基于叠片式的锂离子电池结构及电动汽车的制作方法

本实用新型涉及锂电池技术领域，特别涉及一种基于叠片式的锂离子电池结构及电动汽车。

背景技术：

锂离子电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂离子(Li+)电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来实现充放电工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。而且，锂离子电池按内部结构区分，有卷绕和叠片两种结构。前者将长条状的正、负极片和隔膜通过卷绕方式固定；后者是将片状的正、负极片和隔膜依次堆叠形成。

在传统技术中，叠片结构的锂离子电池主要包括正极、负极和隔膜，是一种隔膜覆盖负极、负极覆盖正极的片层结构。其中，正极和负极可以设置在同侧，也可设置在异侧。这种叠片结构的锂离子电池没有结构上的保护措施，只能依靠正负极材料、隔膜材料的自身产品特性保障安全，在电池安全性方面贡献颇浅。但是，这种叠片结构的锂离子电池经常会应用于电动汽车上。而GB/T31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法中罗列了10项安全考察项目，其中的针刺试验要求非常严苛。在针刺试验过程中，正、负极片直接短路从而产生大量热量、冒烟甚至起火燃烧。如果电池材料的安全性方面较差(如侧重能量型)，往往会出现针刺不合格的问题，实际应用中也存在一定风险。

技术实现要素：

基于此，为解决上述问题，本实用新型提供一种基于叠片式的锂离子电池结构及电动汽车，可降低电池针刺过程的温升和起火爆炸可能性，提高电池安全性。

其技术方案如下：

一种基于叠片式的锂离子电池结构，包括电池芯体，分别叠设于所述电池芯体两侧的至少一层电池泄能层，以及包裹于所述电池泄能层和所述电池芯体外的电池外壳；

所述电池芯体包括叠设的多块正极片、负极片，且每块所述负极片均叠设于相邻的两块所述正极片之间，相邻的所述正极片和负极片之间叠设有隔膜；所有的所述正极片相互连接，所有的所述负极片相互连接；

所述电池泄能层包括相互叠设的一块正极泄能片和一块负极泄能片，以及设置于所述正极泄能片和负极泄能片之间的所述隔膜；每块所述正极泄能片与所有的所述正极片相互连接，每块所述负极泄能片与所有的所述负极片相互连接。

下面对进一步技术方案进行说明：

进一步地，所述正极泄能片设置为铝箔片，所述负极泄能片设置为铜箔片。

进一步地，当所述电池芯体的最外层设置为正极片时，所述电池泄能层的负极泄能片与最外层的所述正极片相邻；

当所述电池芯体的最外层设置为负极片时，所述电池泄能层的正极泄能片与最外层的所述负极片相邻。

进一步地，所述正极泄能片的形状与所述正极片的形状对应，且所述正极泄能片的面积等于或大于所述正极片的面积，所述正极泄能片的厚度等于或大于所述正极片的厚度。

进一步地，所述负极泄能片的形状与所述负极片的形状对应，且所述负极泄能片的面积等于或大于所述负极片的面积，所述负极泄能片的厚度等于或大于所述负极片的厚度。

进一步地，所述正极泄能片的边缘与所述负极泄能片的边缘相互错置。

进一步地，所述电池芯体两侧分别设置有一层或两层所述电池泄能层。

进一步地，所述正极片和正极泄能片的端部均突出设置有正极集流体，且所有的所述正极集流体焊接连接；

所述负极片和负极泄能片的端部均突出设置有负极集流体，且所有的所述负极集流体焊接连接。

进一步地，还包括与所述正极集流体连接的正极极耳，以及与所述负极集流体连接的负极极耳，所述正极集流体、正极极耳与所述负极集流体、负极极耳设置于所述电池芯体的同侧或异侧。

此外，本实用新型还提出一种电动汽车，包括如上所述的基于叠片式的锂离子电池结构。

本实用新型具有如下突出的优点：在常规的叠片结构基础上，设计包裹的叠片泄能层，增加针对针刺项目的安全防护措施；通过叠片泄能层的包裹设计，在不引进新材料和增加过多成本的基础上，降低电池针刺过程的温升和起火爆炸可能性、提高电池安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述基于叠片式的锂离子电池结构的结构示意简图；

