專利名稱：可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是可反復(fù)充放電鋰離子電池，尤其是一種可反復(fù)充放電之高電壓充電鋰離電池。
技術(shù)背景一般來說，鋰離子電池實(shí)際上一個(gè)鋰離子濃差電池，正負(fù)極由兩種不同的鋰離嵌入化合物組成。充電時(shí)，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)。放電時(shí)則相反，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)。在正常充放電情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)氧化物的層間嵌入和脫出，一般只引起層面間距變化，不破壞晶體結(jié)構(gòu)，在充放電過程中，負(fù)極材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不變。
常見的鋰離子電池是由一個(gè)含鋰化合物作為活性材料的正極，一個(gè)以能咐和解吸鋰金屬或碳物質(zhì)的鋰材料作為活性材料的負(fù)極，一層能絕緣而又能給電離子導(dǎo)通的隔離層以及含有六氟磷酸鋰(LiPF6)或高氯酸鋰(LiCIO4)的非水性電解液及外殼組成。構(gòu)成蓄電池的這些單元中，用作正極活性材料的含鋰化合物包括鋰鈷復(fù)合氧化物L(fēng)iC0O2)、鋰錳復(fù)合氧化物(LiMn2O4)、鋰鎳復(fù)合氧化物(LiNiMn2O4)等，而負(fù)極則采用鋰—碳層間化合物。
目前鋰離子電池的單體工作電壓為2.0～4.25V之間，要滿足高電壓負(fù)載用電，必須由多個(gè)單體電池串聯(lián)使用。這樣不但內(nèi)阻增大，而且由于多個(gè)單體電池串聯(lián)，依靠設(shè)置的均衡充放電保護(hù)線路，嚴(yán)重受到技術(shù)及成本的制約。例如，一臺(tái)便攜式電腦，DC電壓為12～18V，若果使用鋰離子電池就需要3～6個(gè)單體電池串聯(lián)，才滿足供電。如一輛電動(dòng)公交大客車，工作電壓在388V，就需要108個(gè)單體鋰離子電池串聯(lián)起來才能工作。串聯(lián)的電池容量越大，其均衡充放電保護(hù)線路的制作技術(shù)難度越高，其安全性也就很難徹底解決。中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)?zhí)枮?0101356.4公開的《一種可反復(fù)充放電的鉻氟鋰固體動(dòng)力電池》克服了卷繞式結(jié)構(gòu)鉻氟鋰電池存在的缺陷，該專利申請(qǐng)是將常規(guī)繞卷式結(jié)構(gòu)的鉻氟鋰電池改制成完全疊摞結(jié)構(gòu)，這種完全疊摞結(jié)構(gòu)的電池為其它類型電池結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了借鑒。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述存在的不足，提供一種高電壓、高功率，使用安全的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池。這種電池能較大地適應(yīng)各個(gè)領(lǐng)域、各種不同的負(fù)載條件使用，具有較高的充放電循環(huán)性。
本實(shí)用新型可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，包括殼體，設(shè)置在殼體內(nèi)的鋰離子電池正極板和鋰離子電池負(fù)極板及隔膜，正、負(fù)極板均設(shè)有導(dǎo)耳，用于極板導(dǎo)耳間連接的束頭，安裝在殼體上的極柱和供電解液注入殼體內(nèi)腔的注液排氣閥，殼體內(nèi)腔充滿電解液，其特征在于殼體內(nèi)至少設(shè)有兩個(gè)由正、負(fù)極板和隔膜疊摞構(gòu)成的鋰離子電池單元，第一個(gè)鋰離子電池單元的正極板導(dǎo)耳通過束頭裝訂后接正極柱，其負(fù)極板通過束頭與第二個(gè)鋰離子電池單元的正極板導(dǎo)耳連接，第二個(gè)鋰離子電池單元的負(fù)極板導(dǎo)耳通過束頭與第三個(gè)鋰離子電池單元的正極板導(dǎo)耳連接，與此類推，最后一個(gè)鋰離子電池單元的負(fù)極板通過束頭裝訂后接極柱；各鋰離子電池間均設(shè)有隔膜；上述串聯(lián)連接的多個(gè)鋰離子電池單元組成的芯體被整體封裝在一個(gè)殼體內(nèi)。
