圓柱形單體400Ah鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種鋰離子電池，特別是涉及一種圓柱形單體400Ah鋰離子電池。圓柱形單體400Ah鋰離子電池，包括：圓柱形電池外殼1，電池芯軸3，極耳4，接線端子6，正、負(fù)極端蓋11，正極極片，負(fù)極極片，作為集流體的鋁箔，本實(shí)用新型制備出的圓柱形鋰離子電池，單體容量達(dá)到400Ah以上，是目前國內(nèi)外鋰離子電池市場上已見報道研制出的圓柱形最大單體容量的電池。
【專利說明】圓柱形單體400Ah鋰離子電池
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鋰離子電池，特別是涉及一種圓柱形單體400Ah鋰離子電池。
【背景技術(shù)】：
[0002]面向21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和信息社會的到來，特別是由于各種移動通訊設(shè)備、電子器件、辦公自動化用品、家用電器和醫(yī)療器械的普及，人們對能源的需求越來越大。同時，為了減緩人類本身和自然界的沖突，尋求可持續(xù)發(fā)展之路，保護(hù)自然環(huán)境和自然資源已成為人類進(jìn)入21世紀(jì)后所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，新能源和新材料的開發(fā)及利用已成為世界各國必須解決的首要課題。
[0003]電能是人類社會在日常生活和工作中不可缺少的重要能源，任何其它資源的利用一般都要借助電能。而電能的儲存、轉(zhuǎn)化、輸送都要涉及電池技術(shù)。
[0004]當(dāng)今的信息時代，人們不但對電源的需求量日益增加，更重要的是對電源性能的要求越來越高。這種要求主要體現(xiàn)在高比功率、高比能量、長循環(huán)壽命和大的容量等指標(biāo)上；同時對電源的安全性、價格以及環(huán)境友好程度也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等，因使用壽命短，能量密度較低以及環(huán)境污染等問題而大大地限制了它們的使用。由于鋰離子電池具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，使其成為目前新型高能綠色電池中的佼佼者。
[0005]鋰離子電池是在鋰電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型電池，它與鋰電池相比最大的優(yōu)點(diǎn)在于可利用鋰離子嵌入、脫出的材料來代替金屬鋰，從而解決了鋰陽極的鈍化和枝晶穿透問題。在保持了鋰電池高容量、高電壓等優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，顯著提高了電池的充放電效率和循環(huán)壽命，電池的安全性能，也得到了明顯改善。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種圓柱形超大容量鋰離子電池。
[0007]圓柱形單體400Ah鋰離子電池，包括：
[0008]圓柱形電池外殼1，電池芯軸3，極耳4，接線端子6，正、負(fù)極端蓋11，正極極片，負(fù)極極片，作為集流體的鋁箔，所述接線端子6與電池芯軸3在軸線方向固定連接，還包括：
[0009]支撐架5、滑動環(huán)7、極耳夾緊螺母8、絕緣墊9、O型圈10、接線端子鎖緊螺母12、定位螺釘13。
[0010]作為優(yōu)選方案，所述鋁箔厚度為30±2μπι，寬度為320± 1mm，正極極片、負(fù)極極片長度為33. 81m ;所述極耳規(guī)格為：長70±lmm，寬為10±0· 1mm，厚為O. 15±0· 015mm。
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有3個安全閥片，其直徑為13mm，厚度為O. 5mm，爆破壓力為7. 5_8kg ;圓柱形電池外殼I直徑為134臟，長度為450mm，壁厚為Imm ；
[0012]連接關(guān)系是：在正、負(fù)極極片邊緣光箔位置各焊接100根鋁極耳，并用高溫膠紙將極耳根部粘貼牢固；將均分成組的正、負(fù)極極耳4穿過接線端子6和滑動環(huán)7之間的空隙，并用極耳夾緊螺母8固定夾緊，將電芯裝入圓柱形電池外殼I中，分別在電池殼兩端套上支撐架5，支撐架裝配結(jié)束后，分別按照順序?qū)⒔泳€端子6、O型圈10、絕緣墊9、正、負(fù)極端蓋11連接在一起，用接線端子鎖緊螺母12和定位螺釘13固定。
