專利名稱：一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及聚合物鋰離子電池的高輸出比功率大電流放電應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別與一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器有關(guān)。
背景技術(shù)：
日益加重的能源與環(huán)境壓力使得發(fā)展高比功率能源電池成為行業(yè)發(fā)展的必然，對(duì)于中國(guó)這個(gè)石油資源匱乏的國(guó)家尤其重要，大力發(fā)展新能源是實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源動(dòng)力安全、環(huán)境保護(hù)以及中國(guó)汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式、可持續(xù)發(fā)展的需要。無(wú)論是電動(dòng)車能源和特種裝備行業(yè)隨著技術(shù)進(jìn)步對(duì)聚合物鋰離子電池的使用提出了更高的要求。目前，國(guó)內(nèi)外高能聚合物鋰離子電池的使用中，該類電池與電池組在高輸出比功率大電流技術(shù)條件下工作，普遍存在由于是聚合物鋰離子電池大部份是固態(tài)(或液固中間相)電解液界面，傳導(dǎo)率低，其極化現(xiàn)象嚴(yán)重。而傳統(tǒng)制造工藝中正負(fù)輸出單一極耳金屬導(dǎo)·電片厚度的設(shè)置是有嚴(yán)格限制的，因?yàn)檫B接器金屬導(dǎo)電片太厚就無(wú)法與單體電池內(nèi)部極片組的總正和總負(fù)集流體進(jìn)行超聲波焊接，從而形成了由于正負(fù)輸出極耳金屬片導(dǎo)電截面受限而造成高輸出比功率大電流技術(shù)條件下工作的電池在放電時(shí)，單體電池極耳金屬導(dǎo)電片截面單位額定電流密度低于輸出電流密度太多，而導(dǎo)致溫度急劇上升，電池單體內(nèi)部的極化現(xiàn)象嚴(yán)重，由于電池整體溫度鏈傳導(dǎo)對(duì)電池活性材料表面形成的SEI膜也隨著循環(huán)次數(shù)的增加而逐步破壞，影響了電池的使用壽命。更嚴(yán)重的是由于電池內(nèi)部的熱效應(yīng)積累過(guò)快，給電池帶來(lái)由于熱失控平臺(tái)降低弓I發(fā)的安全隱患。從電化學(xué)原理分析可知，大容量電池在高輸出比功率大電流放電條件下，放電倍率越高，由于導(dǎo)電截面面積不夠而引起電池內(nèi)部的極化現(xiàn)象就越嚴(yán)重。過(guò)渡的極化導(dǎo)致電池內(nèi)部局部電流密度過(guò)大,太大的電流密度使得電池中的活性材料(陰極)的性質(zhì)發(fā)生改變甚至導(dǎo)致陰極材料晶格塌陷，從而使得不可逆容量增大，容量產(chǎn)生衰減。而且這種惡性循環(huán)，部分材料晶體的破壞會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部更為嚴(yán)重的極化現(xiàn)象，如此循環(huán)下去，電池性能也會(huì)加速下降。因此系統(tǒng)調(diào)整電池連接器正負(fù)極極耳金屬導(dǎo)電片內(nèi)部的電流密度的分布，均衡電流密度的一致性，是改善電池高倍率放電性能和提高大容量電池循環(huán)性能的有效途徑。在傳統(tǒng)傳統(tǒng)工藝制造高能聚合物鋰離子電池中，如圖I所示，在傳統(tǒng)傳統(tǒng)聚合物鋰離子電池的單個(gè)極片成分構(gòu)成包括一片銅集流體金屬薄片10、兩片鋁集流體金屬薄片20、兩片正極材料薄膜30、兩片20固態(tài)電解質(zhì)隔膜40、兩片負(fù)極材料薄膜50。兩片鋁集流體金屬薄片20位于最外側(cè)，在每個(gè)鋁集流體金屬薄片20內(nèi)側(cè)向內(nèi)依次疊放一片正極材料薄膜30、一片20固態(tài)電解質(zhì)隔膜40、一片負(fù)極材料薄膜50，在兩片負(fù)極材料薄膜50之間疊放一片銅集流體金屬薄片10。上述極片經(jīng)過(guò)封裝后，形成如圖2所示的單片電池極片60，銅集流體金屬薄片10和鋁集流體金屬薄片20上引出部分封裝后分別形成正極極耳71和負(fù)極極耳72。