本實(shí)用新型可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池的設(shè)計(jì)原理是利用物理和化學(xué)原理，打破常規(guī)的單體鋰離子電池中一個(gè)陰極一個(gè)陽(yáng)極的電化學(xué)反應(yīng)方式，采用多陰極、陽(yáng)極在同一殼體內(nèi)的電解質(zhì)液中將物理、化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力強(qiáng)大的電能的過程。
本實(shí)用新型可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池設(shè)計(jì)科學(xué)，結(jié)構(gòu)巧妙、合理，這種結(jié)構(gòu)可使鋰離子電池的單體電壓自2.0V至幾百上千伏特成為可能。它可使鋰離子電池的單體容量自幾十毫安時(shí)至上百上千安時(shí)。這種高電壓鋰離子電池具有較高的充放電循環(huán)特性，能滿足各個(gè)領(lǐng)域、各種不同負(fù)載條件下使用要求。是一種全新概念的高能量鋰離子電池。
本實(shí)用新型可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖和實(shí)施例詳細(xì)給出。


圖1是可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示高電壓鋰離子電池的芯體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示芯體兩個(gè)鋰離子電池單元連接前結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖1所示高電壓鋰離子電池的注液排氣閥結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖1所示高電壓鋰離子電池的另一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖1所示高電壓鋰離子電池的再一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1從圖1可以清楚地看到，這是一種方形可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，由殼體1和安裝在其內(nèi)的由正極板2、負(fù)極板3和隔膜4及束頭5構(gòu)成的六個(gè)鋰離子電池單元61、62、63、64、65、66構(gòu)成的芯體6組成，殼體1上設(shè)有供正極柱7、負(fù)極柱8導(dǎo)出的通孔和供電解液注入的注液排氣閥9，殼體1內(nèi)充滿電解液10。
所述單體高電壓鋰離子電池之芯體6的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示，單體高電壓鋰離子電池之芯體6由六個(gè)鋰離子電池單元61、62、63、64、65、66串聯(lián)而成，即(參見圖3)第一個(gè)鋰離子電池單元61的正極板2導(dǎo)耳端21通過束頭5裝訂連接后與正極柱7連接，其負(fù)極板3通過束頭5與第二個(gè)鋰離子電池單元62的正極板2導(dǎo)耳端21連接，第二個(gè)鋰離子電池單元62的負(fù)極板3導(dǎo)耳端31通過束頭5與第三個(gè)鋰離子電池單元63的正極板1導(dǎo)耳端21連接，與此類推，最后一個(gè)鋰離子電池單元66的負(fù)極板3導(dǎo)耳端31通過束頭5裝訂后接負(fù)極柱8；各個(gè)鋰離子電池單元61、62、63、64、65、66間均設(shè)有隔膜4，上述串聯(lián)的各鋰離子電池單元構(gòu)成單體高電壓鋰離子電池之芯體6。
