[实用新型]一种真空防爆锂离子电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种真空防爆锂离子电池，属于动力电池技术领域。

背景技术

锂离子电池是一种能量密度大，平均输出电压高，输出功率大，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽（为-20℃～60℃），循环性能优越，可快速充放电，且充电效率高达99%以上，使用寿命长，不含有毒有害物质的绿色电池。它是以碳素材料做负极，以含锂的化合物做正极，并依靠锂离子在正、负极之间的往返脱、嵌，完成电池充电和放电工作的。即当对电池进行充电时，锂离子从电池的正极脱出，经电解液插入负极。由于电池的负极是呈层状结构的碳材料，其上有很多微孔，因而可使来自正极的锂离子插入到碳层的微孔中，插入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电（即人们使用电池的过程）时，插在负极碳层微孔中的锂离子脱插，经电解液又返回嵌入正极，返回嵌入正极的锂离子越多，放电容量越高。

现有的锂离子电池包括圆柱形的钢、铝、镀镍铁及铝、塑料等外壳，以及外壳上的盖帽（也是电池的正负极引出端），盛于外壳中的有机电解液，置于电解液中的正极、负极及它们之间的隔膜。其中，正极是用活性物质如锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂或磷酸铁锂制成片状，其上的导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔；负极是用活性物质如石墨、近似石墨结构的碳制成片状，其上的导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔；隔膜是一复合膜，其作用是在隔离电池正负极的同时，允许锂离子通过，而绝缘电子；有机电解液包括其中溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂以及聚合物胶状电解质。

但现有的锂离子电池因下列缺陷而存在严重的安全隐患，即：在充放电过程中，会因析出金属锂而形成枝晶，进而刺穿隔膜，造成内部短路，而一旦短路将会产生过大电流，引起温度急剧上升，从而导致电解液中的低闪点、低沸点碳酸酯被氧化和还原，并产生大量气体和更多的热能，当这些气体不能及时释放，便会使电池内压急剧上升而引起爆炸；对使用聚合物胶状电解质的锂离子电池而言，也会因温度升高而发生更猛烈的燃烧；另外，当析出的金属锂与空气直接接触，即刻燃烧而引燃电解液，发生强烈火焰而使气体急速膨胀，引起爆炸。此外，锂离子电池在高、低温时，性能也会受到很大影响。

尽管现有的锂离子电池都设置了下列过充、过放等保护性措施：一是采用开关元件，利用开关元件的阻值随温度上升而增大的特性，自动停止供电；二是选择适当的隔板材料，使隔板上的微米级微孔在温度上升到设定值时，会自动溶解掉，从而阻断锂离子的通过，停止电池内部的反应；三是设置安全阀（就是电池顶部的放气孔），当电池内部压力上升到设定值时，安全阀自动打开放气卸压，以防止电池内部气体积累过多而发生形变，最终导致壳体爆裂。但其安全隐患仍然无法避免。尤其对使用在储能电站、汽车、轮船及其它工业产品中的高容量、大功率动力电池而言，提高锂离子电池的安全性能尤为重要。

此外，锂离子电池性能在非高温、非低温的环境下，电池的性能将会得到很高的提升。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种真空防爆锂离子电池，以从根本上消除因温升、放氧反应带来的爆炸、燃烧等安全隐患，并同时提高电池的性能。

本实用新型提供的是这样一种真空防爆锂离子电池，包括带空腔的外壳及其上带引出端的壳盖，设于外壳空腔内的电解质以及相互叠加的正极、负极及正、负极之间的隔膜，其特征在于外壳上设有通孔，通孔上设有与真空机组相连的真空管，外壳空腔内设有控温管，该控温管穿过外壳上的通孔与控温机组相连，以便锂离子电池工作在真空和可控温的环境下，防止被氧化，使其处于适宜温度环境下，以提高电池性能。

所述与真空管相连的通孔设置在外壳上部，以根据需要适时保持外壳空腔内的真空度，防止空腔内的电解质、电极等被氧化。

所述控温管为中空直管，或者中空U形管，或者中空蛇形管，或者中空盘管，或者中空环管，且间隔设置在外壳空腔内，并与冷凝器相连，以便根据需要适时向中空管内输送控温介质，以控制外壳空腔内的工作温度。

所述真空机组、控温机组均为常规设备。

所述相互叠加的正极、负极以及正、负极之间的隔膜构成矩形柱体，在正极的相对两侧分别设置导电集流铝箔，在负极的相对两侧分别设置导电集流铜箔，且叠加后的正极上的导电集流铝箔与负极上的导电集流铜箔相互错位，以实现双向集流，均衡充、放电，延长电池使用寿命。

所述导电集流铝箔在正极的相对两侧为整片设置，或者为间隔设置，且在导电集流铝箔上设通孔，导电集流棒穿过该通孔延伸至壳盖外成为正极引出端。