CN103367814A - 一种新型锂离子动力电池的电芯构造 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学电源领域，具体涉及一种新型锂离子动力电池的电芯构造。本发明包括正极片、隔膜、负极片，电芯的负极极耳关于正极极耳对称布置，或者正极极耳关于负极极耳对称布置；正极片与负极片交替叠加，且正极片与负极片间垫有隔膜，用铝螺栓将正极片紧固在一起形成正极极耳，用铜螺栓将负极片紧固在一起形成负极极耳。把20Ah本发明单体电池与常规叠片设计电池相比，温度场分布更加均匀；当放电倍率达到10C时，极耳附近电池表面的温度降低了7～8℃，电池中心温度降低6～7℃，电池表面整体温度平均降低了6～8℃。
Description
技术领域
本发明属于化学电源领域，具体涉及一种新型锂离子动力电池的电芯构造。
背景技术
目前锂离子电池电芯设计（电芯构造）包括叠片设计和卷绕设计，叠片设计电芯的安全性能比卷绕设计高，所以市场上锂离子动力电池电芯设计采用的是叠片设计。由于叠片电芯设计中，每个正、负极片采用单极耳，且正极极耳不关于负极极耳对称或者负极极耳不关于正极极耳对称，导致锂离子电池在大电流充放电的条件下，极化与内阻较大，电池的温度场和电流密度分布不均匀，热量容易聚集在极耳附近而发生热失控，导致安全隐患，容易发生爆炸。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型锂离子动力电池的电芯构造，解决大容量单体动力电池在大倍率放电情况下易发生急剧的发热现象，减少单体电池的极化与内阻，且使单体电池的温度场分布均匀，降低电池工况下的安全隐患。
本发明技术方案：一种新型锂离子动力电池的电芯构造，包括正极片、隔膜、负极片，电芯的负极极耳关于正极极耳对称布置，或者正极极耳关于负极极耳对称布置。
一种新型锂离子动力电池的电芯构造，正极片与负极片交替叠加，且正极片与负极片间垫有隔膜，用铝螺栓将正极片紧固在一起形成正极极耳，用铜螺栓将负极片紧固在一起形成负极极耳。
一种新型锂离子动力电池的电芯构造，采用电芯的负极极耳关于正极极耳对称布置时，则电池电芯的最外层为负极片；采用正极极耳关于负极极耳对称布置时，则电池电芯的最外层为正极片。
一种新型锂离子动力电池的电芯构造，正极片或负极片为圆形、四边形、六边形、八边形或其它对称多边形。
一种新型锂离子动力电池的电芯构造，电芯构造方案之一为：正极片与负极片为正方形，采用负极片包正极片，即电池电芯的最外层为负极片；方形负极片中心布有避免与正极片、铝垫片与铝螺栓接触的负极片中心通孔，四角上设有负极片未涂覆负极料区及负极片通孔，其余部分为负极片涂覆负极料区；方形正极片中心设有正极片未涂覆正极料区及正极片中心通孔，四角上分别截去一避免与铜垫片及铜螺栓接触的小正方形，其余部分为正极片涂覆正极料区；隔膜形状与正极片相同，但面积大于正极片，避免正、负极片接触而短路；依次以套于铜螺栓上的方形铜垫片、负极片、隔膜、套于铝螺栓上的圆形铝垫片、正极片、隔膜、套于铜螺栓上的方形铜垫片……负极片、套于铜螺栓上的方形铜垫片顺序循环叠下去形成电芯，用螺帽锁紧分别穿入电芯四角通孔的铜螺栓形成负极极耳，用螺帽锁紧穿入电芯中间通孔的铝螺栓形成正极极耳。
本发明中，叠成单体电池电芯的负极极耳（负极片通孔）关于正极极耳（中心通孔）对称布置，或者正极极耳关于负极极耳对称布置，使用多极耳放电，不仅增强了分流能力，减小极化，降低了内阻，而且极耳之间的全对称分布设计使电芯中电流密度与温度场分布均匀，在大电流高倍率放电条件下，极耳附近的温度降低8℃左右，降低了电池工况下的安全隐患；本发明中，用螺栓连接替代焊接作为极耳，增大了电芯极耳的横截面积，排除虚焊的影响，降低电芯工作时的内阻和极化，减少电池的发热量，提高单体电池的设计容量，并降低电池工况下的安全隐患；例如把20Ah本发明单体电池与常规叠片设计电池相比，温度场分布更加均匀；当放电倍率达到10C时，极耳附近电池表面的温度降低了7～8℃，电池中心温度降低6～7℃，电池表面整体温度平均降低了6～8℃。
附图说明
图1是本发明电芯的负极片示意图。
图2是本发明电芯的隔膜示意图。
图3是本发明电芯的正极片示意图。
图4是本发明电芯的结构示意图（上面一层负极片未画）。
图中：1负极片通孔，2负极片未涂覆负极料区（方便负极片间与铜垫片接触良好），3隔膜中心通孔，4负极片中心通孔，5负极片涂覆负极料区，6正极片涂覆正极料区，7正极片中心通孔，8正极片未涂覆正极料区（方便正极片间与铝垫片接触良好）， 12正极片，13隔膜，14负极片，15铜垫片，16铝垫片。