所述正極板2由導(dǎo)電基材和正極活性組合物制成，這種導(dǎo)電基材為矩形片狀結(jié)構(gòu)，是發(fā)泡鎳、鎳片或鎳制成的絲網(wǎng)，或金屬鋁箔、鋁板或由金屬鋁制成的鋁網(wǎng)，或銀片、帶有銀涂層的鎳基材；所述正極活性組合物是鋰鎳復(fù)合氧化物(LiNiO2)或鋰鈷復(fù)合氧化物(LiC0O2)或鋰錳復(fù)合氧化物(LiMn2O4)或復(fù)合鉻氟鋰粉劑與聚四氟乙烯乳液及乙酸和蒸鎦水混合成的漿料；正極活性組合物之漿料均勻涂復(fù)在導(dǎo)電基材的兩面，經(jīng)干燥后制成鋰離子電池正極板，正極板設(shè)有導(dǎo)耳。
所述負(fù)極板3由導(dǎo)電基材和負(fù)極活性組合物制成，這種導(dǎo)電基材為矩形片狀結(jié)構(gòu)，是金屬銅或金屬銅箔或金屬銅絲網(wǎng)或金屬銀或金屬鎳基材；所述負(fù)極活性組合物是天然石墨粉與焦碳的混合物或人造石墨粉或納米碳負(fù)極粉與氧化鋅、聚四氟乙烯乳液和蒸鎦水混合成的漿料；負(fù)極活性組合物之漿料均勻涂復(fù)在導(dǎo)電基材的兩面，經(jīng)干燥后制成鋰離子電池負(fù)極板，負(fù)極板設(shè)有導(dǎo)耳。
所述的隔膜4是纖維素紙或無紡布、合成樹脂制成的多孔膜，也可以是任何常規(guī)的蓄電池聚氯乙烯、聚偏氯乙烯，高低密度聚乙烯、尼龍66等。
所述的電解液10是非水電解液體系，如六氟磷酸鋰(LiPF6)或高氯酸鋰(LiCIO4)，也可以是含有堿性化合物、任選的氧化鋅、電解質(zhì)和水性溶液制成的電解液。
所述殼體1為塑料PP或PP+PB注塑成型，也可以用金屬不銹鋼或金屬鋁等材質(zhì)焊接制成。
所述注液排氣閥9如圖4所示，由開有排氣孔90的閥座91、設(shè)置在閥座91內(nèi)的閥片92、彈簧93和調(diào)節(jié)螺柱94組成，注液排氣閥9以螺配合方式密封安裝在殼體1上。
將上述單體高電壓鋰離子電池之芯體6置于殼體1內(nèi)(見圖1)，芯體6的正極柱7和負(fù)極柱8分別從殼體1相應(yīng)的通孔導(dǎo)出，并通過密封圈11和螺帽12與極柱上的螺紋配合，封閉殼體1上供正、負(fù)極柱7、8導(dǎo)出的通孔，即可使殼體1內(nèi)腔密閉，然后通過設(shè)置在殼體1上的注液排氣閥9將電解液10注入，直至充滿殼體1內(nèi)腔即可。
實(shí)施例2從圖5可以清楚地看到，這是一扁方型結(jié)構(gòu)的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，區(qū)別是殼體1的周壁為凹凸槽11結(jié)構(gòu)，由塑質(zhì)材料注塑成型。殼體1周壁上的凹凸槽11能滿足多個(gè)單體可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池疊摞組合使用時(shí)通風(fēng)散熱之要求，當(dāng)多個(gè)單體可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池疊摞組合后，各殼體周壁凹凸槽11所形成的通道，有助于各單體可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池的通風(fēng)散熱。
實(shí)施例3從圖6可以清楚地看到，這是一種圓柱型結(jié)構(gòu)的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，區(qū)別是殼體1為圓柱結(jié)構(gòu)，由不銹鋼材料制成，殼體1的上端面設(shè)有一只注液排氣閥9；單體高電壓鋰離子電池之芯體6安裝在殼體1內(nèi)，芯體6的負(fù)極柱8從殼體1的底部引出，芯體6的正極與設(shè)置在殼體1上端面的注液排氣閥9連接，由注液排氣閥9用作電池的正極輸出極柱。其外形與普通柱形鋰離子電池相同。
