一种热平衡聚合物锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种高效热平衡聚合物锂离子二次电池，电池内含至少一个卷绕或层积堆叠电池芯、电解质、正极耳、负极耳、热平衡极耳、U型绝缘夹和复合膜外壳，复合膜外壳上设置有正极耳、负极耳和热平衡极耳；电池芯的热平衡极耳与所述外壳上的电池热平衡极耳通过铆接或焊接等方式物理连接，电池内部热量通过极片集流体的箔材、极片集流体箔材上的N个极片热平衡极耳叠合成的电池芯热平衡极耳与电池热平衡极耳的物理连接形成热传递通路，电池外部热交换体与所述电池热平衡极耳通过热传导直接对电池内部加热形成加热通道。因其具有高效热平衡机构，能有效改善电池热失控风险，且其循环寿命显著延长。

A Thermal Balanced Polymer Lithium Ion Secondary Battery

The invention discloses an efficient thermal balance polymer lithium ion secondary battery, which contains at least one rolled or stacked battery core, electrolyte, positive ear, negative ear, thermal balance ear, U-shaped insulating clip and composite membrane shell. The composite membrane shell is provided with positive ear, negative ear and thermal balance ear; the thermal balance ear of the battery core and the battery thermal balance ear on the composite membrane shell are provided with positive ear, negative ear and thermal balance ear. The inner heat of the battery is directly heated by heat conduction between the external heat exchanger of the battery and the thermal balance electrode ear of the battery. A heating channel is formed. Because of its high efficiency heat balance mechanism, it can effectively improve the risk of thermal runaway of batteries, and its cycle life is significantly prolonged.

【技术实现步骤摘要】
一种热平衡聚合物锂离子二次电池
本专利技术属于锂离子电池领域，特别涉及一种高效热平衡聚合物锂离子二次电池。
技术介绍
近年来，锂离子电池作为高功率大电流放电电池，应用越来越广泛，对电池的各项性能要求也越来越高。目前公知的聚合物锂电池，没有专门的热平衡极耳，其电池内部的热量主要通过电池表面的复合膜外壳与外界进行交换，其外壳表面的热交换效率远远低于金属方形壳电池和圆柱电池。传统的聚合物锂电池，因不含有热平衡极耳，电池内部热量的交换主要通过复合膜外壳表面与外界进行热质交换，其缺点有：复合膜外壳和隔膜等塑料类材质导热系数极低，正极片表面的金属氧化活性物质的导热系数也不高，电池内部的热量需要经过一层层的隔膜纸和复合膜外壳表面与外界进行热质交换。在热质交换过程中，造成电池内部与电池表面温差过大，影响电池循环寿命和高倍率充、放电性能，因热量传递效果差，电池的厚度受到影响，通常认为聚合物电池厚度在8mm以上时，做高倍率充放电时，其寿命严重下降；锂电池由于工作电压高、能量密度大、无记忆效应、循环寿命长、无污染等优点，已越来越广泛地应用于消费、动力、储能及各种用途电池中，逐步取代了传统的可充电电池成为电池领域的主要产品。