一种无极耳锂电池模组的结构设计及制备方法技术

本申请涉及一种无极耳锂电池模组的结构设计及制备方法。无极耳锂电池模组由一组正极输出模块单元、多组双极输出模块单元、一组负极输出模块单元堆叠组合而成。本发明专利技术的核心是双极输出模块单元的制备：以一层聚酰亚胺薄膜为中间体，在其四周表面电化学沉积一层铜导电层，按位置分别作为负极集流体、正极集流体基底层、正负极集流体连接体，在正极集流体基底层表面电镀一层铝金属正极集流体表面层，然后在正、负集流体表面分别涂覆正、负活性物质，组成无输出极耳的双极输出模块单元。由于取消了内部输出极耳和单体电池之间的连接导线，因此比常规电池模组减少了30%的重量和空间占用，功率比容量、体积比容量和快速充电性能远优于常规电池模组。常规电池模组。常规电池模组。

【技术实现步骤摘要】
一种无极耳锂电池模组的结构设计及制备方法


[0001]本专利技术属于电化学储能
，尤其涉及无极耳锂电池模组的结构设计及制备方法。

技术介绍

[0002]当前量产的锂电池普遍采取正、负极相互独立的双电极单体结构，然后单体电池的正、负电极通过极耳与外部导线连接，最终组成高压模组供电动汽车和储能系统使用。这种单体电池的正、负活性物质分别涂覆在正、负集流体的表面，由正、负集流体收集的电荷，再通过与集流体连接的极耳输送到单体电池的外部，为外部负载提供需要的电流。由于所有的电流必须通过极耳输出，因此极耳是当前量产电池的重要构件之一，尤其是极耳与集流体之间的连接电阻将直接影响、限制锂电池的电流输出能力。当大电流充放电时，极耳的连接电阻会消耗大量的能量，这种能量以热量的方式在电池内部积累，当达到一定的温度时就会导致正负极之间塑料隔膜融化，造成锂电池内部短路和爆燃。所以，随着电池输出功率不断扩大，制造厂家都在致力对极耳结构进行改进。当前，锂电池主要有卷绕、叠片和特斯拉4680大圆柱几种主流结构，其中卷绕结构电池采取单极耳结构，内阻最大，所以大电流充放电时电池温升也最高；叠片结构电池每一层都单独设置极耳，所有极耳并联后再输出，因此叠片电池极耳内阻比卷绕电池要小很多；特斯拉最新推出的4680大圆柱电池，将数米长集流体边沿加宽3
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4mm，加宽部分不涂覆活性物质全部作为极耳，卷绕后的空白极耳再焊接在端盖上作为电流输出端，所以4680大圆柱电池是当前量产锂电池中内阻比较小的一种构型，比较适合大电流应用。但4680大圆柱电池的全极耳焊接工艺容易对临近的塑料离子隔膜造成损害，产品良品率一直上不去，所以产品发布后至今因良率较低不能够顺利投入大规模工业化生产。
[0003]另外，电动汽车和储能应用都需要用大量单体锂电池组成高压模组使用，单体电池之间需要大量的大电流连接线，这些内部极耳和外部连接部件占用了电池模组30
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40%的体积和重量，大幅降低了电池模组的有效容量，是限制电动汽车行驶里程的重要原因之一。

