锂离子电池的制作方法

本实用新型属于电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池。

背景技术：

近年来，锂离子电池的发展日新月异。其由于生产效率高，成品率高，耗能小，体积能量比大等诸多优点而在笔记本电脑、手机、电动脚踏车等多个领域中被广泛使用。随着锂离子电池在EV/HEV汽车领域的应用，对电池的安全性能、电池组内及组间电池一致性的要求越来越高。

目前，现有技术是利用电池电芯金属外壳向空气中散热，以实现降低电池使用过程中电芯内部的温度，但单纯依靠电池电芯金属外壳散热造成了电池内部温度不平衡现象，即电池越靠近卷心中间温度越高。而现有技术对于电池使用过程中电芯内部温度不平衡现象尚没有十分有效的解决方案，而电池内部温度不平衡现象会使得电池存在燃烧、爆炸的安全隐患，并且加速电池性能劣化，降低了电池的一致性，进而影响整个电池组的使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种锂离子电池，旨在解决电池使用过程中内部温度不平衡问题，同时提高电池的安全性能和一致性，进而解决电池在过充，过放和承受高温等极端条件下爆燃几率大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种锂离子电池，包括电池壳、顶盖、卷芯、电池中心针、下绝缘片和上绝缘片，所述顶盖设于所述电池壳顶端，所述卷芯设于所述电池壳内，所述电池中心针插设于所述卷芯内，所述下绝缘片和所述上绝缘片分别设于所述卷芯的底端和顶端，其特征在于：所述电池中心针包括针芯壳和防爆安全阀，所述针芯壳的内部填充有相变材料和/或高温保护材料，所述防爆安全阀设于所述针芯壳的顶端并位于所述上绝缘片的下方；所述锂离子电池还设有电池切断装置，所述电池切断装置设于所述顶盖下方并位于所述上绝缘片的上方。

进一步地，所述针芯壳包括圆柱壳部和锥台壳部，所述锥台壳部连位于所述圆柱壳部的下方并与所述圆柱壳部的底端连接，所述防爆安全阀设于所述圆柱壳部的顶端。

优选地，所述相变材料为石蜡、石蜡与泡沫铝的复合物、石蜡与石墨的复合物或无机盐。

优选地，所述高温保护材料为阻燃添加剂或二氯甲烷。

进一步地，所述电池切断装置包括铝板和泄压片，所述泄压片的中部向下成型有一凸起部，所述铝板和所述泄压片凸起部焊接固定。

进一步地，所述针芯壳的外表面涂敷有绝缘层。

进一步地，所述相变材料和所述高温保护材料混合放置或者间隔放置。

进一步地，所述针芯壳的内部设有分隔层，所述相变材料和所述高温保护材料通过所述分隔层隔开。

进一步地，所述下绝缘片设有中心位负极耳孔洞。

本实用新型的有益效果是：本实用新型锂离子电池，通过在锂离子电池内设置包括针芯壳和防爆安全阀的电池中心针，并在针芯壳内部设置相变材料层和高温保护材料层，以使相变材料层吸收电池内局部部位出现的过多热量，平衡锂离子电池内部温度。同时，在锂离子电池发生过放、过充和处于高温环境以及受到针刺和挤压时，电池内部气压和温度骤然升高时，高温保护材料受热分解并在短时间内产生大量不可燃气体，进而冲破设置在针芯壳顶端的防爆安全阀。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的锂离子电池的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的锂离子电池的电池中心针的结构示意图。

图3为沿图2中A-A线的剖切视图。

图4为本实用新型实施例提供的锂离子电池的下绝缘片的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10—电池壳 20—顶盖 30—卷芯

40—电池中心针 41—针芯壳 42—防爆安全阀

43—相变材料 44—高温保护材料 45—分隔层

50—下绝缘片 51—中心位负极耳孔洞 60—上绝缘片

70—电池切断装置 71—泄压片 72—铝板

411—圆柱壳部 412—锥台壳部。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～4描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1～4所示，本实用新型实施例提供了一种锂离子电池，包括电池壳10、顶盖20、卷芯30、电池中心针40、下绝缘片50和上绝缘片60。顶盖20设于所述电池壳10顶端，卷芯30设于电池壳10内，电池中心针40插设于卷芯30内，下绝缘片50和上绝缘片60分别设于所述卷芯30的底端和顶端。同时，锂离子电池还设有位于顶盖下方并位于上绝缘片上方的电池切断装置。

