一种圆柱形锂离子电池制造技术

一种圆柱形锂离子电池，包括电池单体以及贴设于电池单体上的若干肋片，所述肋片的厚度为0.1～2mm，高度为0.5～4mm，间距为1～3mm，电池的整体体积相对于电池单体的体积增加小于3％，大幅提升电池的自身散热，保证电池的使用安全与使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱形锂离子电池
本专利技术涉及应用于电动汽车、储能、电动工具、消费类电子等领域的蓄电池，特别是涉及一种圆柱形锂离子电池。
技术介绍
因锂离子电池具有循环寿命长、能量密度高、低自放电率等优点，当前广泛地应用于电动汽车、储能、电动工具、消费类电子等领域。众所周知，锂离子电池的性能、寿命和安全与电池温度密切相关，而电池温度是由锂离子电池工作时的产热和散热共同决定的。若能合理提升锂离子电池的散热性能，使锂离子电池的散热与产热基本达到平衡，则能有效避免热量累计导致温度升高，从而延长锂离子电池的循环寿命、保证安全。然而，现有圆柱形锂离子电池相对于软包电池散热表面积小，自身散热性能差。因此，有必要深入分析现有圆柱形锂离子电池的散热规律，设计一种新型的锂离子电池结构，改善其散热性能。
技术实现思路
有鉴于此，提供一种散热性能良好的圆柱形锂离子电池。一种圆柱形锂离子电池，包括电池单体以及贴设于电池单体上的若干肋片，所述肋片的厚度为0.1～2mm，高度为0.5～4mm，间距为1～3mm，电池的整体体积相对于电池单体的体积增加小于3％。相较于现有技术，本专利技术分析现有圆柱形锂离子电池的产热，添加肋片进行模拟分析获取最优肋片结构，在保证电池整体体积基本无变化的前提下大幅提升电池的自身散热，保证电池的使用安全与使用寿命。附图说明图1为本专利技术圆柱形锂离子电池的一实施例的结构示意图。图2为图1中圈II放大图。图3为本专利技术圆柱形锂离子电池的设计方法的一实施例的流程图。图4为图3所示方法中计算产热Q0的详细流程图。图5为0.04C充电电压/0.04C放电电压/开路电压Uovc与荷电状态SOC关系的曲线图。图6为不同倍率放电的放电电压与放电深度DOD关系的放电曲线，以及开路电压Uovc与放电深度DOD关系的放电曲线。图7为不同倍率放电的产热Q0与放电深度DOD关系的放电曲线。图8为不同倍率放电结束时最大温升随肋片厚度的关系图及电池体积增加。图9为不同倍率放电结束时最大温升随肋片高度的关系图及电池体积增加。图10为不同倍率放电结束时最大温升随肋片间距的关系图及电池体积增加。具体实施方式以下将结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术是在分析现有圆柱形锂离子电池的基础上，对其进行优化设计，添加肋片加强散热，形成本专利技术的圆柱形锂离子电池，自身散热性好，在充、放电过程中自身温度变化很小，保证使用安全与使用寿命。另外，由本专利技术的圆柱形锂离子电池构成的电池组，由于电池自身散热好，电池组的散热装置可以简化甚至省略，提高了电池组整体的能量密度，降低了电池组整体的冷却成本。具体地，如图1所示，本专利技术的圆柱形锂离子电池是在现有圆柱形锂离子电池单体(以下简称电池单体)10的外壳12之外再封装肋片14。较佳地，所述肋片14由导热系数高的材料，优选地为金属材料，如铜、铝及其合金等。考虑到肋片14的重量以及成本，以价格低、质量轻的铝或铝合金为佳。所述肋片14的表面积远大于电池单体10的外壳12的表面积，因此通过设置肋片14，极大地增加了热交换的面积，使得热量可以快速散发。顾名思义，圆柱形锂离子电池的外形为圆柱体，为满足不同的应用需求，现有圆柱形锂离子电池具有多种尺寸与容量，不同类型的圆柱形锂离子具有不同的型号。现有圆柱形锂离子电池其型号一般为5位数字，如14500、14650、18650、22650、26650、38120、38140、40152、42120、63219、20700、21700、76306等，其中前两位数字为电池的直径，第3-4位数字为电池的高度，单位均为毫米，如型号为21700的圆柱形锂离子电池的直径为21mm，高度为70毫米，其它以此类推，不再赘述。本实施例中，所述肋片14均呈圆环状，环套设于电池单体10的外壳12上，肋片14的内边缘紧贴电池单体10的外壳12的外圆周面。