一种空芯锂电芯、空芯锂电池及锂电池包的制作方法

1.本实用新型涉及一种空芯锂电芯、空芯锂电池及锂电池包，属于锂电池技术领域。


背景技术：

2.随着当前新能源的蓬勃发展，对于新能源各种电池的安全性能的要求越来越高。其中，锂电池在长期低温状态下储存，在需要使用时电芯温度满足使用条件之前温度过低，电芯内部出现锂离子结晶状态，此时如果强行使用，锂结晶的晶体会刺破隔膜产生电芯内部短路，甚至可引起起火和爆炸现象产生；动力锂电池在储存和动力工作需求的情况下，一直长期或者超负载能力情况下，以及在使用达到一定寿命的情况下，锂电池在充放电过程中会产生温度升高的现象，而温度升高到一定程度的时候会引起隔膜融化或者破损，隔膜出现损坏又会导致锂电池内部短路从而使锂电池内部温度进一步升高，进而引起起火和爆炸的使用风险。
3.鉴于锂电池在使用市场上的需求和安全性能的要求，一致要求提高提高锂电池的安全性能的同时也要提高锂电池的寿命，降低锂电池的使用成本。便于锂电池进一步推广到市场替代原有的高污染型电池，从而达到保护环境的目的。


技术实现要素：

4.目前锂电池制造一般有卷绕和叠片两种方式制造，其中卷绕方式需要人为在锂电池内部制作有一个卷绕的卷芯在电池中心位置，而中心位置也恰恰是锂电池在使用过程中发热最为严重的区域，并且热量也很难导出，具有很高的锂电芯热失效的风险，同时在低温状态下锂结晶需要加热恢复也很困难，结晶刺破隔膜引起短路的风险也相应的增加了很多，为了解决锂电池温度管理的问题，本实用新型提供一种空芯锂电芯、空芯锂电池及锂电池包，采用空芯卷芯替换传统实心卷芯，改善了锂电芯内部的热量导出问题，并在空心卷芯内引入充有液体介质的管路，通过管路中的液体介质进行加热和降温，不仅能够将锂电芯内部热量及时耗散也能使整个锂电芯迅速加热，从而降低锂电芯使用过程中热失效风险、提高使用寿命、提高工作效率以及提高适用性，提高储能锂电池和动力锂电池的安全性能和使用性能。
5.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
6.一种空芯锂电芯，所述锂电芯包括空心卷芯、极片、外壳以及管路；
7.空心卷芯和外壳均为中空的圆柱体结构，空心卷芯位于外壳内部，极片位于空心卷芯与外壳之间的环形空腔中，且极片一层一层缠绕在空心卷芯的外表面上，管路穿过空心卷芯内部空腔，管路中充有用于升温或冷却的液体介质。
8.一种空芯锂电池，所述锂电池包括所述锂电芯、正极盖帽以及负极盖帽；
9.正极盖帽和负极盖帽均为环形结构，正极盖帽和负极盖帽分别与所述锂电芯的两端一一对应连接形成锂电池，其连接方式与目前圆柱形电池的连接方式相同(如常规的激光焊接形式以及bms连接方式)，以进行正负极输出。
10.一种锂电池包，所述锂电池包括n个所述锂电芯，n个所述锂电芯中的管路依次连接，n个所述锂电芯整体打包形成锂电池包，其整体打包方式与目前圆柱电芯打包方式一样，可以有效地利用目前的打包生产线和焊接机，不需要做任何改动。
11.进一步地，所述管路的直径为3mm～6mm。
12.进一步地，所述管路选用橡胶软管。
13.有益效果
14.(1)考虑到目前圆柱形锂电池本身卷绕内部就存在一个卷芯，而且锂电芯内部从卷芯开始卷绕的时候卷绕的实际周长非常小，在电芯内部沿着卷芯卷绕 5-6圈也远远抵不上电芯外圆半圈的极片的面积，因此，采用空心卷芯替换目前实心卷芯后，相对于锂电芯安全使用对于锂电芯的容量基本损失可以忽略。
15.(2)相对于实心卷芯而言，空心卷芯的外圆加大，使卷绕中心更容易贴实空心卷芯外壁，各层极片之间卷绕更加紧密平整，避免了卷绕中心极片的褶皱的产生。
16.(3)锂电芯主要发热点聚集在锂电芯最中间的位置，而且整体热量无法自身散出去，冷冻透了以后同样也很难将锂电芯内部位置很快的加热到所需的温度，将热管理循环系统的管路从空芯的锂电芯内部中心位置穿过进行加热和降温，从而达到锂电芯在使用安全上的要求。
17.(4)热管理循环系统的管路选用导热绝缘的橡胶软管进行连接，整个管路属于软管形式，便于在锂电芯成组的内部进行穿行往复，不会因为管路复杂而出现不易制作的问题；而且管路长度可随机调整，仅需要根据锂电池包内部管路长度进行布置即可，内部不存在连接的管路接头，有效的避免了管路接头漏水导致的短路故障，使整个锂电池包安全可靠；另外，橡胶软管壁厚柔软且具有很好的塑性，也不容易破损而导致漏水短路，确保锂电池包的安全可靠。
18.综上所述，本实用新型通过改善空芯锂电芯的传热导热性能，满足锂电芯输出时的热量的散出及时性，以及寒冷状态储存时间过长锂电池从结晶状态快速恢复的要求，结构简单，成本低，有效提高了锂电芯的寿命、工作效率，降低了热失效风险，有利于增加锂电池的市场占有率。
附图说明
19.图1为实施例1中所述空心锂电芯与正极盖帽以及负极盖装配成的空芯锂电池的结构示意图。
20.图2是采用实施例1中所述空心锂电芯组装的锂电池包的结构示意图。
21.其中，1-正极盖帽，2-空心卷芯，3-极片，4-外壳，5-负极盖帽，6-管路， 7-入口，8-出口。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。
23.实施例1
24.一种空芯锂电芯，所述锂电芯包括空心卷芯2、极片3、外壳4以及管路6；
25.如图1所示，空心卷芯2和外壳4均为中空的圆柱体结构，空心卷芯2位于外壳4内部；极片3位于空心卷芯2与外壳4之间的环形空腔中，且极片3 一层一层缠绕在空心卷芯2的外表面上；管路6选用橡胶软管(如常见的硅橡胶软管)，管路6穿过空心卷芯2内部空腔，管路2中充有用于升温或冷却的液体介质。
26.采用目前圆柱形电池的常规连接方式(如激光焊接形式以及bms连接方式)，将所述锂电芯的一端与环形的正极盖帽1连接，将所述锂电芯的另一端与环形的负极盖帽5连接，形成空芯锂电池，如图1所示。
27.按照目前圆柱电芯打包方式，将n个所述锂电芯进行整体打包形成锂电池包，其中n个所述锂电芯中的管路6依次连接，如图2所示；其中，n为大于等于2的整数，其数值根据锂电池包的能量要求设定即可。
28.综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种空芯锂电芯，其特征在于：所述锂电芯包括空心卷芯、极片、外壳以及管路；空心卷芯和外壳均为中空的圆柱体结构，空心卷芯位于外壳内部，极片位于空心卷芯与外壳之间的环形空腔中，且极片一层一层缠绕在空心卷芯的外表面上，管路穿过空心卷芯内部空腔，管路中充有用于升温或冷却的液体介质。2.根据权利要求1所述的一种空芯锂电芯，其特征在于：所述管路的直径为3mm～6mm。3.根据权利要求1所述的一种空芯锂电芯，其特征在于：所述管路选用橡胶软管。4.一种空芯锂电池，其特征在于：所述锂电池包括权利要求1至3任一项所述的锂电芯、正极盖帽以及负极盖帽；正极盖帽和负极盖帽均为环形结构，正极盖帽和负极盖帽分别与所述锂电芯的两端一一对应连接。5.一种锂电池包，其特征在于：所述锂电池包包括n个权利要求1至3任一项所述的锂电芯，n个所述锂电芯中的管路依次连接，n个所述锂电芯整体打包在一起。