进一步地，电池中心针40还包括有针芯壳41和设置于针芯壳41顶端的防爆安全阀42，并且针芯壳41的内部填充有高温保护材料44和相变材料43。具体地，当电池内部温度过高时，相变材料43可吸收多余的热量，使得电池卷芯30内部电解液的化学反应稳定进行。当锂离子电池发生过充、过放、承受高温、受到针刺或挤压，电池内部温度和压力骤然升高时，电池内部产生的热量超出了相变材料43的吸热极限，内部压力急剧增加，此时高温保护材料44会受热发生分解，并在短时间内产生大量不可燃气体，进而冲破设置在针芯壳41顶端的防爆安全阀42，一方面进一步增大了锂离子电池的内部压力，促使电池切断装置70切断电池内部电路，使得电池内部发生断路，同时使电池内部与外部连通，进而使得电池内部气体得以排出，从而降低了电池内部压力，进而降低了电池发生进一步爆燃的几率。同时，高温保护材料44由电池中心针40内部释放出并气化，与电解液直接接触，通过气化过程从电解液中吸收热量，进而降低了电解液的温度，进一步缓阻了电解液中的化学反应的进行，进而显著地降低了锂离子电池发生进一步爆燃的几率。

进一步地，电池切断装置70与相变材料43、高温保护材料44一同作用，进一步地降低了电池爆燃的几率。

进一步地，一方面，将高温保护材料44设于针芯壳41体内，避免了与电解液直接接触，可使得电解液免于受到高温保护材料44的影响而干扰其内发生的正常化学反应，进而提高了电池的工作效率。另一方面，将相变材料43和高温保护材料44设于针芯壳41体内，利用了针芯壳41体的内部空间，在不显著增大电池体积的同时，有效实现了对电池内部温度和压力的平衡。

本实施例中，如图2所示，针芯壳41体包括圆柱壳部411和锥台壳部412，锥台壳部412连位于圆柱壳部411的下方并与圆柱壳部411的底端连接。这样，当针芯壳41体所属的电池中心针40插入卷芯30时，针芯壳41体的锥台壳部412首先与卷芯30接触，进而可轻易插入卷芯30内部，实现电池中心针40在卷芯30内的精准定位。

本实施例中，相变材料43优选为石蜡、石蜡与泡沫铝的复合物、石蜡与石墨的复合物或无机盐。具体地，石蜡具有储热温度高，相变温度范围广、过冷程度小，无相分离等优点，可在锂离子电池内部稳定服役，有效实现对电池内部控温，使电池内部工作环境温度更为均匀和适宜，显著提高了电池工作效率，延长了电池使用寿命。进一步地，石蜡吸附于泡沫铝的空隙内，构成石蜡泡沫铝复合物，其可更好的实现电池内部热管理，有效抑制电池内部升温速率，并使电池内部温度分布更为均匀。同时，石蜡与石墨的复合物可实现电池在大放电电流以及高环境温度条件下的锂离子电池内部温度控制，并且可有效抑制电池内部发生的容量衰退现象。而无机盐材料得益于其较高的熔点和熔解热水平，使其具有性能稳定，不易发生熔析和副反应，且能够在储热和放热过程中保持体积稳定。

本实施例中，高温保护材料44优选为阻燃添加剂或二氯甲烷。进一步地，阻燃添加剂可优选为烷基-全氟代烷基醚添加剂。具体地，通过选用烷基-全氟代烷基醚添加剂，可显著降低锂离子电池在受到针刺时发生热击穿的几率，进而显著提升了锂离子电池安全性。进一步地，由于二氯甲烷添加剂沸点低且不可燃，其极易气化并形成大量不可燃气体，进而可实现将电池内部的氧气排挤出去，显著降低电池爆燃几率。

本实施例中，如图1所示，电池切断装置70包括有泄压片71和铝板72。具体地，泄压片71中心部位向下成型有一凸起，凸起方向的反方向呈中空状态，而凸起方向的正方向存在有铝板72，并且铝板72与泄压片71的凸起焊接连接。当电池内部气压骤然增大时，泄压片71与铝板72的连接处压强也随之增大，进而泄压片71凸起与铝板72的焊接处因所受压力过大而断裂开，造成泄压片71与铝板72的分离。进一步地，泄压片71凸起处在压力的作用下向凸起方向的反方向凹陷，完全与铝板72分隔开来。而由于电池内部电芯通过铝板72与电池正极相连接，当铝板72与连接有电池正极的泄压片71产生物理分隔时，电池电芯与电池正极的连接即被切断，进而在电池内部形成了断路，进而显著降低了电池发生爆燃的几率。