随着市场的拓展，对大容量高功率锂离子二次电池的需求也越来越大，如后备电源类的移动通讯基站、风光发电系统的调峰电源、车载锂电池包、寒带急救抢险备用电源及寒带电动机车电源等市场均有很大的需求。要求电池单体容量大，功率密度高，一致性好，易于配组，电池包在-30℃～+60℃,(1—10)C放电倍率下，仍能正常工作，其常规100Ah及以上大容量聚合物锂离子二次电池有难以逾越的缺陷，主要体现在：1)电池热扩散缓慢，电池内部和电池表面温差大，无法满足设备所需的高功率要求；2)电池热扩散缓慢，兼顾电池的循环寿命，电池厚度需控制在一点范围内，更大容量电池需增加电池的宽度或高度，对制造设备的精度提出了更高的要求，增加过程控制难度；3)电池热扩散缓慢，在低温条件下，严重拉长了电池的加热时间；4)电池大电流充、放电条件下，温升较高，严重影响电池的循环寿命安全性能。
技术实现思路
为克服现有技术存在的以上缺陷，本专利技术提供一种适应快速散热、快速加热、大电流充放电、寿命长的高效热平衡复合膜外壳锂离子二次电池。本专利技术的技术方案如下：一种热平衡聚合物锂离子二次电池，包括电解质、复合膜外壳和至少一个卷绕或层积堆叠的电池芯，所述电池芯固定于所述复合膜外壳内，所述电池芯包括正极片、负极片和用于将所述正极片和所述负极片隔开的若干层隔膜，所述正极片、隔膜、负极片按顺序依次卷绕或层积堆叠制成所述电池芯；所述正极片上端沿所述正极片的长度方向设置有一个或多个正极耳，所述正极片下端沿所述正极片的长度方向设置有一个或多个热平衡极耳，所述负极片上端沿所述负极片的长度方向设置有一个或多个负极耳，所述热平衡极耳包括电池芯热平衡极耳和电池热平衡极耳；所述电池芯热平衡极耳与所述正极片连接，所述电池热平衡极耳一端与所述电池芯热平衡极耳连接，所述电池热平衡极耳另一端设置为与电池外部热交换体的连接端；所述电池热平衡极耳与电池芯热平衡极耳物理连接形成热传导通道，所述正极片、电池芯热平衡极耳以及电池热平衡极耳形成热传递通路，用于导入或导出所述电池内部热量。优选的，所述电池热平衡极耳与电池芯热平衡极耳物理连接进一步包括：所述电池芯热平衡极耳与所述电池热平衡极耳通过焊接或铆接进行连接，形成热平衡电极。优选的，所述电池热平衡极耳上与电池外部热交换体的连接端设置为电池热平衡极耳外露端，位于所述复合膜外壳外，所述电池热平衡极耳外露端上设置有绝缘导热材料。优选的，所述电池热平衡极耳外露端上设有槽或孔，Pack模组组装时，所述槽或孔用于与外部热交换体固定连接。优选的，所述槽或孔为圆形、矩形、三角形、异形的槽或孔的一种或者几种。优选的，所述电池热平衡极耳外露端的厚度为0.05～0.5mm，长度为5～100mm，宽度为电池宽度的20％～95％。优选的，所述电池芯热平衡极耳与所述电池热平衡极耳铆接或焊接端面外侧套上U型绝缘夹。本专利技术具有在-40℃～60℃的10C以上大电流放电和常温3C以上快速充的性能，该专利技术消除了传统聚合物锂电池因隔膜和复合膜外壳等塑料材质导热系数极低，正极片表面的金属氧化活性物质的导热系数也不高，电池内部的热量需要经过一层层的隔膜纸和复合膜外壳表面与外界进行热质交换。在交换过程中，造成电池内部与电池表面温差过大，影响电池循环寿命和高倍率充、放电性能；本专利技术因采用热平衡极耳，将电池内部热量通过金属直接传导到电池的外部的热交换体上，相比仅通过电池复合膜外壳进行热量传导的常规电池，在2.5C以上高倍率放电时，采用电池热平衡极耳与电池芯热平衡极耳物理连接形成的热传导通道进行热质交换的电池内部的温差比常规聚合物电池通过复合膜外壳进行热质交换的电池内部的温差小(8～16)℃；当在低温状态下，需对电池进行加热时，在相同的情况下，通过热平衡极耳直接对电池内部加热的时间是常规电池通过复合膜外壳加热时间的(15～40)％。因本专利技术具有高效热平衡机构，能实现-40℃～60℃的10C以上大电流放电和常温3C以上快速充电的热平衡性能，因充、放电时内部热量向外部传递，无明显温升，其循环寿命显著延长。