專利名稱：自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰電池，特別是自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池。
背景技術(shù)：
商品化的鋰離子電池負(fù)極材料大多采用各種嵌鋰碳材料。碳材料存在一些缺點(diǎn) 析出鋰枝晶；首次充放電效率低；與電解液發(fā)生作用；存在明顯的電壓滯后；制備方法比較復(fù)雜。與碳負(fù)極相比，合金類負(fù)極材料一般具有較高的比容量，但循環(huán)性能較差。尖晶石型鈦酸鋰(Li4Ti5O12)具有明顯的優(yōu)勢(shì)是一種零應(yīng)變材料，循環(huán)性能好；有很好的充放電平臺(tái)；理論比容量為175mAh/g，實(shí)際比容量可達(dá)165mAh/g，并集中在平臺(tái)區(qū)域；不與電解液反應(yīng)；價(jià)格便宜，容易制備。Li4Ti5O12與商品化的碳負(fù)極材料相比，通常具有更好的電化學(xué)性能和安全性；與合金類負(fù)極材料相比，更容易制備，成本更低[高劍，姜長(zhǎng)印，應(yīng)皆榮， 萬(wàn)春榮鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰的研究進(jìn)展，電池，2005，(35)5]。但是實(shí)踐證明鈦酸鋰 (Li4Ti5O12)用作負(fù)極與錳酸鋰(LiMn2O4)、鈷酸鋰(LiC。02)、鎳鈷錳(LiNia5Coa2Mna3O2)正極材料制備鋰離子電池普遍存在氣脹現(xiàn)象，為了克服這一問(wèn)題，通常采取改進(jìn)電解液配方，改進(jìn)的電解液又出現(xiàn)了電導(dǎo)率下降問(wèn)題，電解液的電導(dǎo)率下降之后鋰離子電池的電性能同時(shí)也會(huì)下降，克服鈦酸鋰(Li4Ti5O12)用作負(fù)極制備電池氣脹現(xiàn)象，有的采用圓柱剛性殼、方形剛性殼，剛性殼有的是用不銹鋼，有的采用鋁材質(zhì)，但是圓柱電池的圓心部位散熱不良，對(duì)電池的大功率化存在局限性，而現(xiàn)有方形剛性殼雖然沒有圓心部位散熱不良問(wèn)題，但是，現(xiàn)有的方形剛性殼是將電芯從電池殼一端端口套入裝配方式，這種裝配方式，電芯在殼內(nèi)有一定自由空間，一旦出現(xiàn)氣脹，電芯就會(huì)在自由空間內(nèi)發(fā)生變形，變形之后，正、負(fù)極之間出現(xiàn)空隙，一旦正、負(fù)極之間出現(xiàn)空隙，電池的電性能就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)阻增大趨勢(shì)，內(nèi)阻增大之后， 電池發(fā)熱趨勢(shì)更加明顯，電池性能進(jìn)一步變壞，鈦酸鋰(Li4Ti5O12)用作負(fù)極制備電池克服氣脹是當(dāng)前研究一個(gè)熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)鈦酸鋰(Li4Ti5O12)用作負(fù)極制備鋰離子電池脹氣問(wèn)題提出的，是在不改變材料特性前提下，通過(guò)壓力控制保證鋰離子電池性能，創(chuàng)新一種自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)驗(yàn)證明鈦酸鋰(Li4Ti5O12)用作負(fù)極制備鋰離子電池氣脹引起電池內(nèi)阻增大， 容量減小，主要是正、負(fù)極極片制備的電芯發(fā)生變形，變形后的電芯的正、負(fù)極極片間距發(fā)生變大，通過(guò)夾緊電芯，抑制電芯的正、負(fù)極極片間距變大，即使脹氣現(xiàn)象仍然存在，也可以減小電池內(nèi)阻增大產(chǎn)生的影響，采用剛性材質(zhì)制做電池外殼，并且在電池外殼設(shè)置一定氣體容積，使產(chǎn)生的氣體儲(chǔ)存于設(shè)定容積內(nèi)，當(dāng)產(chǎn)生的氣體不斷增加，在電池殼壓力耐受的情況下，電池殼剛度增加，但不會(huì)發(fā)生變形，當(dāng)電池產(chǎn)氣量進(jìn)一步增加，超過(guò)電池殼壓力耐受的情況下，安全閥發(fā)生過(guò)壓泄漏，過(guò)壓泄漏之后，安全閥返回至相對(duì)低壓力密封狀態(tài)，電池
