一种预应力结构的方形锂离子电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种预应力结构的方形锂离子电池，包括电芯、用于封装该电芯的电池外壳以及电解液，所述的电池外壳的横截面呈矩形，电池外壳的厚度有差异，电池外壳的短边厚度大于其长边厚度；电芯包括多个方形卷绕电芯，方形卷绕电芯之间并联压紧，电芯安装于电池外壳内，电芯与电池外壳紧配合，单个方形卷绕电芯的排布方向平行于电池外壳的短边方向。本实用新型专利技术的预应力结构的方形锂离子电池，可提高整个电池的耐压强度，防止电池在充放电过程中鼓壳现象的发生。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及方形锂离子电池领域，具体涉及一种预应力结构的方形锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池是20世纪末开发成功的新型高能二次化学电池，与其它的二次电池相比，锂离子电池具有许多突出的优点 I)电压高单体电池的工作电压高达3.7-3. 8V (磷酸铁锂为3. 2V)，是Ni_Cd、Ni-H电池的3倍。2)比能量大目前能达到的实际比能量为555Wh/kg左右，即材料能达到150mAh/g以上的比容量(3 4倍于附气(1，2 3倍于附-1 )，已接近于其理论值的约88%。3)循环寿命长一般均可达到500次以上，甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上。对于小电流放电的电器，电池的使用期限，将倍增电器的竞争力。4)安全性能好，无污染公害，无记忆效应=Li离子电池中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素，无记忆效应。5)自放电小室温下充满电的锂离子电池储存I个月后的自放电率为2%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。6)可快速充放电IC充电30分钟容量可以达到标称容量的80%以上，现在磷铁电池可以达到10分钟充电到标称容量的90%。7)工作温度范围高一般工作温度为-25飞(TC，随着电解液和正极的改进，期望能扩宽到-4(T70°C。正是由于锂离子电池具有突出的性能优势，在便携式电器如手机、笔记本电脑、各类便携电子产品中得到广泛应用，尤其是近年来智能手机和笔记本电脑的迅猛发展，对锂离子电池的产量和容量的要求提出了更高的要求，也使小型锂离子电池的产量快速增长。而随着近年来全球石油资源逐渐枯竭和环境污染日益加重，节能减排、改变生活方式已成为全球各国的共识，促使各国政府大力发展电动汽车和混合动力汽车，减少汽油消耗量和尾气排放。锂离子电池由于其高比能量和长循环寿命，是未来电动汽车的主要能源，研究表明，采用锂离子电池作为混合动力汽车的电源，能量有效利用率可高达90%，而采用镍氢电池时能量有效利用率仅为50%。随着国内外对锂离子动力电池研究的广泛重视，锂离子动力电池取得了重要进展，目前的研究结果表明只有锂离子动力电池最有可能达到电动车的要求，并成为混合动力汽车的理想电池。与手机和笔记本电脑中使用的小型锂离子电池相比，锂离子动力电池在安全性、容量、尺寸、高倍率放电性能、循环寿命等众多方面需要进行革新，才能符合电动汽车的使用要求，尤其是电池容量，一般手机中使用的单体电池容量在IAh左右，而电动汽车中使用的电池容量一般需要达到数十到数百安时，扩大了数十到数百倍。作为移动电器用的小容量锂离子电池，由于电池容量不大、放电倍率小，电池在工作过程中电芯膨胀不大，温度变化不显著，因此对外壳的要求不高，一般的等厚度的薄壁铝合金或不锈钢外壳均可应用。但对大容量的动力电池，由于电池容量大，需要进行高倍率放电，工作过程中电池的温度变化显著、电芯膨胀大，随着单体电池容量的提高，对电池外壳的要求，尤其对外壳的强度、尺寸稳定性、防鼓胀等方面也提出了更高的要求。如果采用与小电池同类设计的等厚度薄壁金属外壳，电池壳强度低，不能受力，电池放电过程中尺寸变化大，电池容易鼓胀，安全性降低。实际上，国内目前大容量动力电池外壳结构与小电池没有多大差别，一般仅仅将电池外壳尺寸放大，采用均匀壁厚，而且方形外壳的厚度一般很小，长度和宽度方向则较大，进一步降低了外壳的强度，电池在工作中产生少量气体或电池极片充放电过程中的膨胀，很容易导致电池外壳变形、鼓壳等现象的发生。而为了减少不利影响，需要在设计电池时预留电池膨胀空间，降低电池比能量密度或产生电芯松动现象，对动力电池的应用和发展产生不利的影响。