產(chǎn)12Ah鋰離子動力電池的合格率與性能比較

*電池容量、脈沖放電性能測試參照863電動汽車專項總體專家組、信息產(chǎn)業(yè)部化學物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心組織制訂的“2002年度電動汽車重大專項高功率蓄電池性能測試規(guī)范”—鋰離子電池蓄電池檢測**電池內(nèi)阻在5mv，1kHz的交流信號下的交流阻抗①電池生產(chǎn)的合格品率顯著提高。本發(fā)明由于能夠使電池極片之間的相對位置固定，電池正極片采用可靠的袋式包覆結(jié)構(gòu)，并且與電池殼形成一個可承受足夠壓力和張力的整體，在裝配過程中極片之間的相對運動很小，不易遭受破壞，因此生產(chǎn)過程中的電池短路及微短路的現(xiàn)象得到有效控制，生產(chǎn)過程的合格品率由傳統(tǒng)技術的66％提高到100％；②電池容量增加，內(nèi)阻明顯下降。由于本發(fā)明有利于將極片導入電池殼中并壓緊，使得正極片、負極片及隔膜之間接觸緊密，有利于降低電池內(nèi)部的阻抗及提高電池正、負極活性物質(zhì)利用率，從而使得相同外殼的電池容量有適當?shù)纳?，而電池?nèi)阻明顯下降；③電池的充放電性能明顯改善。與傳統(tǒng)技術相比較，應用本發(fā)明的電池在相同倍率電流下的放電電壓較高如圖9所示，高倍率放電能力較好，最大脈沖放電電流倍率可達15CA；④電池的一致性顯著提高。本發(fā)明的電池容量和內(nèi)阻分布均比較一致和集中，顯著提高應用于電動車或電動工具上的電池組的性能。
(2)電池的抗震動性能顯著提高(如表2)表2 采用本發(fā)明與傳統(tǒng)技術的12Ah鋰離子動力電池經(jīng)震動試驗*后的結(jié)果比較

*震動性能試驗參照863電動汽車專項總體專家組、信息產(chǎn)業(yè)部化學物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心組織制訂的“2002年度電動汽車重大專項高功率蓄電池性能測試規(guī)范”—鋰離子電池蓄電池檢測由于本發(fā)明中電池極片之間的相對位置緊湊，電池極片與電池殼形成一個整體，在各個方向上可承受足夠力的作用，在震動條件下電池極片之間的位置穩(wěn)定，并不易遭受破壞，因此震動試驗條件下的電池短路及微短路的現(xiàn)象得到有效控制，抗震動性能測試的合格率由傳統(tǒng)技術的62％提高到100％。