具体实施方式
如附图所示，是负极极耳关于正极极耳对称布置的实施例。
用喷涂涂布机将正极活性物质、负极活性物质（现有技术）分别涂覆在铝箔和铜箔上，使用冲片机制成图1所示的负极片和图3所示的正极片，其中负极片的长、宽与隔膜的长、宽相同，正极片的长、宽比负极片的长、宽窄1～4mm，避免与负极片、铜垫片及铜螺栓接触；负极片中心通孔的半径比隔膜中心通孔大1～4mm，避免与正极片、铝垫片及铝螺栓接触；隔膜四个角上缺角的正方形长、宽与铜垫片相同；负极片未涂覆负极料区的小正方形的长、宽及该区域通孔直径与铜垫片（方形）相同；正极片中四个角上小正方形的长、宽比铜垫片的大0～4mm，正极片未涂覆正极料区圆形的半径与铝垫片（圆形）相同，正极片中心通孔半径与铝垫片通孔半径相等。
采用负极片包正极片时（电芯的负极极耳关于正极极耳对称布置），则电池电芯的最外层为负极片，依次以铜垫片（方形，套于铜螺栓上）、负极片、隔膜、铝垫片（圆形，套于铝螺栓上）、正极片、隔膜、铜垫片（方形，套于铜螺栓上）……负极片、铜垫片（方形，套于铜螺栓上）顺序循环叠下去形成电芯，用铜螺栓分别穿入电芯四个角的通孔，螺帽锁紧形成负极极耳，用铝螺栓穿入电芯中间的通孔，螺帽锁紧形成正极极耳。
设计负极极耳在电池中心时，正极片的设计和负极片的设计对调，铝垫片形状和铜垫片的形状对调。采用正极片包负极片（正极极耳关于负极极耳对称布置），则电池电芯的最外层为正极片，依次以铝垫片（方形，套于铝螺栓上）、正极片、隔膜、铜垫片（圆形，套于铜螺栓上）、负极片、隔膜、铝垫片（方形，套于铝螺栓上）……正极片、铝垫片（方形，套于铝螺栓上）顺序循环叠下去形成电芯，用铝螺栓分别穿入电芯四个角的通孔，螺帽锁紧形成正极极耳，用铜螺栓穿入电芯中间的通孔，螺帽锁紧形成负极极耳。
铜垫片的厚度为单片隔膜厚度的两倍与单片正极片厚度之和，铝垫片的厚度为单片隔膜厚度的两倍与单片负极片厚度之和。
以20Ah单体锂离子电池为例，在10C放电倍率条件下，采用本发明电芯降低了极耳附近和电池中心的温度，整体平均温度比使用正、负片为单极耳的常规叠片电芯设计的锂离子电池低6～8℃，且温度场更加均匀。
本发明的单体电池电芯在正极极耳关于负极极耳对称分布或者负极极耳关于正极极耳对称布置的前提下，可以根据实际需要制作成任意对称形状，如圆形、四边形、六边形、八边形等对称多边形。
当中心极耳为正极极耳时，负极极耳数量依据电芯形状等实际情况而定；同理，当中心为负极极耳，正极极耳设计的数量依据电芯形状等实际情况而定。
Claims (5)
1.一种新型锂离子动力电池的电芯构造，其特征是：包括正极片、隔膜、负极片，电芯的负极极耳关于正极极耳对称布置，或者正极极耳关于负极极耳对称布置。
2.根据权利要求1所述的一种新型锂离子动力电池的电芯构造，其特征是：正极片与负极片交替叠加，且正极片与负极片间垫有隔膜，用铝螺栓将正极片紧固在一起形成正极极耳，用铜螺栓将负极片紧固在一起形成负极极耳。
3.根据权利要求1所述的一种新型锂离子动力电池的电芯构造，其特征是：采用电芯的负极极耳关于正极极耳对称布置时，则电池电芯的最外层为负极片；采用正极极耳关于负极极耳对称布置时，则电池电芯的最外层为正极片。
4.根据权利要求1所述的一种新型锂离子动力电池的电芯构造，其特征是：正极片或负极片为圆形、四边形、六边形、八边形或其它对称多边形。
5.根据权利要求1所述的一种新型锂离子动力电池的电芯构造，其特征是：电芯构造方案之一为：正极片与负极片为正方形，采用负极片包正极片，即电池电芯的最外层为负极片；方形负极片中心布有避免与正极片、铝垫片与铝螺栓接触的负极片中心通孔，四角上设有负极片未涂覆负极料区及负极片通孔，其余部分为负极片涂覆负极料区；方形正极片中心设有正极片未涂覆正极料区及正极片中心通孔，四角上分别截去一避免与铜垫片及铜螺栓接触的小正方形，其余部分为正极片涂覆正极料区；隔膜形状与正极片相同，但面积大于正极片，避免正、负极片接触而短路；依次以套于铜螺栓上的方形铜垫片、负极片、隔膜、套于铝螺栓上的圆形铝垫片、正极片、隔膜、套于铜螺栓上的方形铜垫片……负极片、套于铜螺栓上的方形铜垫片顺序循环叠下去形成电芯，用螺帽锁紧分别穿入电芯四角通孔的铜螺栓形成负极极耳，用螺帽锁紧穿入电芯中间通孔的铝螺栓形成正极极耳。
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