[0013]本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0014](一)本實(shí)用新型制備出的圓柱形鋰離子電池，單體容量達(dá)到400Ah以上，是目前國內(nèi)外鋰離子電池市場上已見報道研制出的圓柱形最大單體容量的電池。
[0015](二）本實(shí)用新型制備的圓柱形鋰離子電池針刺實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，電池不燃燒、不爆炸，電池表面溫度僅34°C。電池的安全性顯著得到提高。
[0016](三）本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了新穎的圓柱形外型，實(shí)用性強(qiáng)，耐蝕、耐壓、抗沖擊、耐振動性強(qiáng),成本低,單體電池容量大，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理,大大提高了電池的散熱性,熱穩(wěn)定性和安全性。
[0017](四）在優(yōu)選方案中，在電池兩端的端蓋上巧妙地分別安放了3個安全閥片；在電池芯和接線端子的連接方式上采用了獨(dú)特的“接線箍結(jié)構(gòu)”，這些設(shè)計(jì)顯著降低了電池的內(nèi)阻，提高了電池的安全可靠性。
[0018](五）本實(shí)用新型工藝流程簡單，適合應(yīng)用于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】：
[0019]附圖I是實(shí)施例I制備的圓柱形單體400Ah LiFeP04/Li4Ti5012鋰離子電池的裝配剖面示意圖。圖中，I代表圓柱形電池外殼，2代表電池卷芯，3代表電池芯軸，4代表極耳，5代表支撐架，6代表接線端子，7代表滑動環(huán)，8代表夾緊螺母，9代表絕緣墊，10代表O型圈、11代表正、負(fù)極端蓋，12代表接線端子鎖緊螺母，13代表定位銷。
[0020]圖2是實(shí)施例I制備的圓柱形單體400Ah LiFeP04/Li4Ti5012鋰離子電池的產(chǎn)品示意圖。
[0021]圖3是實(shí)施例I制備的圓柱形單體400Ah LiFeP04/Li4Ti5012鋰離子電池的外形尺寸示意圖；單位：毫米。
[0022]圖4是實(shí)施例I制備的圓柱形單體400Ah LiFeP04/Li4Ti5012鋰離子電池的充放電曲線圖。圖中，橫坐標(biāo)代表容量，單位：安時，縱坐標(biāo)代表電壓，單位：伏特。
【具體實(shí)施方式】：
[0023]為了進(jìn)一步更加清楚地說明本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]實(shí)施例I :
[0025]圓柱形單體400Ah鋰離子電池，包括：
[0026]圓柱形電池外殼1，電池芯軸3，極耳4，接線端子6，正、負(fù)極端蓋11，正極極片，負(fù)極極片，作為集流體的鋁箔，所述接線端子6與電池芯軸3在軸線方向固定連接，還包括：
[0027]支撐架5、滑動環(huán)7、極耳夾緊螺母8、絕緣墊9、O型圈10、接線端子鎖緊螺母12、定位螺釘13。
[0028]作為優(yōu)選方案，所述鋁箔厚度為30±2μπι，寬度為320± 1mm，正極極片、負(fù)極極片長度為33. 81m ;所述極耳規(guī)格為：長70±lmm，寬為10±0· 1mm，厚為O. 15±0· 015mm。
[0029]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有3個安全閥片，其直徑為13mm，厚度為O. 5mm，爆破壓力為7. 5_8kg ;圓柱形電池外殼I直徑為134臟，長度為450mm，壁厚為Imm ；
[0030]連接關(guān)系是：在正、負(fù)極極片邊緣光箔位置各焊接100根鋁極耳，并用高溫膠紙將極耳根部粘貼牢固；將均分成組的正、負(fù)極極耳4穿過接線端子6和滑動環(huán)7之間的空隙，并用極耳夾緊螺母8固定夾緊，將電芯裝入圓柱形電池外殼I中，分別在電池殼兩端套上支撐架5，支撐架裝配結(jié)束后，分別按照順序?qū)⒔泳€端子6、O型圈10、絕緣墊9、正、負(fù)極端蓋11連接在一起，用接線端子鎖緊螺母12和定位螺釘13固定。
[0031]制造上述圓柱形單體400Ah鋰離子電池的方法，過程如下：
[0032](一）電極的制備
