組合式鋰離子電池及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰離子電池，尤其涉及一種有效提高電池電化學性能的組合式鋰離子電池及其制作方法。
【背景技術】
[0002]目前越來越多的新能源汽車廠商已經將圓柱體電池作為動力電池的首選，圓柱體電池的電化學性能對整車具有舉足輕重的影響。電動汽車對動力電池提出的要求是:高功率、高能量、高能量密度、高功率密度、低成本、長壽命、耐濫用/高安全、高可靠性、低溫特性好、充電時間短和互換性好。目前市場上電動汽車用鋰離子動力電池從結構上可分為卷繞、疊片和卷式疊片三種，從外殼材質來分可分為金屬殼(鋼、鋁)和軟包(鋁塑膜)和塑膠殼等。
[0003]作為電動汽車用首選的圓柱體金屬殼鋰離子電池優勢有很多，主要包括:
[0004]1、能量密度高、一致性相對較好:
[0005]圓柱體金屬殼鋰離子電池是采用緊密卷繞結構，然后放進固定體積的圓柱體鋼殼里面。圓柱體電池電芯極片-隔膜-極片間接觸非常緊密，并且外部鋼殼強度很大不變形，這就比軟包、方形金屬殼電池有更高的能量密度，更好的循環一致性。
[0006]2、安全性能好:
[0007]圓柱體電池鋼殼有很好的保護措施，電池過充過放產氣后內部防爆片會反轉切斷電流回路；同時電流過大溫度偏高的時候PTC熱敏電阻會起作用，阻止電池繼續工作；電池全金屬外殼不容易發生變形，外殼不易破損等。這些都是其他類型電池無法比擬的。
[0008]但同時圓柱體金屬殼鋰離子電池也有一些缺點，主要包括:
[0009]1、循環性能、倍率性能相對較差:
[0010]由于圓柱體電池的特殊結構，相比較軟包和方形電池注液量要偏少，同時循環過程中極片逐漸變厚，但由于空間有限，就會造成極片粉料粘連隔膜、粉料與基材間粘結強度變差;最主要的是由于電池有較大的半徑，相對厚度較大，這就導致內部熱量不易散出，最終導致循環性能、倍率性能變差。
[0011 ] 2、一致性要求較高，組裝繁瑣，監控系統要求高:
[0012]雖然圓柱體電池能量密度高，但是由于單體圓柱體金屬殼鋰離子電池容量往往很低，對于電動汽車等所用大型電池包來說，則需要很多數量的單體電池進行串并聯組合，這就要求電池要有更高的一致性；同時也會造成電池組組裝過程繁瑣，導線、焊接費時費力，也需要針對整個電池組有很好的監控系統。
【發明內容】
[0013]本發明主要解決原有圓柱體鋰離子電池由于卷繞半徑較大，相對厚度偏厚，導致內部熱量分布不均，熱量不易散出，電流密度分布不均，極化不平衡，最終導致電池循環性能等電化學性能變差，且單體電池容量較小，對電池一致性要求更高的技術問題;提供一種組合式鋰離子電池及其制作方法，減小單個圓柱體鋰離子電池的卷繞半徑，減小相對厚度，確保內部熱量分布均勻，熱量易散出，電流密度分布均勻，極化平衡，提高電池循環性能等電化學性能，且有效增大單體電池的容量，有利于滿足電池的一致性要求。
[0014]本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:本發明的組合式鋰離子電池，包括殼體、設在殼體中的電芯、和電芯相連的正極極耳和負極極耳及蓋在殼體上的蓋帽，所述的電芯有N個，N個電芯通過卷繞在電芯上的極片直接相連，每個電芯的兩端分別連有一個所述的正極極耳和一個所述的負極極耳，2。電芯可以是2個、3個、4個等等。本技術方案中的電芯依然采用圓柱體緊密卷繞的方式，事先根據電池設計方案計算出所用極片的尺寸、留白的位置和極耳的位置，采用有多個卷針的卷繞機同時卷繞多個電芯。卷繞好后，多個電芯通過卷繞在電芯上的極片直接相連，電芯和正、負極極耳位置準確對應，負極極耳全面覆蓋正極極耳，電芯不發生形變。本技術方案類似多個單體圓柱體電池進行并聯連接，但最終性能要遠遠優于單體電池的并聯結構。本技術方案是一個整體結構，不同電芯之間直接通過極片相連接，嚴格保證了電池的一致性，也有利于電池充放電過程中電流密度的均勻分布，降低了極化現象，而且電池極片的多重并聯模式使電池整體歐姆內阻降低，過程產熱更低，能量更高。本技術方案采用緊密卷繞結構，整體能量密度和常規圓柱體電池相比不會降低，類似于將一個大圓柱體電池分解成若干個小圓柱體電池，使單個圓柱體電池半徑變小，散熱效果大大提升，更有利于提高電池的電化學性能。使用時，可以根據實際情況來選擇所要使用的正、負極位置和數量，具有很高的靈活和實用性。