圖1電池極片盒9的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2電池外殼蓋4結(jié)構(gòu)示意圖，圖3電池極片盒9正視圖，圖4電池極片盒9府視圖，圖5電池極片盒9左視圖，圖6電池極片盒9右視圖，圖7電池極片盒9仰視圖，圖8是圖6的A-A剖視圖，圖9動力型鋰電池充放電性能比較曲線圖。
實施例以12Ah鋰離子動力電池為例電極材料分別為動力型鋰離子電池復合正極材料及高倍率型納米復合炭負極材料，正極集流體為0.02mm厚的鋁箔，負極集流體為0.02mm的銅箔。
電池正極片的厚度為150μm；隔膜厚度為40μm，隔膜與正極片形成袋式包覆結(jié)構(gòu)。
電池極片、極片盒9、極片盒蓋1、電池外殼蓋4按如下方式進行裝配首先將電池外殼蓋4下方的聯(lián)接鍵6卡入極片盒9的聯(lián)接卡槽3中，實現(xiàn)電池外殼蓋4與極片盒9的聯(lián)接；再將51片電池負極片、50片袋式包覆的電池正極片以相間隔的方式整齊疊放于極片盒9中，并保證電池極片盒9中的上面和下面的兩片電極片均為負極片；然后將極片盒蓋1合上，并將塑料鉚釘與鉚接孔熔接，成為一聯(lián)接體；裝入塑料電池殼，再將外殼蓋4與電池殼熔焊成一整體，構(gòu)成動力型鋰離子電池。
本電池容量達12.5Ah以上，電池內(nèi)阻小于2mΩ，脈沖放電電流達15CA，并具有良好的抗震動性能。批量生產(chǎn)的合格率為98％以上，電池之間的一致性好。
權利要求
1.改善動力型鋰離子電池電化學性能及提高抗震動性能的方法，其特征在于首先設計制造一種電池極片盒9，然后將電池極片裝入極片盒9內(nèi)，由電池蓋4聯(lián)接極片盒9固定后裝入電池殼；再將電池蓋4與電池殼焊接為一整體，構(gòu)成為性能良好的動力型鋰離子電池。
2.改善動力型鋰離子電化學性能及提高抗震動性能的電池極片盒9由側(cè)壁10、側(cè)壁11、側(cè)壁12、背壁13、聯(lián)接卡槽3及極片盒蓋1相互間焊接構(gòu)成一個方體，盒壁厚度為0.2mm-2mm，均開有條形通孔2；聯(lián)接卡槽3在極片盒9的正上方的中間位置，用于與電池外殼蓋4的聯(lián)接；極片盒9開口面的邊緣分布有4-50個塑料鉚釘5，用于與極片盒蓋1的鉚接；材料為耐鋰離子電池電解質(zhì)溶液腐蝕的聚丙烯或聚乙烯、聚四氟乙烯等高分子聚合物及其改性聚合物。
3.根據(jù)權利要求2所述的電池極片盒9，其特征在于電池極片盒蓋1上開有與極片盒9上的塑料鉚釘5對應的鉚接孔，用于與極片盒9的鉚接。
4.根據(jù)權利要求2所述的電池極片盒9，其特征在于電池外殼蓋4厚度為2-8mm，其中間位置向下伸出的聯(lián)接鍵6，它一方面用于與極片盒9的聯(lián)接，另一方面配合彈簧及橡膠球等密封件作為鋰離子電池的安全閥。
5.改善動力型鋰離子電池電化學性能及提高震動性能的方法，其特征是電池正極片與隔膜的裝配采用袋式包覆隔膜的厚度為20-100μm，正極片的厚度為100-300μm，將正極片插入兩片隔膜之間，再將隔膜四周熔接，確保正極片不露出隔膜外，有效保證正、負極片之間通過隔膜隔離；接著將電池極片、極片盒9、極片盒蓋1、電池外殼蓋4裝配成一整體首先將電池外殼蓋4下方的聯(lián)接鍵6卡入極片盒9的卡槽3中，實現(xiàn)電池外殼蓋4與極片盒9的聯(lián)接；再將負極片、袋式包覆的正極片以相間隔的方式整齊疊放于極片盒9中，并保證貼近背壁13的和貼近極片盒蓋1的均為負極片；然后將極片盒蓋1合上，并將塑料鉚釘5與鉚釘孔熔接，構(gòu)成一聯(lián)接體，再裝入塑料電池殼內(nèi)，并將電池外殼蓋4與電池殼熔焊到一起，使電池極片之間的位置固定而緊湊；從而電池極片、極片盒9和電池殼4成為一個整體，構(gòu)成能夠承受足夠的壓力、張力與震動的動力型鋰離子電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，特別是電動車用動力型鋰離子電池。其特征在于首先設計制造一種電池極片盒9，然后將電池極片裝入極片盒9內(nèi)，由電池蓋4聯(lián)接極片盒9固定后裝入電池殼；再將電池蓋4與電池殼焊接為一整體，構(gòu)成為性能良好的動力型鋰離子電池。生產(chǎn)過程的合格品率由傳統(tǒng)技術的66％提高到100％；電池容量增加，內(nèi)阻明顯下降，電池的充放電性能明顯改善，最大脈沖放電電流倍率可達15CA；電池容量和內(nèi)阻分布均比較一致和集中，顯著提高應用于電動車或電動工具上的電池組的性能。
文檔編號H01M6/00GK1567641SQ0314313
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月12日 優(yōu)先權日2003年6月12日
發(fā)明者郭華軍, 李新海, 胡啟陽, 王志興, 彭文杰, 郭永興, 楊志, 張云河 申請人:中南大學