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：第一，本专利技术采用热平衡极耳，将电池内部热量通过金属(正极片、电池芯热平衡极耳以及电池热平衡极耳)直接传导到电池的外部的热交换体上，热传导效率高；第二，本专利技术热平衡极耳是沿所述正极片的长度方向，而沿极片长度方向可同时设置多个热平衡极耳，增加或减少热平衡极耳数量时，不需要额外增加电池的厚度，因此不会增加电池制造难度系数，也不会降低电池的体积比能量；第三，本专利技术电池内部热量直接通过正极片上的一个或多个电池芯热平衡极耳传递到物理连接的电池热平衡极耳上，再由电池热平衡极耳直接传导到电池外部热交换体上形成热传递散热通道；电池内部(中间)和外部热量通过电池芯热平衡极耳同时向外传导，即热量沿电池高度方向传导，故热传导距离短，电池内外部热势差较小，热传导效率更高；第四，本专利技术电池内部(中间)和外部热量沿电池高度方向通过电池芯热平衡极耳同时向外传导，其热量传递速度不受极片长度(电池厚度)的制约，可以将电池做的更厚，单体电池容量做的更大；第五，电池热平衡极耳上设有的槽或孔，在Pack模组组装可以有效的与外部热交换体固定；热平衡极耳上的绝缘导热层，在与外部热交换体进行热质交换的同时，保持各单体电池之间的绝缘隔离，且能有效的减少热交换体的体积，使Pack整体设计更具灵活性。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明图1本专利技术正极片与负极片结构示意图；图2本专利技术电池芯极组结构示意图及其断面图；图3本专利技术电池芯极耳焊接示意图及其断面图；图4本专利技术热平衡锂离子二次电池示意图；图5(a)为本专利技术电池热平衡极耳散热示意图；图5(b)为普通电池表面散热示意图；图6(a)为本实施例的电池热平衡极耳散热的电池试样与表面散热的普通电池试样在1C散热循环图；图6(b)为本实施例的电池热平衡极耳散热的电池试样与表面散热的普通电池试样在3C散热循环图。图中标记：1、正极片，2、负极片，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热平衡聚合物锂离子二次电池，包括电解质、复合膜外壳和至少一个卷绕或层积堆叠的电池芯，所述电池芯固定于所述复合膜外壳内，所述电池芯包括正极片、负极片和用于将所述正极片和所述负极片隔开的若干层隔膜，所述正极片、隔膜、负极片按顺序依次卷绕或层积堆叠制成所述电池芯；其特征在于，所述正极片上端沿所述正极片的长度方向设置有一个或多个正极耳，所述正极片下端沿所述正极片的长度方向设置有一个或多个热平衡极耳，所述负极片上端沿所述负极片的长度方向设置有一个或多个负极耳，所述热平衡极耳包括电池芯热平衡极耳和电池热平衡极耳；所述电池芯热平衡极耳与所述正极片连接，所述电池热平衡极耳一端与所述电池芯热平衡极耳连接，所述电池热平衡极耳另一端设置为与电池外部热交换体的连接端；所述电池热平衡极耳与电池芯热平衡极耳物理连接形成热传导通道，所述正极片、电池芯热平衡极耳以及电池热平衡极耳形成热传递通路，用于导入或导出所述电池内部热量。

【技术特征摘要】
1.一种热平衡聚合物锂离子二次电池，包括电解质、复合膜外壳和至少一个卷绕或层积堆叠的电池芯，所述电池芯固定于所述复合膜外壳内，所述电池芯包括正极片、负极片和用于将所述正极片和所述负极片隔开的若干层隔膜，所述正极片、隔膜、负极片按顺序依次卷绕或层积堆叠制成所述电池芯；其特征在于，所述正极片上端沿所述正极片的长度方向设置有一个或多个正极耳，所述正极片下端沿所述正极片的长度方向设置有一个或多个热平衡极耳，所述负极片上端沿所述负极片的长度方向设置有一个或多个负极耳，所述热平衡极耳包括电池芯热平衡极耳和电池热平衡极耳；所述电池芯热平衡极耳与所述正极片连接，所述电池热平衡极耳一端与所述电池芯热平衡极耳连接，所述电池热平衡极耳另一端设置为与电池外部热交换体的连接端；所述电池热平衡极耳与电池芯热平衡极耳物理连接形成热传导通道，所述正极片、电池芯热平衡极耳以及电池热平衡极耳形成热传递通路，用于导入或导出所述电池内部热量。2.根据权利要求1所述的电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：张守祥，赵娟，张红来，吴传勇，吕慧源，
申请(专利权)人：余姚天开能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33