又參見(jiàn)圖3、圖4，單體電池組是由若干單片電池極片60疊放形成，所有單片電池極片60的同一極性的極耳成組壓合整形，然后輸出導(dǎo)電體80夾在整體極耳上焊接固定。再如圖5所示，輸出導(dǎo)電體80上焊接正負(fù)導(dǎo)電金屬片90，形成單體電池完整結(jié)構(gòu)，最后如圖6所示，采用鋁塑包裝后形成聚合物鋰離子電池100。由上述可知，在傳統(tǒng)聚合物鋰離子電池中，極耳輸出連接器是將全部極耳采用一個(gè)輸出導(dǎo)電體80夾固，由單片正負(fù)導(dǎo)電金屬片90接出，正負(fù)導(dǎo)電金屬片90內(nèi)部的電流密度的分布不均，電流密度的一致性差。鑒于此，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，本案由此產(chǎn)生。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，適合于高比功率工作狀況下聚合物鋰離子電池多層正負(fù)極極耳連接，能有效增大受限導(dǎo)電面·積，在高輸出比功率工作負(fù)載技術(shù)條件下消除電池極化效應(yīng)和熱效應(yīng)積累，降低了高輸出比功率工作負(fù)載技術(shù)條件下單體電池極耳端部及整體的溫升，提高電池電壓工作平臺(tái)和高倍率大電流情況下電池的輸出有效容量。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，包括高分子材料絕緣片和多個(gè)極耳金屬薄片；高分子材料絕緣片將極耳金屬薄片相隔固化成一輸出連接器整體。所述的高分子材料絕緣片為PPC材料絕緣片。所述的高分子材料絕緣片包括多層片體，每個(gè)片體與極耳金屬薄片間隔分布，置入固定工裝，熱壓合成為一整體結(jié)構(gòu)。所述的高分子材料絕緣片為一整體，極耳金屬薄片等間距排布后，高分子材料在定型模具中高壓注塑成型形成輸出連接器的整體結(jié)構(gòu)。所述的極耳金屬薄片包括正極極耳金屬薄片和負(fù)極極耳金屬薄片，正極極耳金屬薄片為高純度鋁金屬薄片，負(fù)極極耳金屬薄片為高純度銅或鎳金屬薄片，兩者厚度控制為
O.I-O. 5 暈米。所述的高分子材料絕緣片厚度控制為O. 01-0. 6毫米。所述的輸出連接器整體總厚度控制為O. 5-4_。所述的正極極耳金屬薄片，由多層正極高純度鋁金屬薄片疊加組成，所述的負(fù)極極耳金屬薄片，由多層高純度銅或鎳金屬薄片疊加組成，其正極高純度鋁金屬薄片或高純度銅或鎳金屬薄片的厚度在O. 005-0. 5mm之間。所述的極耳金屬薄片表面均有O. 008-0. 010毫米的厚度得鍍銀層。采用上述方案后，本實(shí)用新型具有諸多有益效果本實(shí)用新型提高電池組的安全性和可靠性，消除導(dǎo)電電流截面受限的電池輸出功率低下和因熱量傳遞電芯帶來(lái)的不良隱患，有效降低內(nèi)阻30%，電池內(nèi)極片一致性匹配率提高85%，電池正負(fù)極端部電池溫升減低26%，電池與電池組在高輸出比功率大電流負(fù)載15-20C倍率技術(shù)條件下工作，輸出容量提高36%。電池極化現(xiàn)象大大降低，熱效應(yīng)積累速率比原來(lái)降低23%。如在20AH容量的異型電芯串聯(lián)后，20C倍率放電2分45秒(截止電壓2. 9V)情況下最高溫度(最后20秒)60. 5°C，平均溫度小于51°C，有效降低聚合物鋰離子動(dòng)力電池高比功率大電流放電工況下的溫度。循環(huán)壽命提高42%以上，有效提高電池高倍率放電的工作性能平臺(tái)。本實(shí)用新型中的輸出連接器形成的裝配工藝簡(jiǎn)單，采用多層結(jié)構(gòu)可以有效提高電池裝配工藝標(biāo)準(zhǔn)化程度，所有零件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化制造，由于無(wú)焊接裝配工作功率是原工藝的5倍。本實(shí)用新型中根據(jù)多層極耳金屬薄片數(shù)可以實(shí)現(xiàn)多路功能輸出。