3殼內(nèi)保持恒壓狀態(tài)，保持正壓即可防止大氣滲入，為了保證電池殼在受到內(nèi)壓力增大不會(huì)發(fā)生變形，采取殼、殼底都設(shè)置多個(gè)凸，凸呈幾何圖形分布在殼和殼底平面上，凸起的部分等效一個(gè)個(gè)容納氣體容器，平面與凸相切處形成角邊，這些分布在殼和殼底平面上的角邊顯著增加了殼、殼底的剛度，了殼、殼底的剛度增加之后有效抑制了電池產(chǎn)氣形成內(nèi)壓增高隆脹，電池殼剛度提高之后避免了內(nèi)壓增高隆脹，也就避免了因電池殼隆脹變形引起電芯變形，這樣保證了電池的性能不會(huì)因電芯變形引起的電池性能變化。進(jìn)一步為了避免電池過(guò)度產(chǎn)氣形成過(guò)高壓，造成電池殼爆裂，在電池殼結(jié)構(gòu)中設(shè)置安全閥，安全閥與注液閥兼用，這樣可以達(dá)到電池殼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全閥兼用注液閥由1/2 錐臺(tái)形結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)1/2錐臺(tái)組合之后即形成完全的錐臺(tái)密封塞，兩個(gè)1/2錐臺(tái)組合形成完全的錐臺(tái)安裝在螺紋座的錐孔內(nèi)，當(dāng)旋緊螺紋座內(nèi)螺紋孔的螺紋塞時(shí)，錐臺(tái)密封塞被壓縮， 由于錐臺(tái)密封塞采用橡膠或其它有一定壓縮模量的有機(jī)高分子材料制造，被壓縮后即可達(dá)到密封性能。再進(jìn)一步說(shuō)明，鋰離子電池通常需要在一個(gè)與大氣隔離密封腔內(nèi)工作，一旦水分子進(jìn)入就會(huì)與電解液中六氟磷酸鋰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成不可逆的性能變壞，所于電芯的正、 負(fù)極極耳引出的密封是十分關(guān)鍵的，正極極耳密封座、負(fù)極極耳密封座，分別由錐臺(tái)橡膠塞、卡套、卡座、絕緣壓板、絕緣密封墊組成，卡座穿過(guò)殼一端，由卡套的內(nèi)螺紋與卡座外螺紋鎖緊，絕緣密封墊密封于殼與卡座之間，卡套的內(nèi)螺紋與卡座外螺紋鎖緊時(shí)，絕緣壓板被壓緊，絕緣壓板被壓時(shí)，錐臺(tái)橡膠塞在卡套的錐孔內(nèi)被壓縮，錐臺(tái)橡膠塞被壓縮時(shí)，安裝于錐臺(tái)橡膠塞中央位置正極極耳、負(fù)極極耳被脹緊密封。為了保證電池殼耐受多種化學(xué)腐蝕和保證高低溫的熱脹冷縮不會(huì)影響電池壽命， 電池殼采用不銹鋼或鋁材質(zhì)制造。本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池允許配套錳酸鋰(LiMn2O4)、鈷酸鋰 (LiCtlO2)、鎳鈷錳(LiNia5Coa2Mna3O2)正極材料制備鋰離子電池。本發(fā)明的積極意義本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池克服了鈦酸鋰(Li4Ti5O12)用作負(fù)極制備鋰離子電池脹氣的問(wèn)題，為太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、峰谷調(diào)峰儲(chǔ)能提供了一種安全、 價(jià)格低廉鋰電池。


圖1是本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池主視圖；圖2是圖1的左視圖3是圖1的仰視圖；圖4是圖2的A-A剖視圖；圖5是圖1的B-B剖視圖；圖6是圖1的C-C剖視圖；圖7是圖2的左視圖；圖8是本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池注液安全閥m剖視圖；圖9是圖7的仰視圖；圖10是本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池注液安全閥m的螺紋座m2 示意圖11是本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池注液安全閥m的螺紋套示意圖；圖12是圖11的仰視圖；圖13是本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池注液安全閥m的螺紋塞m4 