[0015]作為優選，所述的殼體包括N個圓桶狀殼體，相鄰兩個圓桶狀殼體之間連接有底部封閉的通道，通道和所述的圓桶狀殼體連通，通道的高度和圓桶狀殼體的高度一致，所述的N個電芯一一對應地位于所述的N個圓桶狀殼體中，并且所述的負極極耳和圓桶狀殼體的殼底相連，連接相鄰兩個電芯的極片位于所述的通道中。N個圓桶狀殼體可以排成一排，也可以采用其它排列結構。如三個圓桶狀殼體可以排列成三角形疊放結構、四個圓桶狀殼體可以排列成正方形疊放結構、五個圓桶狀殼體可以排列成五角星形疊放結構等等。N個圓桶狀殼體之間通過狹窄的通道相連，使單個圓桶狀殼體不是一個密閉的圓柱體結構，在電芯后續膨脹時，使圓桶狀殼體可以適量地緩解應力，更加有利于提高電池的電化學性能和安全性能。而傳統的圓柱體電池殼體為四周封閉的圓柱體，根本無法達到釋放應力的效果，會導致卷芯掉料、隔膜粘連等，最終導致電池的電化學性能急劇下降，同時也會存在安全隱患。
[0016]作為優選，所述的N個圓桶狀殼體排成一排，圓桶狀殼體的軸線和所述的通道的中心線在同一平面上。結構對稱，進一步提高組合式鋰離子電池各方面性能。
[0017]作為優選，所述的位于通道中的極片和通道之間留有空隙。保證整個電池殼體內部有一定的空腔，可以存儲電池充放電過程中產生的氣體，從而降低電池內壓，也有利于使產生的氣體從電芯內部溢出，保證電池的電化學性能。
[0018]作為優選，所述的蓋帽包括N個蓋帽，N個蓋帽——對應地蓋在所述的N個圓桶狀殼體上，蓋帽的排列結構和所述的N個圓桶狀殼體的排列結構相同，相鄰兩個蓋帽之間連接有和所述的通道匹配的通道蓋，通道蓋和所述的蓋帽連通，通道蓋一一對應地蓋在所述的通道上，所述的正極極耳和蓋帽相連。本技術方案中，蓋帽依然采用傳統的帶有CIDkurrentinterrupt device電流切斷裝置)和PTC(Positive Temperature Coefficient正溫度控制端子)的設計。蓋帽緊扣在圓桶狀殼體上，通道蓋緊扣在通道上，形成一個整體的組合式鋰離子電池蓋帽結構，蓋好后，再用激光焊接機將蓋帽的邊緣密封焊牢在圓桶狀殼體上、將通道帽的邊緣密封焊牢在通道上。密封牢固，制作方便，防止電池發生濫用，具備自我保護功能，達到不會發生危險的目的。
[0019]本發明的組合式鋰離子電池的制作方法，包括下列步驟:
[0020]①用安裝有N個卷針的卷繞機同時卷繞所述的N個電芯，卷繞好后，N個電芯之間用終止膠帶固定；
[0021]②去除所述的終止膠帶，將卷繞好的N個電芯裝入所述的殼體中，并且使所述的負極極耳和殼體的殼底相連；
[0022]③將裝有N個電芯的殼體放入烘箱中進行烘烤；
[0023]④烘烤結束后，從烘箱中取出裝有N個電芯的殼體，在干燥房中向N個電芯注入電解液；
[0024]⑤將所述的正極極耳和所述的蓋帽相連，將蓋帽扣緊在所述的殼體上，并密封，最后對所述的組合式鋰離子電池進行活化、化成和分容。
[0025]本技術方案中的電芯依然可以采用圓柱體緊密卷繞的方式，事先根據電池設計方案計算出所用極片的尺寸、留白的位置和極耳的位置。卷繞好后，電芯和正、負極極耳位置準確對應，負極極耳全面覆蓋正極極耳，電芯不發生形變。本技術方案嚴格保證了電池的一致性，也有利于電池充放電過程中電流密度的均勻分布，降低了極化現象，降低電池整體歐姆內阻，過程產熱更低，能量更高。本技術方案類似于將一個大圓柱體電池分解成若干個小圓柱體電池，單個電芯半徑變小，散熱效果大大提升，有效提高電池的電化學性能。
[0026]作為優選，所述的組合式鋰離子電池的殼體包括N個圓桶狀殼體，相鄰兩個圓桶狀殼體之間連接有底部封閉的通道，通道和所述的圓桶狀殼體連通，通道的高度和圓桶狀殼體的高度一致，所述的N個電芯一一對應地位于所述的N個圓桶狀殼體中，并且所述的負極極耳和圓桶狀殼體的殼底相連，連接相鄰兩個電芯的極片位于所述的通道中；所述的步驟
②為:在所述的負極極耳上安裝絕緣墊片，將負極極耳內折，去除所述的終止膠帶，負極極耳朝下，將卷繞好的N個電芯分別裝入所述的N個圓桶狀殼體中，連接在電芯之間的極片裝入所述的通道中，采用電阻焊機將負極極耳焊接在圓桶狀殼體的殼底。
[0027]N個圓桶狀殼體之間通過狹窄的通道相連，使單個圓桶狀殼體不是一個密閉的圓柱體結構，在電芯后續膨脹時，使圓桶狀殼體可以適量地緩解應力，更加有利于提高電池的電化學性能和安全性能。并且位于通道中的極片和通道之間留有空隙，保證整個電池殼體內部有一定的空腔，可以存儲電池充放電過程中產生的氣體，從而降低電池內壓，也有利于使產生的氣體從電芯內部溢出，保證電池的電化學性能。
[0028]作為優選，所述的步驟③為:在所述的正極極耳上安裝絕緣墊片，將裝有N個電芯的殼體放入烘箱中以溫度70?90°C烘烤11?13小時，期間每隔0.5?1.5小時向烘箱依次灌充和排放一次干燥氮氣，以除去內部水份。
[0029]作為優選，所述的步驟⑤為:采用激光焊接機將所述的正極極耳焊接在所述的蓋帽上，將蓋帽扣緊在所述的殼體上，再用激光焊接機將蓋帽的邊緣密封焊牢在殼體上，最后對所述的組合式鋰離子電池以溫度35?55°C活化5?7小時，使電解液充分浸潤，再在充放電測試柜上對組合式鋰離子電池進行化成和分容。至此，完成組合式鋰離子電池的制作。密封牢固，制作方便，防止電池發生濫用，具備自我保護功能，達到不會發生危險的目的。