[发明专利]锂离子电池

说明书

多芯锂离子电池包括密封的外壳和布置在密封的外壳内的支撑构件。密封的外壳可以被制成具有翻盖构造。密封的外壳可以进一步包括至少两个支撑构件，这些支撑构件容纳在由共用壁隔开的单独的隔室内。支撑构件包括多个腔体和布置在多个腔体内的多个锂离子芯构件。该电池还可以包括多个腔体衬里，每个腔体衬里位于相应的一个锂离子芯构件与相应的一个腔体的表面之间。可以使用翻盖构造来形成气密的外壳。可以包括与锂离子芯构件紧邻或接触的结构，以控制来自其中的气体/流体流。

技术领域

本发明涉及锂离子电池，更具体说，涉及具有改进的安全性和降低的制造成本的多芯锂离子电池。

背景技术

由于诸如电动车辆和电网存储系统等应用，以及诸如电动自行车、不间断动力电池系统以及铅酸更换电池之类的其他多单体电池应用的不断发展，对诸如锂离子电池之类的电化学动力电池的需求也在不断增长。对于这些应用，要求能量和功率密度高，但是降低制造成本和提高安全性以实现广泛的商业应用同样重要，甚至更高。进一步需要使这些电池的能量/功率比适合于应用的能量/功率比。

对于大型应用的电网存储和电动车辆，需要以串联和并联阵列连接的多个电池单体。电池供应商既关注大型电池(本文中定义为每个单电池大于10Ah(安培小时)，也关注小型电池(本文中定义为小于10h)。诸如棱柱或聚合物电池之类的包含堆叠或层压电极的大型电池由LG Chemical、AESC、ATL和其他供应商生产。小型电池(诸如18650或26650圆柱电池)或棱柱形电池(诸如183765或103450电池)以及其他类似大小的电池由Sanyo、Panasonic、EoneMoli、Boston-Power、Johnson Controls、Saft、BYD、Gold Peak以及其它供应商生产。这些小型电池经常利用长方形或圆柱形的卷芯结构。一些小型电池是具有堆叠电极的聚合物电池，其类似于大型电池，但容量较小。

现有的小型和大型电池具有一些明显的缺点。对于小型电池，例如18650电池，它们的缺点是通常受外壳或“金属容器”的约束，由于部分地受到机械应力或电解质不足，导致电池的循环寿命和日历寿命较短。由于锂离子电池被充电，因此电极膨胀。由于金属容器的原因，电极的卷芯结构受到约束并且在卷芯结构中会出现机械应力，这限制了其寿命。当需要越来越大的存储容量时，将更活跃的阳极和阴极材料插入给定体积的金属容器中，这将使得电极承受更大的机械应力。

另外，增加小型电池中电解质量的能力受到限制，并且随着锂的嵌入和脱嵌，电极的运动会将电解质挤出卷芯。这会导致电极出现电解质不足的情况，使得在功率消耗期间出现锂离子浓度梯度，并且电极变干，形成副作用和阻挡离子路径的干燥区域，从而降低了电池寿命。为了克服这些问题，特别是对于长寿命电池，用户必须通过降低充电状态，限制电池的可用容量或降低充电率来降低性能。

在机械方面，小型电池很难组装成大阵列，而且成本很高。必须创建复杂的焊接模式，以最大程度地减少焊接故障的可能性。焊接故障会降低容量，并在出现问题的焊接连接上产生潜在的发热。阵列中的电池单体越多，故障风险就越高，制造成品率就越低。这意味着更高的制造和保修成本。还存在潜在的安全问题，这些问题不仅与焊接和内部短路的故障有关，而且还与小型电池的封装有关。需要正确的封装小型电池，以避免由于一个电池单体故障而导致级联热失控。这样的封装导致成本增加。

对于大型电池，缺点主要在于安全性、低体积比和重量表容量以及昂贵的制造方法。与小型电池相比，具有大面积电极的大型电池的制造成品率低。如果在大型电池电极上存在缺陷，则与小型电池的制造相比，会浪费更多的材料，并且总产量会降低。以50Ah电池为例，与5Ah电池相比。50Ah电池的缺陷会与5Ah电池相比回导致10倍的材料损耗，即使两种制造方法的缺陷仅在所制造的电池中每次出现50Ah时才发生。