示意圖；圖14是本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池注液安全閥m的橡膠錐臺(tái)密封塞m3示意圖；圖15是圖14的仰視圖；圖16是本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池卡座ab30示意圖；圖17是本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池的錐臺(tái)橡膠塞ablO示意圖；圖18是圖17的仰視圖；圖19是本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池的絕緣壓板ab40示意圖；圖20是圖19的仰視圖；圖21是本發(fā)明自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池的卡套ab20示意圖；圖22是圖6的I局部放大示意圖；圖1、圖2、圖3中正極極耳al、負(fù)極極耳a2、注液安全閥m、正極極耳密封座abl、 負(fù)極極耳密封座ab2、殼1、殼底2 ；圖4中電芯3、電阻焊接鉚釘如、電阻焊接鉚釘4b、正極極耳al、負(fù)極極耳a2、注液安全閥m、正極極耳密封座abl、負(fù)極極耳密封座ab2、殼1、殼底2 ；圖5中殼1、殼底2、電芯3、橡膠錐臺(tái)密封塞m3、螺紋座m2、螺紋套ml、螺紋塞m4， 環(huán)形硅橡膠墊m5 ；圖6中正極極耳al、由錐臺(tái)橡膠塞ablO、卡套ab20、卡座ab30、絕緣壓板ab40、 環(huán)形橡膠墊ab50組成的正極極耳密封座abl、殼1、殼底2、電芯3 ；圖7中殼底2、正極極耳al、負(fù)極極耳a2 ；圖8中橡膠錐臺(tái)密封塞m3、螺紋座m2、螺紋套ml、螺紋塞m4 ；
具體實(shí)施例參照?qǐng)D1，圖2，圖3、圖7，殼1、殼底2有幾何分布凸，正極極耳al、正極極耳密封座abl、負(fù)極極耳a2、負(fù)極極耳密封座ab2、分布于注液安全閥m的兩側(cè)，安裝在殼1 一端，殼 1、殼底2的連接是激光焊接；參照?qǐng)D4，圖6，圖22，殼1與殼底2封閉的腔內(nèi)安裝電芯3，電芯3的正極極耳al、 負(fù)極極耳a2由鉚釘4a、鉚釘4b連接，通過(guò)正極極耳密封座abl、負(fù)極極耳密封座ab2引出殼1外側(cè)，正極極耳密封座abl、負(fù)極極耳密封座ab2由錐臺(tái)橡膠塞ablO、卡套ab20、卡座 ab30、絕緣壓板ab40、環(huán)形橡膠墊ab50組成，卡座ab30穿過(guò)殼1 一端，由卡套ab20的內(nèi)螺紋與卡座ab30外螺紋鎖緊，環(huán)形橡膠墊ab50密封于殼1與卡座ab30之間，卡套ab20的內(nèi)螺紋與卡座ab30外螺紋鎖緊時(shí)，絕緣壓板ab40被壓緊，絕緣壓板ab40被壓時(shí)，錐臺(tái)橡膠塞 ablO在卡套ab20的錐孔內(nèi)被壓縮，錐臺(tái)橡膠塞ablO被壓縮時(shí)，安裝于錐臺(tái)橡膠塞ablO中央位置正極極耳al、負(fù)極極耳a2被脹緊密封；
參照?qǐng)D5，殼1與殼底2封閉的腔內(nèi)安裝電芯3，由橡膠錐臺(tái)密封塞m3、螺紋座m2、 螺紋套ml、螺紋塞m4組成的注液安全閥m的螺紋座m2穿過(guò)殼1 一端，由螺紋套ml鎖緊，環(huán)形硅橡膠墊m5密封于殼1與螺紋座m2之間；參照?qǐng)D8，橡膠錐臺(tái)密封塞m3安裝在螺紋座m2的錐孔內(nèi)，當(dāng)旋緊螺紋座m2內(nèi)螺紋孔的螺紋塞m4時(shí)，橡膠錐臺(tái)密封塞m3被壓縮密封，參照?qǐng)D14、圖15橡膠錐臺(tái)密封塞m3 為1/2錐臺(tái)，當(dāng)螺紋塞m4退出旋轉(zhuǎn)時(shí)兩片1/2錐臺(tái)結(jié)構(gòu)的橡膠錐臺(tái)密封塞m3過(guò)中心出現(xiàn)縫隙，該縫隙為注液通道，注液完畢時(shí)，旋緊螺紋塞m4，旋緊螺紋塞m4，兩片1/2錐臺(tái)結(jié)構(gòu)的橡膠錐臺(tái)密封塞m3在螺紋座m2的錐孔內(nèi)被壓縮，在橡膠錐臺(tái)密封塞m3的彈性作用形成密封效果，螺紋座m2旋緊程度，根據(jù)密封壓力決定，根據(jù)殼1與殼底2封閉的腔壓力耐受值設(shè)定螺紋座m2旋緊程度，當(dāng)電池脹氣超過(guò)密封壓力時(shí)，橡膠錐臺(tái)密封塞m3的彈性作用形成密封失效，超壓的氣體泄漏，殼1與殼底2封閉的腔壓力下降，降至殼1與殼底2封閉的腔壓力耐受值時(shí)，橡膠錐臺(tái)密封塞m3的彈性作用形成密封恢復(fù)密封作用，殼1與殼底2封閉的腔內(nèi)始終保持正壓值，外界氣體不能進(jìn)入殼1與殼底2封閉的腔內(nèi)，保持了殼1與殼底2隔離大氣的鋰離子電池?zé)o水工作特性的要求。