技术实现思路

[0004]针对传统锂电池极耳输出结构的固有缺陷，本专利技术提供了一种无极耳锂电池模组的结构设计及制备方法。无极耳锂电池模组由一组正极输出模块单元、多组双极性输出模块单元、一组负极输出模块单元堆叠组成，是一种新型的准双极性锂电池模组构型。下面对各模块单元的详细构成及功能进行说明：正极输出模块单元由封装边框、正极输出极板、正极集流体、正极活性物质涂层组成。正极输出极板由0.5～2mm厚电解铜板制备，正极输出极板的其中一面采用工业电镀工艺沉积1～5μm厚的铝金属层作为正极集流体。进一步，采用ABS或PP工程塑料原料，利用专用模具在正极输出极板周边制备封装边框。进一步，在正极集流体表面采用平面涂覆工艺涂覆一层30～100μm厚的正极活性物质，干燥后压实。正极活性物质可以是镍钴锰三元系、
磷酸铁锂系等锂电池常用正极活性物质的其中一种。
[0005]双极性输出模块单元由封装边框、正负极集流体连接体、微孔离子隔膜、负极活性物质涂层、负极集流体、防化学渗漏层、正极集流体基底层、正极集流体表面层、正极活性物质涂层组成。所述防化学渗漏层，是双极性输出模块单元的中心结构层，由5～50μm厚的聚酰亚胺薄膜裁剪制备。进一步，采用塑料电镀工艺在防化学渗漏层表面沉积2～15μm厚的电解铜导电层，该导电层按所在位置分别作为正极集流体基底层、负极集流体、正负极集流体连接体的功能结构体使用。进一步，采用工业电镀工艺在正极集流体基底层表面沉积1～5μm厚的铝金属层作为正极集流体表面层。经过上述加工工序，由防化学渗漏层、正极集流体基底层、正极集流体表面层、负极集流体、正负极集流体连接体组成了一体化的双极性基板。进一步，采用ABS或PP工程塑料原料，利用专用模具在双极性基板周边制备封装边框。进一步，在双极性基板的正极集流体表面层采用平面涂覆工艺涂覆一层30～100μm厚的正极活性物质，干燥后压实。正极活性物质可以是镍钴锰三元系、磷酸铁锂系等锂电池常用正极活性物质的其中一种。进一步，在双极性基板的负极集流体表面采用平面涂覆工艺涂覆一层30～100μm厚的负极活性物质，干燥后压实。负极活性物质可以是石墨系、石墨碳化硅系等锂电池常用的负极活性物质的其中一种。进一步，在双极性基板的负极活性物质涂层表面覆盖一层微孔离子隔膜，微孔离子隔膜面积大于负极活性物质涂层，四边胶合固定在双极性基板塑封边框的预留凹槽内。
[0006]负极输出模块单元由封装边框、微孔离子隔膜、负极活性物质涂层、负极输出极板组成。负极输出极板由0.5～2mm厚的电解铜板制备。进一步，采用ABS或PP工程塑料原料，利用专用模具在负极输出极板周边制备封装边框。进一步，在负极集流体表面采用平面涂覆工艺涂覆一层30～100μm厚的负极活性物质，干燥后压实。负极活性物质可以是石墨系、石墨碳化硅系等锂电池常用的负极活性物质的其中一种。
[0007]进一步，准备好一组正极输出模块单元、多组双极性输出模块单元和一组负极输出模块单元，在各模块单元的封装边框的结合面均匀涂布双组份环氧延时固化密封胶，然后将这些模块单元依序堆叠，加压挤出多余密封胶，进行室温密封固化。
[0008]进一步，在真空封闭环境下，通过固化电池模组端面预留的电解液注液孔，向电池模组内注入电解液，注满电解液后，使用弹性塑料预制件堵塞注液口，清洗外部残留污染物后，使用环氧密封胶进一步密封注液口，防止电解液泄露。
[0009]进一步，根据采用的电池活性物质和电解液的性质，进行化成处理，化成结束后，对电池模组进行充电，然后进行性能检测、备用。
[0010]本专利技术的优点及积极效果为：1.无极耳锂电池模组取消了传统锂电池的内部输出极耳和电池外部互联电路结构，因此减少了电池模组30%左右的结构部件和重量，大幅降低了原材料和生产成本，简化了生产工艺。
[0011]2. 与刀片、麒麟等当前主流有极耳电池模组相比，无极耳锂电池模组中的活性物质有效质量占比提升了30%以上，可以大幅提升电池模组的功率比容量与体积比容量，可以延长电动汽车行驶里程30%以上。
[0012]3. 由于取消了输出极耳，两单体电池之间采取（极短距离）直连结构，连接电阻近乎为零，连接电阻只有特斯拉4680大圆柱电池的十分之一，普通卷绕电池和叠片电池的数
百分之一，因此可以大幅降低动力电池大电流快速充电时的发热量，为电动汽车快速充电提供了最佳的技术支持。
[0013]4. 由于无极耳锂电池模组的单体电池之间的连接，采取的是相邻集电体边沿电沉积冷连接工艺，避免了常规锂电池极耳高温焊接工艺造成的离子隔膜伤害，可大幅提高电池模组的生产效率和成品率。
附图说明
[0014]图1：正极输出模块单元结构示意图。
[0015]图2：双极输出模块单元结构示意图。
[0016]图3：负极输出模块单元结构示意图。
[0017]图4：无极耳锂电池模组结构示意图。
[0018]图5：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无极耳锂电池模组的结构设计，其特征在于：采用一组正极输出模块单元、多组双极性输出模块单元、一组负极输出模块单元，通过直接堆叠组成高压电池模组。2.根据权利要求1所述的正极输出模块单元，由封装边框、正极输出极板、正极集流体、正极活性物质涂层组成，正极输出极板由0.5～2mm厚电解铜板制备，正极输出极板的下表面采用工业电镀工艺沉积1～5μm厚的铝金属层作为正极集流体。3.根据权利要求1所述的双极性输出模块单元是一种准双极性电池结构，由封装边框、正负极集流体连接体、微孔离子隔膜、负极活性物质涂层、负极集流体、防化学渗漏层、正极集流体基底层、正极集流体表面层、正极活性物质涂层组成，其特征是正负集流体之间由一层防化学渗漏层进行隔离，避免电解液通过集流体的微孔和裂隙渗漏到相邻单体电池造成电气短路故障，防化学渗漏层材料可以是聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、玻璃纤维环氧树脂薄膜或其他高分子塑料中的一种。4.根据权利要求3所述的双极性输出模块单元，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣之，
申请(专利权)人：睿智同创南京储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：