本实施例中，电池中心针40针芯壳41的外表面涂覆有绝缘层(图中未示出)。具体地，绝缘层的涂覆方法为旋涂法，即将针芯壳41浸入液态绝缘层材料中，并高速旋转，使得液态绝缘层材料能够均匀的附着在针芯壳41上，随后经高温固化，使得绝缘层材料与针芯壳41固化为一体。绝缘层材料优选为聚四氯乙烯。进一步地，绝缘层材料聚四氯乙烯具有优良的耐蚀性能，在电解液里完全不发生化学反应，可在电池过充，电池内部温度急剧升高的条件下稳定附着在针芯壳41上，阻隔针芯壳41与电池极片直接接触，从而防止了引发电池内部短路。

本实施例中，设于针芯壳41内的相变材料43和高温保护材料44可以混合放置也可以间隔放置。具体地，当相变材料43与高温保护材料44混合放置时，在电池过充，内部气压和温度急剧升高时，相变材料43和高温保护材料44可一同冲破防爆安全阀42，同时与电解液接触，高温保护材料受热分解，释放出捕获燃烧反应中羟基的自由基，缓阻燃烧反应的进行。同时，高温保护材料受热分解产生大量气体，促使电池切断装置70中铝板和泄压片发生分离，进而使电池内部发生断路，从而大大的降低了锂离子电池爆燃的几率。同时，相变材料43与高温保护材料44混合放置，也简化了针芯壳41内部构造设计，从而节省了锂离子电池中心针40的制造成本，使得锂离子电池中心针40的大规模工业化生产变得容易。

当相变材料43与高温保护材料44分隔放置时，优选地，可将相变材料43放置在针芯壳41内的外层，将高温保护材料44放置在针芯壳41内的内层。这样，由于相变材料43设置于针芯壳41的外层，在锂离子电池出现电池内部局部温度过高的情况下，其可首先与电解液之间实现传热，吸收电池局部过多的热量，实现锂离子电池在正常工作条件下，电池内部热量的平衡。进一步地，当锂离子电池发生过充、过放、承受高温或者受到针刺或挤压，电池内部温度和压力急剧升高时，相变材料43在达到吸热极限后将热量传导至高温保护材料44层，高温保护材料44受热气化进而冲破防爆安全阀42，与电解液直接接触，缓阻电池内部燃烧反应的进行，进而显著降低了锂离子电池发生爆燃的几率。

本实施例中，如图3所示，通过在针芯壳41内部设置分隔层45，可在分隔层45内分别设置相变材料43和高温保护材料44。具体地，针芯壳41内部的分隔层45布局方式可以是多样化的。比如，分隔层45可以是内外层设计，也可以是上下层设计，可以是双层设计，也可以是多层设计。进一步地，针芯壳41内部的分隔层45布局方式可根据电池内部工作环境的实际需求来确定。比如，针芯壳41内部的分隔层45可设置为三层结构。具体地，靠近卷芯30的外部两层可用来容置不同种类的相变材料45，最内层则可用来容置高温保护材料44。比如，分隔层45的最外层可容置石蜡或无机盐，次外层可容置石蜡与泡沫铝或石蜡与石墨的复合物。这样，相变材料层可实现不同性能的相变材料43相互搭配，以实现节省相变材料43成本的功效。

本实施例中，如图4所示，下绝缘片50中心位处还设有负极耳洞。具体地，下绝缘片50中心位负极耳孔洞51采用多形状设计，即下绝缘片50的中心位负极耳孔51由不完整的圆孔和多个并行排布且相互连接的矩形孔构成。进一步地，不完整圆孔的中心与下绝缘片50几何中心和卷芯30中心重合，且不完整圆孔的边的锥度与针芯壳41锥台锥度相同(图中未示出)。这样，针芯壳41在插设入卷芯30中心后，针芯壳41锥台可与不完整圆孔形成嵌设配合，以实现针芯壳41在电池内部的固定。这样，当电池承受突然发生的外力撞击时，针芯壳41所属的电池中心针40不会因外力作用而发生移动，进而保证了电池使用的安全性。进一步地，多个并行排布且相互连接的矩形孔长度依次递减。这样，中心位负极耳孔洞51可匹配不同规格的负极耳，提高了中心位负极耳孔洞51的通用性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。