图2是本实用新型实施例所述基于叠片式的锂离子电池结构的电池芯体的结构示意简图；

图3是本实用新型实施例所述基于叠片式的锂离子电池结构的电池泄能层的结构示意简图。

附图标记说明：

100-电池芯体，110-正极片，120-负极片，130-隔膜，200-电池泄能层，210-正极泄能片，220-负极泄能片，300-电池壳体。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例进行详细说明：

如图1所示，本实用新型提出一种基于叠片式的锂离子电池结构，一种基于叠片式的锂离子电池结构，包括电池芯体100，分别叠设于所述电池芯体100两侧的至少一层电池泄能层200，以及包裹于所述电池泄能层200和所述电池芯体100外的电池外壳300。通过在叠片式结构的电池芯体100的两侧分别设置电池泄能层200，对电池芯体100进行保护，使得电池芯体100被针刺时，能够通过电池泄能层200进行泄能，避免电池芯体100出现局部过热，避免电池针刺过程中产生温升和起火爆炸，提高电池安全性能。

而且，如图2所示，所述电池芯体100包括叠设的多块正极片110、负极片120，且每块所述负极片120均叠设于相邻的两块所述正极片110之间，相邻的所述正极片110和负极片120之间叠设有隔膜130；所有的所述正极片110相互连接，所有的所述负极片120相互连接。即通过一块正极片110和一块负极片120形成一个电芯单元，而所述电池芯体100可包括多个这样的电芯单元。电芯单元的正极片110和负极片120之间通过隔膜130进行隔离，相邻的电芯单元之间也通过隔膜进行隔离。而且，各个电芯单元的正极片110均相互连接、负极片120也相互连接，即可将各个电芯单元并联起来，以提供更大的电流和更高的容量。而且，所述正极片110的端部均突出设置有正极集流体，且所有的所述正极集流体焊接连接；所述负极片的端部均突出设置有负极集流体，且所有的所述负极集流体焊接连接。即通过设置负极集流体和正极集流体，并将负极集流体和正极集流体分别进行焊接的方式，将正极片110、负极片120分别连接起来。

此外，如图3所示，所述电池泄能层200包括相互叠设的一块正极泄能片210和一块负极泄能片220，以及设置于所述正极泄能片210和负极泄能片220之间的所述隔膜130；每块所述正极泄能片210与所有的所述正极片110相互连接，每块所述负极泄能片220与所有的所述负极片110相互连接。当常规的叠片结构电池发生正面针刺时：钢针(或者实际使用中的尖锐异物)会刺破电池外壳300(所述电池外壳可设置为软包铝塑膜、方形塑料或者金属铝壳等)扎入叠片结构内部，外层的正极片110、负极片120由此直接短路。正极片110、负极片120上的涂层接触电阻很大，在短路时会产生大量热量，同时热量融化隔膜导致进一步扩大短路面积，随着针刺的深入电池容易出现局部热失控。而通过设置上述的电池泄能层200，当叠片结构电池发生正面针刺时：外层的正极泄能片210和负极泄能片220最先直接短路，这时可以等同于电池的外部短路，所有正极片110、负极片120通过短路电流大面积均匀地产生热量(可以在整个正极泄能片210和负极泄能片220上产生热量，不会在的局部产生热量，从而不会出现局部热集聚导致隔膜融化)，相对安全地泄放电池大量电量从而抵挡住针刺最危险阶段(荷电状态最高、短路接触点最小)。随着针刺的深入，正极片110、负极片120开始直接短路，此时电池荷电状态经历上一阶段短路泄能已经下降，电池尤其是三元材料的荷电状态的下降会大大降低针刺安全等级。如果此时正极泄能片210和负极泄能片220与正极片110和负极片120的连接处尚未熔断(在承受短路电流时容易熔断，具体视短路电流和针刺速度实际情况而定)，短路仍然会优先在正极泄能片210和负极泄能片220接触处发生从而进一步避免电池局部热失控。

而且，所述正极泄能片210的端部均突出设置有正极集流体，且所有的所述正极集流体焊接连接；所述负极泄能片220的端部均突出设置有负极集流体，且所有的所述负极集流体焊接连接。即所有的正极泄能片210通过正极集流体连接，还与所有的正极片110通过所述正极集流体连接；所有的负极泄能片220通过负极集流体连接，还与所有的负极片120通过所述负极集流体连接。这样，将所有的正极泄能片210与所有的正极片110连接，将所有的负极泄能片220与所有的负极片120连接，便于在针刺时发生短路。