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种预应力结构的方形锂离子电池，可提高整个电池的耐压强度，防止电池在充放电过程中鼓壳现象的发生。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案一种预应力结构的方形锂离子电池，包括电芯、用于封装该电芯的电池外壳以及电解液，所述的电池外壳的横截面呈矩形，电池外壳的厚度有差异，电池外壳的短边厚度大·于其长边厚度；电芯包括多个方形卷绕电芯，方形卷绕电芯之间并联压紧，电芯安装于电池外壳内，电芯与电池外壳紧配合，单个方形卷绕电芯的排布方向平行于电池外壳的短边方向。本技术所述预应力结构的方形锂离子电池在工作时，电芯膨胀方向与外壳的长边方向平行，因而不会对强度较低的长边施加应力，因此电池不会因电芯膨胀而鼓壳。电芯膨胀产生的应力直接作用于电池外壳中强度较高的短边，同时给强度较低的长边一个较大的拉应力,提高了电池壳长边的强度。当电池内部气体膨胀时，电池壳长边施加的预应力将能有效抵消部分内部气体膨胀而产生的压力，从而减少电池鼓壳现象的发生。作为优选，电池外壳的短边厚度大于不承受预应力的长边厚度，长边与短边长度比例范围为2 Γ5 :1，长边与短边厚度比例范围为I :2 1 :4。作为优选，所述的外壳材料为纯铝、3003铝合金、各种类型的不锈钢材料或电镀镍钢及塑料。为了实现该结构电池的高倍率放电性能，预应力结构的方形锂离子电池的方形卷绕电芯的正负极导电极耳分别位于电芯的两端，可通过增加极耳个数、涂布参数等调节电池的高倍率放电能力。同时为了方便使用，外壳上的正负导电极柱可分布于电池一侧或两侧，可根据使用要求来调整电池正负端的分布。进一步，正负极柱上设置了内螺纹，以保证电池组合过程的可靠性。本技术中电解液组成和注液方式可参照常规锂离子电池。为了提高注液效率，正极极柱上设置了电解液注液孔，方便电池注液操作；优选将电解液注液孔设计成具有弹性可恢复结构的注液和导气复合装置，这样还可实现对电池补充注液维护，可有效调整电池性能，提闻循环寿命。为了提高电池的安全性和可靠性，优选在正负极盖板上均设置防爆阀，因此电池在使用过程中，产生气体能及时排出电池内部，保持电池内压在较低的水平，能有效提高电池的安全性和可靠性。本技术还提供了一种预应力结构的方形锂离子电池的制备方法，制备工艺和设备与传统工艺接近，易于工业化实施。所述的预应力结构的方形锂离子电池的制备方法，包括以下步骤I)预应力电池外壳的制备①若采用纯铝、3003铝合金或电镀镍钢作为电池外壳材料，电池外壳采用分级拉拔工艺制造，外壳为不等厚结构，其中长边与短边长度的比例范围优选为2 Γ5 :1，长边与短边厚度比例范围优选为I :2 1 4 ；②若采用不锈钢为外壳材料，采用折边焊接工艺制造，外壳同样为不等厚结构，t匕例与招合金外壳相同；③若采用塑料为外壳材料，则采用模具注塑工艺制造，外壳为不等厚结构，比例与·招合金外壳相近；2)电芯的制备极片采用间隙或连续工艺涂布，采用手工或自动制片机在极片上采用超声波焊接工艺焊接上需要数量的极耳，然后采用方形卷绕工艺制备方形卷绕电芯，卷绕时，正极和负极极耳分别位于方形卷绕电芯两端。3)根据电池设计的容量，选择电池需要的方形卷绕电芯的数量，叠平压紧后将方形卷绕电芯的极耳并联连接好后成为电池电芯，为了保证电池内必要的应力值，可调节方形卷绕电芯之间的叠平压力。装配时保证电芯与外壳为紧装配。4)连接好电芯与外壳端面极柱，采用激光焊接工艺(对金属外壳)或热熔焊(对塑料壳)将电池的两个端面分别密封好，完成电池的密封。密封好的电池，正极和负极导电极柱分别位于电池的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预应力结构的方形锂离子电池，包括电芯、用于封装该电芯的电池外壳以及电解液，其特征在于：所述的电池外壳的横截面呈矩形，电池外壳的厚度有差异，电池外壳的短边厚度大于其长边厚度；电芯包括多个方形卷绕电芯，方形卷绕电芯之间并联压紧，电芯安装于电池外壳内，电芯与电池外壳紧配合，单个方形卷绕电芯的排布方向平行于电池外壳的短边方向。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建平，周晓政，胡益兰，倪九江，缪东栋，陶新永，甘永平，
申请(专利权)人：浙江谷神能源科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：