圖I為傳統(tǒng)聚合物鋰離子電池的極片成分構(gòu)成示意圖；圖2為傳統(tǒng)聚合物鋰離子電池的單片電池極片示意圖；圖3為傳統(tǒng)聚合物鋰離子電池的電池極片組示意圖；圖4為傳統(tǒng)聚合物鋰離子電池成組壓合整形及導(dǎo)電金屬片構(gòu)成示意圖；圖5為傳統(tǒng)聚合物鋰離子電池成組正負(fù)極耳導(dǎo)電金屬片完整結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為傳統(tǒng)聚合物鋰離子電池鋁塑包裝后示意圖；圖7為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例熱合方式示意圖；圖8為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例注塑方式示意圖；圖9為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例安裝在電池內(nèi)極片連接方式結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例應(yīng)用的完整電池示意圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖7至圖10，對(duì)本實(shí)用新型較佳實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，包括高分子材料絕緣片I和多個(gè)極耳金屬薄片2。本實(shí)施例中的高分子材料絕緣片I采用聚碳酸亞丙酯高分子樹脂材料，高分子材料絕緣片I將極耳金屬薄片2相隔固化形成輸出連接器3整體。輸出連接器3可以采用兩種工藝方式制成，其一，如圖7所示，高分子材料絕緣片I是包括多層片體11，每個(gè)片體11與極耳金屬薄片2間隔分布，然后置入固定工裝，熱壓合成的加工方式完成置入固定工裝，熱壓合成為一輸出連接器3整體結(jié)構(gòu)。其二，如圖8所示，極耳金屬薄片2等間距排布后，高分子材料在定型模具中高壓注塑成型形成輸出連接器3的整體結(jié)構(gòu)。上述兩種方式正負(fù)極都適用，而且均無(wú)需機(jī)械連接加固和焊接解決界面結(jié)合問(wèn)題，其中高分子材料絕緣片厚度控制在O. 01-0. 6mm之間。其中，在本實(shí)施例中，極耳金屬薄片2包括正極極耳金屬薄片和負(fù)極極耳金屬薄片，兩者采用不同金屬材料，其中正極極耳金屬薄片為高純度鋁金屬薄片，負(fù)極極耳金屬薄片為高純度銅或鎳金屬薄片，兩者厚度控制為O. 1-0. 5mm。正極極耳金屬薄片和負(fù)極極耳金屬薄片可以是一層結(jié)構(gòu)，也可以使多層結(jié)構(gòu)。多層時(shí)，每個(gè)正極高純度鋁金屬薄片或者負(fù)極高純度銅或鎳金屬薄片的厚度在O. 005-0. 5mm之間。另外，所述的極耳金屬薄片2表面均有O. 008-0. OlOmm的厚度得鍍銀層。整個(gè)輸出連接器3整體總厚度控制為O. 5-4mm之間。本實(shí)用新型裝配到電池內(nèi)部后，其結(jié)構(gòu)如圖9所示，多個(gè)電池極片4分成若干小組，在同一組中的電池極耳5壓合整形，夾固后由極耳金屬薄片2引出，多個(gè)小組就用多層極耳金屬薄片2的形式，然后由高分子材料絕緣板I固定成一個(gè)整體。電池包封后整體結(jié)構(gòu)如圖10所示。本實(shí)用新型與傳統(tǒng)工藝相比，有效降低內(nèi)阻30%，電池內(nèi)極片一致性匹配率提高85%，電池正負(fù)極端部電池溫升減低15%，電池與電池組在高輸出比功率大電流負(fù)載15-20C倍率技術(shù)條件下工作，輸出容量提高36%。電池極化現(xiàn)象大大降低，熱效應(yīng)積累速率比原來(lái)降低23%。如在20AH容量的異型電芯串聯(lián)后，20C倍率放電2分45秒(截止電壓2. 9V)情況下最高溫度(最后20秒)72°C，平均溫度小于53°C，有效降低聚合物鋰離子動(dòng)力電池組大電流放電的溫度。循環(huán)壽命提高43%，有效提高電池組高倍率放電的工作性能。本實(shí)用新型裝配工藝簡(jiǎn)單，所有零件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化制造。同一輸出連接器機(jī)構(gòu)根據(jù)多層極耳金屬薄片數(shù)可以實(shí)現(xiàn)多路功能輸出，采用正負(fù)極多層極耳輸出連接器結(jié)構(gòu)可以有效提高裝配性和導(dǎo)電電流的熱功率降低。本實(shí)用新型提高電池組的安全性和可靠性，消除因焊接產(chǎn)生的熱量傳遞電芯帶來(lái)的不良隱患，大幅度的改善在電池高輸出比功率大電流放電的工作條件電池的極化效應(yīng)和熱效應(yīng)的積累，電池工作溫度同比傳統(tǒng)聚合物鋰離子電池結(jié)構(gòu)要下降30%，輸出容量提高38%，電池極化效應(yīng)降低，熱失控平臺(tái)提高溫度80-95度?！ど鲜鰧?shí)施例僅用于解釋說(shuō)明本實(shí)用新型的發(fā)明構(gòu)思，而非對(duì)本實(shí)用新型權(quán)利保護(hù)的限定，凡利用此構(gòu)思對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，其特征在于包括高分子材料絕緣片和多個(gè)極耳金屬薄片；高分子材料絕緣片將極耳金屬薄片相隔固化成一輸出連接器整體。