技术总结
本实用新型涉及一种空芯锂电芯、空芯锂电池及锂电池包，属于锂电池技术领域。所述锂电芯包括空心卷芯、极片、外壳以及管路；空心卷芯和外壳均为中空的圆柱体结构，空心卷芯位于外壳内部，极片位于空心卷芯与外壳之间的环形空腔中，且极片一层一层缠绕在空心卷芯的外表面上，管路穿过空心卷芯内部空腔，管路中充有用于升温或冷却的液体介质。所述锂电芯的两端分别与正极盖帽、负极盖帽连接形成空芯锂电池；将n个所述锂电芯整体打包形成锂电池包。所述锂电芯结构简单、成本低，满足锂电芯输出时的热量的散出及时性、以及寒冷状态储存时间过长锂电池从结晶状态快速恢复的要求，有效提高了使用寿命、提高了工作效率、降低了热失效风险。降低了热失效风险。降低了热失效风险。


技术研发人员：张跃强 佟玉琦 胡道中 王发成 田君 高洪波 王继东 高申 佟蕾 王一拓 田崔钧 陈亚东 王海菊 张京伟 徐春常 宛棋 王子冬 魏岩巍 袁英帅 倘朋辉 曹宝森
受保护的技术使用者：中国北方车辆研究所
技术研发日：2021.09.02
技术公布日：2022/9/22