參照?qǐng)D10，螺紋座m2，錐孔大徑端相連是內(nèi)螺紋孔，內(nèi)螺紋孔的外徑是外螺紋；參照?qǐng)D11，螺紋套ml，內(nèi)徑是螺紋孔；參照?qǐng)D13螺紋塞m4，外徑是外螺紋，內(nèi)徑是通孔；參照?qǐng)D14，兩片1/2錐臺(tái)結(jié)構(gòu)的橡膠錐臺(tái)密封塞m3，其中的1/2錐臺(tái)部分；參照?qǐng)D16，卡座ab30內(nèi)圓是內(nèi)錐孔，外圓小徑段為外螺紋；參照?qǐng)D17，圖18，錐臺(tái)橡膠塞ablO外錐臺(tái)形，內(nèi)孔通孔；參照?qǐng)D19，圖20，絕緣壓板ab40，中心通孔；參照?qǐng)D21，卡套ab20內(nèi)圓大徑是螺紋孔；參照?qǐng)D6、圖22，電芯3與正極極耳al、負(fù)極極耳a2由電阻焊接鉚釘如、電阻焊接鉚釘4b鉚接。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池，由正極極耳(al)、負(fù)極極耳(a2)、注液安全閥(m)、正極極耳密封座(abl)、負(fù)極極耳密封座(ab2)、殼(1)、殼底O)、電芯(3)、 電阻焊接鉚釘(如)、電阻焊接鉚釘Gb)組成，其特征是殼(1)、殼底( 有幾何分布凸。
2.按權(quán)利要求1所述的自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池，其特征是注液安全閥(m)由橡膠錐臺(tái)密封塞Ο )、螺紋座(π )、螺紋套(ml)、螺紋塞(m4)組成，橡膠錐臺(tái)密封塞(m3)安裝在螺紋座(m2)的錐孔內(nèi)。
3.按權(quán)利要求2所述的自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池，其特征是橡膠錐臺(tái)密封塞(m3)是兩片(1/2)錐臺(tái)結(jié)構(gòu)。
4.按權(quán)利要求1所述的自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池，其特征是正極極耳密封座(abl)、負(fù)極極耳密封座(油幻由錐臺(tái)橡膠塞(ablO)、卡套(ab20)、卡座(ab30)、絕緣壓板(ab40)組成，錐臺(tái)橡膠塞(ablO)安裝于卡座(ab30)錐孔內(nèi)，正極極耳(al)、負(fù)極極耳(a》安裝于錐臺(tái)橡膠塞(ablO)中央位置，卡套(ab20)的內(nèi)螺紋與卡座(ab30)外螺紋鎖緊，卡套(ab20)壓緊絕緣壓板(ab40)，絕緣壓板(ab40)壓緊錐臺(tái)橡膠塞(ablO)，錐臺(tái)橡膠塞(ablO)脹緊密封正極極耳(al)、負(fù)極極耳(a2)。
5.按權(quán)利要求1所述的自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池，其特征是電芯(3) 與正極極耳(al)、負(fù)極極耳(a2)由電阻焊接鉚釘(如)、電阻焊接鉚釘Gb)鉚接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池，由正極極耳、負(fù)極極耳、注液安全閥、正極極耳密封座、負(fù)極極耳密封座、殼、殼底、電芯、電阻焊接鉚釘、組成，殼、殼底有幾何分布凸提高電池的剛性，同時(shí)凸起空間還是電池產(chǎn)氣的容積，為了保證電池過(guò)度產(chǎn)氣形成過(guò)高內(nèi)壓，設(shè)置了安全閥，安全閥同時(shí)兼用注液閥功能，當(dāng)電池過(guò)度產(chǎn)氣形成超過(guò)允許內(nèi)壓時(shí)安全閥密封失效泄漏出多余的氣體，保持電池內(nèi)壓恒定，自動(dòng)恒壓剛性殼鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池克服了鈦酸鋰(Li4Ti5O12)用作負(fù)極制備鋰離子電池脹氣的問(wèn)題，為太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、峰谷調(diào)峰儲(chǔ)能提供了一種安全、價(jià)格低廉鋰電池。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK102456911SQ201010530980
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者鄧梁 申請(qǐng)人:趙寬, 鄧梁