2.如權(quán)利要求I所述的一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，其特征在于所述的高分子材料絕緣片為PPC材料絕緣片。
3.如權(quán)利要求I所述的一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，其特征在于所述的高分子材料絕緣片包括多層片體，每個(gè)片體與極耳金屬薄片間隔分布，置入固定工裝，熱壓合成為一整體結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求I所述的一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，其特征在于所述的高分子材料絕緣片為一整體，極耳金屬薄片等間距排布后，高分子材料在定型模具中高壓注塑成型形成輸出連接器的整體結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求I所述的一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，其特征在于所述的極耳金屬薄片包括正極極耳金屬薄片和負(fù)極極耳金屬薄片，正極極耳金屬薄片為高純度鋁金屬薄片，負(fù)極極耳金屬薄片為高純度銅或鎳金屬薄片，兩者厚度控制為0.1-0. 5 暈米。
6.如權(quán)利要求I或2所述的一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，其特征在于所述的高分子材料絕緣片厚度控制為0. 01-0. 6毫米。
7.如權(quán)利要求I所述的一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，其特征在于所述的輸出連接器整體總厚度控制為0. 5-4_。
8.如權(quán)利要求5所述的一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，其特征在于所述的正極極耳金屬薄片，由多層正極高純度鋁金屬薄片疊加組成，所述的負(fù)極極耳金屬薄片，由多層高純度銅或鎳金屬薄片疊加組成，其正極高純度鋁金屬薄片或高純度銅或鎳金屬薄片的厚度在0. 005-0. 5mm之間。
9.如權(quán)利要求I所述的一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，其特征在于所述的極耳金屬薄片表面均有0. 008-0. 010毫米的厚度得鍍銀層。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種高比功率聚鋰電池多層正負(fù)極極耳輸出連接器，包括高分子材料絕緣片和多個(gè)極耳金屬薄片。高分子材料絕緣片將極耳金屬薄片相隔固化成一輸出連接器。本實(shí)用新型解決傳統(tǒng)電池正負(fù)極極耳由于輸出金屬導(dǎo)電片截面積不夠而造成的電池溫度過(guò)高、引起電池內(nèi)部極化嚴(yán)重、熱效應(yīng)集中、大電流輸出容量及電壓平臺(tái)過(guò)低的技術(shù)瓶頸，使用該多層正負(fù)極極耳連接器結(jié)構(gòu)有效提高動(dòng)力電池電池高輸出比功率的能力，降低電池極化溫度26%，輸出電壓平臺(tái)提高0.2-0.4V，同時(shí)提高了電池的安全性、可靠性、一致性，改善電池的循環(huán)性能，延長(zhǎng)電池使用壽命42%。突破了傳統(tǒng)電池聚合物鋰離子電池導(dǎo)電集流體截面積與高輸出比功率相互制約技術(shù)難關(guān)。
文檔編號(hào)H01M2/20GK202758954SQ20122040101
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者馬軍玲, 王雪晴 申請(qǐng)人:廈門太和動(dòng)力電源科技有限公司