[0033]將事先烘烤好的原料磷酸鐵鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比42. 0-43. O :1.3-1.7 :0. 8-1. 2 :2. 5-3.5 :51.0-53.0的比例充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池正極漿料；將事先烘烤好的原料鈦酸鋰、導(dǎo)電炭黑、石墨、粘結(jié)劑PVDF、溶劑NMP按照質(zhì)量百分比49. 0-50. O :0. 8-1. 2 :0. 8-1. 2 :3. 0-4. O :44. 0-46. O的比例充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成電池?fù)極漿料；
[0034]涂布和輥壓過程中，正、負(fù)極均采用鋁箔作為集流體，鋁箔厚度為30±2μπι，寬度為320 ± Imm,正、負(fù)極極片長度均為33. 81m ；
[0035](二）電池的組裝
[0036]將上面步驟制得的極片100°C烘烤48h，再將正、負(fù)極極片與隔膜平行對齊，放置于全自動卷繞機(jī)上，在正、負(fù)極極片邊緣光箔位置各焊接100根鋁極耳，并用高溫膠紙將極耳根部粘貼牢固，正、負(fù)極鋁極耳規(guī)格為：長70±lmm，寬為10±0· 1mm，厚為
O.15±0. 015mm ;
[0037]將均分成組的正、負(fù)極極耳4穿過接線端子6和滑動環(huán)7之間的空隙，并用極耳夾緊螺母8固定夾緊，這種連接方式稱為“接線箍結(jié)構(gòu)”;小心地將電芯裝入圓柱形電池外殼I中；分別在電池殼兩端套上支撐架5，支撐架裝配結(jié)束后，分別按照順序?qū)⒔泳€端子6、O型圈10、絕緣墊9、正、負(fù)極端蓋11連接在一起，用接線端子鎖緊螺母12和定位螺釘13固定；在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有3個安全閥片，其直徑為13mm，厚度為O. 5mm,爆破壓力為7. 5_8kg，在卷繞、裝配和焊接過程中，要用萬用表進(jìn)行短路檢驗(yàn)，采用真空注液進(jìn)行注液，電解液為LiPF6 (EC+PC+DMC+DEC)，最后用激光焊機(jī)將電池兩端的端蓋密封焊上。
[0038]產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)如下：
[0039]電池外殼：不銹鋼；直徑：134mm ;長度：450mm ;重量：12kg ;額定容量：400Ah ;額定工作電壓I. 8V ;內(nèi)阻：0. 33mΩ ;循環(huán)使用壽命：8000次以上。
[0040]實(shí)施例I制備的圓柱形單體400Ah LiFePCVLi4Ti5O12鋰離子電池的產(chǎn)品照片如附圖2所示，其外形尺寸示意圖如附圖3所示。
[0041]采用深圳市新威爾電子有限公司生產(chǎn)的BTS-5V200A電池檢測設(shè)備，對實(shí)施例I制備的圓柱形單體400Ah LiFePCVLi4Ti5O12鋰離子電池進(jìn)行恒流充放電性能測試。按照《電動汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，充電過程為先恒流充電后恒壓充電，充電限制電壓為2. 3V ;放電過程為恒流放電，放電截止電壓為O. 5V，采用0.33C的電流進(jìn)行充放電測試。
[0042]實(shí)施例I制備的圓柱形單體400Ah LiFeP04/Li4Ti5012鋰離子電池，重量為12kg，放電容量為417. 718Ah，充放電效率為99. 6%，電池的內(nèi)阻為O. 33m Ω，循環(huán)壽命按最保守的估計(jì)可達(dá)到8000次以上(理論計(jì)算為20000次)。
[0043]從附圖4可以看出，電池的充放電電壓十分平穩(wěn)，平臺電位保持時間較長(平臺容量達(dá)放電容量的95%左右)，這是存在尖晶石型Li4Ti5O12與巖鹽型Li7Ti5O12兩相反應(yīng)的特征。兩相的互變使得該電極電位保持平穩(wěn)。當(dāng)兩相轉(zhuǎn)變基本完成時，其電位便發(fā)生快速上升或下降的突躍。充放電結(jié)束時產(chǎn)生的明顯的電壓突變現(xiàn)象可用于指示終止充放電，便于電池容量的檢測。
[0044]實(shí)施例I制備的圓柱形單體400Ah LiFeP04/Li4Ti5012鋰離子電池的內(nèi)阻僅為