较佳地，所述肋片14沿电池单体10的轴向均匀间隔排布，相邻的肋片14之间形成间隔，以使肋片14的外表面与空气形成充分的热交换。电池单体10在充、放电过程中的产热由电池单体10的外壳12传导至肋片14，并由肋片14快速地向外辐射并最终散发至空气中，使电池单体10维持在低温状态，保证其使用安全与使用寿命。本专利技术通过肋片14的设置增强电池整体的散热，可以理解地，肋片本身的结构，如其尺寸、数量等均会在一定程度上影响肋片的散热效果，通常肋片尺寸越大表面积越大、数量越多，整体表面积越大，热交换效果越好，但尺寸、数量的增加会在很大程度上使得电池整体的体积与重量增加，因此本专利技术还对肋片14进一步进行优化设计，如图2所示，对肋片14的尺寸，包括肋片14的厚度T与高度H，以及肋片14的数量，即肋片14的间距D，进行优化设计，在避免电池整体体积的增幅过大的前提下保证电池整体的散热。如图3所示，所述设计方法包括以下步骤：(1)确定所要优化的现有圆柱形锂离子电池单体10的产热Q0；(2)将Q0作为热源，对电池单体10添加肋片14进行模拟分析，确定肋片14的最优结构；以及(3)用最优结构的肋片14封装电池单体10，形成本专利技术的圆柱形锂离子电池。以下以优化某公司生产的NCM三元材料圆柱形21700锂离子动力电池为例，对本专利技术的设计方法进行进一步的详细说明：首先，确定所要优化的电池单体10的产热Q0，如图4所示，包括：步骤S1，确定电池单体10的额定容量；步骤S2，建立电池单体10的开路电压UOCV和荷电状态SOC的定量关系式；步骤S3，确定电池单体10的不同倍率放电曲线；以及步骤S4，计算电池单体10的产热Q0。其中，步骤S1中，首先需要根据电池单体10的类型确定充电制度和放电制度：确定充电制度和放电制度是对电池单体实施操作的前提，根据这些制度可以确定如何将电池单体充满电、如何将电池单体的电放完、测定电池单体的额定容量和剩余容量、确定电池单体的充电截止电压或结束条件、放电截止电压或结束条件。在充电制度和放电制度中包含了静止时间，每完成一个充电或放电过程，电池单体都要静止一段时间才能进行下一步操作。静止时间以电池单体的电压不在发生任何变动为准。电池单体的充电制度和放电制度可由电池单体的生产厂家提供，也可依据国家标准来设定。对锂离子电池，充放制度与放电制度可以参照QC/T744-2006。其次，根据确定的充、放电制度，确定电池单体10的额定容量：本实施例中参照QC/T744-2006，首先以0.33C恒流放电将电池单体10的剩余电放完；之后以0.33C恒流充电将电池单体10充电至充电截止电压，电池单体10的平均电压达到4.2V(正常情况下电池单体能够达到的最高电压)；再之后以0.33C恒流放电将电池单体10放电至放电截止电压，电池单体10的平均电压到2.5V(正常情况下电池单体能够达到的最低电压)，记录所放出的电荷值，即为电池单体10的额定容量。在本实施例中，测量值是3.3Ah，即电池单体10的额定容量为3.3Ah。对于步骤S2，本实施例依据文献JPowerSources,134(2004)262-272进行操作，包括：步骤S21，获得电池单体10的0.04C充电曲线：静止2h，将步骤S1得到的电池单体10以0.04C恒流充电25h(0.04C对应的充满电的时间就是25h)或至充电截止电压，记本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆柱形锂离子电池，其特征在于，包括电池单体以及贴设于电池单体上的若干肋片，所述肋片的厚度为0.1～2mm，高度为0.5～4mm，间距为1～3mm，电池的整体体积相对于电池单体的体积增加小于3％。

【技术特征摘要】
1.一种圆柱形锂离子电池，其特征在于，包括电池单体以及贴设于电池单体上的若干肋片，所述肋片的厚度为0.1～2mm，高度为0.5～4mm，间距为1～3mm，电池的整体体积相对于电池单体的体积增加小于3％。2.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：康健强，李博蓝，谭祖宪，刘贵军，
申请(专利权)人：深圳市鹏诚新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44