此外，当所述电池芯体100的最外层设置为正极片110时，所述电池泄能层200的负极泄能片220与最外层的所述正极片110相邻；当所述电池芯体100的最外层设置为负极片120时，所述电池泄能层200的正极泄能片210与最外层的所述负极片120相邻。即使得所述电池泄能层的叠片结构(正极泄能片210、负极泄能片220及隔膜130的叠置顺序)与电池芯体100的叠片结构(正极片110、负极片120及隔膜130的叠置顺序)保持一致，从而使得正极泄能片210、负极泄能片220的叠片顺序与正极片110、负极片120总的叠片顺序保持一致，从而使得所述电池泄能层200的针刺短接回路数量最大，以达到更好的泄能散热效果，提供更好的电池安全性能。此外，所述电池泄能层200的叠片顺序也可以与所述电池芯体100的叠片顺序采用不同的设置方式。

而且，所述正极泄能片210可设置为铝箔片，所述负极泄能片220可设置为铜箔片。通过将所述正极泄能片210设置为铝箔片(正极片110的基材一般也设置为铝箔，可以与正极片110的基材保持一致)，将所述负极泄能片220设置为铜箔片(负极片120的基材一般也设置为铜箔，可以与负极片120的基材保持一致)，一方面具有良好的导电性和热学性能(在短路时，能够在整个正极泄能片210和负极泄能片220上均匀地发热，可避免在局部产生热量聚集)，另一方面也便于和正极片110、负极片120同时加工制作(可与正极片110、负极片120共用材料和加工设备)。此外，所述正极泄能片210和负极泄能片220也可以设置为其他的导电金属箔片，如金箔片、银箔片，或其他导电合金箔片。

此外，所述正极泄能片210的形状可与所述正极片110的形状对应，且所述正极泄能片210的面积等于或大于所述正极片110的面积，所述正极泄能片210的厚度等于或大于所述正极片110的厚度。这样，可使得所述正极泄能片210的裁切形状尺寸可以与正极片110相同，从而可与所述正极片110共用裁切设备和模具；也可以适当加大所述正极泄能片210的裁切尺寸，从而增加针刺保护区域；还可以适当加厚所述正极泄能片210的厚度，使得叠片时更加平稳可靠。而且，所述负极泄能片220的形状可与所述负极片120的形状对应，且所述负极泄能片220的面积可等于或大于所述负极片120的面积，所述负极泄能片220的厚度等于或大于所述负极片120的厚度。这样，可使得所述负极泄能片220的裁切形状尺寸可以与负极片相同，从而与负极片120共用裁切设备和模具；也可以适当加大所述负极泄能片220的裁切尺寸，从而增加针刺保护区域；也可以适当加厚所述负极泄能片220的厚度，使得叠片时更加平稳可靠。而且，所述正极泄能片210的边缘与所述负极泄能片220的边缘相互错置，这样可以防止两者边缘的毛刺重叠刺破隔膜。具体地，可以使所述正极泄能片210的边缘与所述负极泄能片220的尺寸保持差异，来实现二者边缘的错置；也可以将所述正极泄能片210的边缘与所述负极泄能片220稍微错置，来实现二者边缘的错置。

此外，所述电池芯体100两侧可分别设置有一层或两层所述电池泄能层200。这样，可以达到较好的泄能效果，同时也不会使电池太厚(对电池厚度的增加控制在接受范围)，影响电池的性能。此外，也可以根据需求对所述电池泄能层200的层数进行设置，可使得增加层数。此外，所述基于叠片式的锂离子电池结构还包括与所述正极集流体连接的正极极耳，以及与所述负极集流体连接的负极极耳，所述正极集流体、正极极耳与所述负极集流体、负极极耳设置于所述电池芯体的同侧或异侧。

此外，本实用新型还提出一种电动汽车，包括如上所述的基于叠片式的锂离子电池结构。使得采用这种基于叠片式的锂离子电池结构的电动汽车，具有更好的安全性能。此外，这种基于叠片式的锂离子电池结构还可以应用于其他使用电池的设备上。

本实用新型提供的基于叠片式的锂离子电池结构及电动汽车，在常规的叠片结构基础上，设计包裹的叠片泄能层，增加针对针刺项目的安全防护措施；通过叠片泄能层的包裹设计，在不引进新材料和增加过多成本的基础上，降低电池针刺过程的温升和起火爆炸可能性、提高电池安全性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。