O.33m Ω，導(dǎo)電性非常好。大容量電池極片橫截面積也較大，故電池內(nèi)阻較?。娮枧c橫截面積成反比)。采用該技術(shù)制備的電池與采用疊片技術(shù)制備的電池相比，由于電池的極片在卷繞過程中，在張力的作用下，使得正、負(fù)極片與隔膜之間緊密結(jié)合，卷芯緊實(shí)且橫截面積大，這使得電池的內(nèi)阻極其微小。
[0045]在本發(fā)明實(shí)施例I的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，圓柱形LiFeP04/Li4Ti5012鋰離子電池的容量未見衰減，根據(jù)Li4Ti5O12M料的特點(diǎn)以及前期小容量電池的數(shù)據(jù)推測，該款400Ah圓柱形LiFePCVLi4Ti5O12鋰離子電池的循環(huán)壽命按最保守的估計(jì)可達(dá)到8000次以上(理論計(jì)算為20000次)，是目前國內(nèi)、外市場上一般鋰離子電池壽命的2-4倍。
[0046]實(shí)施例I制備的圓柱形單體400Ah LiFePCVLi4Ti5O12鋰離子電池，其內(nèi)阻、循環(huán)壽命以及其他主要技術(shù)指標(biāo)均完成了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。
[0047]對實(shí)施例I制備的圓柱形單體400Ah LiFePCVLi4Ti5O12鋰離子電池，按照《電動汽車用鋰離子蓄電池》中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T743-2006，進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，電池不燃燒、不爆炸；電池兩端端蓋上的6個安全閥片均未被打開；電池表面溫度僅有34°C。而目前市場上常規(guī)LiFeP04/C電池針刺實(shí)驗(yàn)，電池表面溫度為200°C，電池的安全性顯著得到提聞。
[0048]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例I所制備的圓柱形單體400Ah LiFePCVLi4Ti5O12鋰離子電池容量大、內(nèi)阻小、循環(huán)壽命長、安全可靠性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、性能一致性佳，可廣泛應(yīng)用于電動汽車、混合動力汽車、軍事裝備、航天航空、水力、火力、風(fēng)力、太陽能電站儲存電源系統(tǒng)，以及郵電通訊的不間斷電源上，從而滿足了日益增長的市場需求，具有廣闊的發(fā)展前
旦
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[0049]開發(fā)和應(yīng)用綠色能源，是歷史的必然選擇。高容量、大功率、安全可靠的圓柱形鋰離子動力電池，將在國內(nèi)、外市場上占據(jù)重要地位，具有無限的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.圓柱形單體400Ah鋰離子電池，其特征在于，包括:圓柱形電池外殼(1)，電池芯軸(3)，極耳(4)，接線端子(6)，正、負(fù)極端蓋(11)，正極極片，負(fù)極極片，作為集流體的鋁箔，所述接線端子(6)與電池芯軸(3)在軸線方向固定連接，其特征在于，還包括: 支撐架(5)、滑動環(huán)(7)、極耳夾緊螺母(8)、絕緣墊(9)、O型圈(10)、接線端子鎖緊螺母(12)、定位螺釘(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓柱形單體400Ah鋰離子電池，其特征在于，所述鋁箔厚度為30±2μπι，寬度為320± 1mm，正極極片、負(fù)極極片長度為33.81m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述圓柱形單體400Ah鋰離子電池，其特征在于，所述極耳規(guī)格為:長 70±1_，寬為 10±0.1_，厚為 0.15±0.015_。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述圓柱形單體400Ah鋰離子電池，其特征在于，在正、負(fù)極端蓋上各設(shè)有3個安全閥片，其直徑為13mm，厚度為0.5mm，爆破壓力為7.5_8kg。
【文檔編號】H01M2/26GK203377335SQ201320070958
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月7日
【發(fā)明者】唐致遠(yuǎn), 孫蕾, 王琪, 凌國維 申請人:天津大學(xué)