權(quán)利要求1.一種可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，包括殼體，設(shè)置在殼體內(nèi)的鋰離子電池正極板和鋰離子電池負(fù)極板及隔膜，正、負(fù)極板均設(shè)有導(dǎo)耳，用于極板導(dǎo)耳間連接的束頭，安裝在殼體上的極柱和供電解液注入殼體內(nèi)腔的注液排氣閥，殼體內(nèi)腔充滿電解液，其特征在于殼體內(nèi)至少設(shè)有兩個(gè)由正、負(fù)極板和隔膜疊摞構(gòu)成的鋰離子電池單元，第一個(gè)鋰離子電池單元的正極板導(dǎo)耳通過束頭裝訂后接正極柱，其負(fù)極板通過束頭與第二個(gè)鋰離子電池單元的正極板導(dǎo)耳連接，第二個(gè)鋰離子電池單元的負(fù)極板導(dǎo)耳通過束頭與第三個(gè)鋰離子電池單元的正極板導(dǎo)耳連接，與此類推，最后一個(gè)鋰離子電池單元的負(fù)極板通過束頭裝訂后接極柱；各鋰離子電池間均設(shè)有隔膜；上述串聯(lián)連接的多個(gè)鋰離子電池單元組成的芯體被整體封裝在一個(gè)殼體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，其特征在于正、負(fù)極板(2、3)均為矩形片狀。
3.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，其特征在于殼體(1)為塑料PP或PP+PB注塑成型，
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，其特征在于殼體(1)用金屬不銹鋼或金屬鋁材質(zhì)焊接制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，其特征在于注液排氣閥(9)由開有排氣孔(90)的閥座(91)、設(shè)置在閥座(91)內(nèi)的閥片(92)、彈簧(93)和調(diào)節(jié)螺柱(94)組成，注液排氣閥(9)以螺紋配合方式密封安裝在殼體(1)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，其特征在于注液排氣閥(9)由開有排氣孔(90)的閥座(91)、設(shè)置在閥座(91)內(nèi)的閥片(92)、彈簧(93)和調(diào)節(jié)螺柱(94)組成，注液排氣閥(9)以螺紋配合方式密封安裝在殼體(1)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，其特征在于注液排氣閥(9)由開有排氣孔(90)的閥座(91)、設(shè)置在閥座(91)內(nèi)的閥片(92)、彈簧(93)和調(diào)節(jié)螺柱(94)組成，注液排氣閥(9)以螺紋配合方式密封安裝在殼體(1)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，其特征在于殼體(1)的周壁為凹凸槽(11)結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，其特征在于殼體(1)為圓柱結(jié)構(gòu)，殼體(1)的上端面設(shè)有一只注液排氣閥(9)；單體高電壓鋰離子電池之芯體(6)安裝在殼體(1)內(nèi)，芯體(6)的負(fù)極柱(8)從殼體(1)的底部引出，芯體(6)的正極與設(shè)置在殼體(1)上端面的注液排氣閥(9)連接。
專利摘要一種可反復(fù)充放電之高電壓鋰離子電池，包括殼體，鋰離子電池正極板和鋰離子電池負(fù)極板及隔膜，殼體內(nèi)腔充滿電解液，其特征在于殼體內(nèi)至少設(shè)有兩個(gè)由正、負(fù)極板和隔膜疊摞構(gòu)成的鋰離子電池單元，各鋰離子電池單元間串聯(lián)連接構(gòu)成芯體后被整體封裝在一個(gè)殼體內(nèi)。利用物理和化學(xué)原理，打破常規(guī)的單體鋰離子電池中一個(gè)陰極一個(gè)陽(yáng)極的電化學(xué)反應(yīng)方式，采用多陰極、陽(yáng)極在同一殼體內(nèi)的電解質(zhì)液中將物理、化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力強(qiáng)大的電能的過程。這種結(jié)構(gòu)可使鋰離子電池的單體電壓自2.0V至幾百上千伏特、使鋰離子電池的單體容量自幾十毫安時(shí)至上百上千安時(shí)。這種高電壓鋰離子電池具有較高的充放電循環(huán)特性，能滿足各個(gè)領(lǐng)域、各種不同負(fù)載條件下使用要求。
文檔編號(hào)H01M10/38GK2615877SQ03225990
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者鍾馨稼 申請(qǐng)人:鍾馨稼