权利要求
1.一种基于内壁导电涂层的高容量
锂电池结构，包括电池钢壳和
电芯，该电芯设置在电池钢壳的内部，其特征在于，所述电池钢壳的内壁覆盖有导电涂层，所述电芯的外侧预置有导电弹性层，所述电芯通过弹性接触层与导电涂层形成面接触。
2.如权利要求1所述的一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构，其特征在于：所述电芯包括从内至外的正极、
隔膜、负极以及弹性接触层，所述弹性接触层为膨胀石墨层或导电硅胶层，在卷电芯入电池钢壳后弹性接触层受压膨胀，使得弹性接触层的最外圈与电池钢壳内壁的导电涂层形成自适应紧密的面接触。
3.如权利要求1所述的一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构，其特征在于：所述导电涂层的材料为复合导电材料，并且该导电涂层的厚度控制在10-50μm。
4.如权利要求3所述的一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构，其特征在于：所述导电涂层为双层结构，底层为高附着力过渡层，表层为高导电层，该高导电层由
石墨烯、金属颗粒和5%PVDF粘结剂的乙醇基浆料组成的混合物通过静电喷涂工艺喷涂在钢壳本体内表面的
镍基合金层上并经200℃固化后形成。
5.一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：1)钢壳预处理，用等离子清洗的方式对电池钢壳内表面进行清洗处理，去除电池钢壳内表面的氧化层，并且在内表面形成微米级粗糙表面，该粗糙表面的粗糙度Ra控制在1-5μm，目的是提高后续导电涂层的附着力;2)涂层喷涂，对钢壳本体内表面通过静电喷涂工艺进行喷涂作业，将复合导电材料喷涂在钢壳本体内表面上，待喷涂完成后;用热风固化方式对其内表面进行固化处理，确保钢壳本体内表面形成稳定、牢固的所述导电涂层，该导电涂层的厚度控制在10-50μm，其厚度偏差控制在±2μm;3)电芯装配，将弹性接触层涂覆在电芯的外侧，然后将电芯卷入电池钢壳内，并且确保电芯和所述电池钢壳的内底面之间留有间隙，然后对电池钢壳内注入
电解液后封口并充入充填惰性气体，维持电芯和导电涂层之间处于持续压紧力，得到高容量锂电池结构。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及高容量锂电池结构开发技术，属于锂离子电池制造技术领域，具体地说是指一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构及其制备方法。
背景技术
[0002]锂
电池包括电池钢壳和电芯这两个核心部分，电芯是电池的蓄电单元，由正极、负极、隔膜和电解液组成;而电池钢壳则是电芯的封装外壳，起到保护内部结构的作用。以21700型号锂电池为例，常见的21700型号锂电池(又称为高容量锂电池)的电池钢壳是直径约为21mm、高度约为70mm的圆柱形钢制外壳，主要用于封装21700型号锂电池。
[0003]现有21700锂电池中，电芯与电池钢壳之间通常依赖底部的焊接点进行焊接方式(如激光焊或电阻焊等方式)实现电气连接。现有电芯与电池钢壳之间的电气连接方式存在以下问题，焊接点接触面积有限(一般直径9mm)，容易导致电流路径集中，内阻升高，容易出现高内阻问题;现有焊接方式需精密设备(如激光焊接机)，工艺较为复杂性而且容易因焊点质量不良引发失效问题;电池钢壳底部的焊接点在焊接过程中，容易受到热影响，可能降低电池壳体的强度，机械应力变差，长期使用电池钢壳的底部易产生微裂纹的问题。
发明内容
[0004]本发明提供了一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构及其制备方法，其目的在于克服现有电芯与电池钢壳之间的电气连接依赖底部焊接的方式，由于焊接点接触面积有限，容易导致电流路径集中，内阻升高以及焊接工艺较为复杂性，而且长期使用电池钢壳的底部易产生微裂纹的问题等技术问题。
[0005]一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构，包括电池钢壳和电芯，该电芯设置在电池钢壳的内部，所述电池钢壳的内壁覆盖有导电涂层，所述电芯的外侧预置有导电弹性层，所述电芯通过弹性接触层与导电涂层形成面接触。
[0006]进一步地说，所述电芯包括从内至外的正极、隔膜、负极以及弹性接触层，所述弹性接触层为膨胀石墨层或导电硅胶层，在卷电芯入电池钢壳后弹性接触层受压膨胀，使得弹性接触层的最外圈与电池钢壳内壁的导电涂层形成自适应紧密的面接触。
[0007]进一步地说，所述导电涂层的材料为复合导电材料，并且该导电涂层的厚度控制在10-50μm。
[0008]进一步地说，所述导电涂层为双层结构，底层为高附着力过渡层(如镍基合金层)，表层为高导电层，该高导电层由石墨烯、金属颗粒(如银
铜合金颗粒)和5%PVDF粘结剂的乙醇基浆料组成的混合物通过静电喷涂工艺喷涂在钢壳本体内表面的镍基合金层上并经200℃固化后形成。
[0009]一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构的制备方法，它包括以下步骤：1)钢壳预处理，用等离子清洗的方式对电池钢壳内表面进行清洗处理，去除电池钢壳内表面的氧化层，并且在内表面形成微米级粗糙表面，该粗糙表面的粗糙度Ra控制在1-5μm，目的是提高后续导电涂层的附着力;2)涂层喷涂，对钢壳本体内表面通过静电喷涂工艺进行喷涂作业，将复合导电材料喷涂在钢壳本体内表面上，待喷涂完成后;用热风固化方式对其内表面进行固化处理，确保钢壳本体内表面形成稳定、牢固的所述导电涂层，该导电涂层的厚度控制在10-50μm，其厚度偏差控制在±2μm;3)电芯装配，将弹性接触层涂覆在电芯的外侧，然后将电芯卷入电池钢壳内，并且确保电芯和所述电池钢壳的内底面之间留有间隙，然后对电池钢壳内注入电解液后封口并充入充填惰性气体，维持电芯和导电涂层之间处于持续压紧力，得到高容量锂电池结构。
[0010]由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明的优点在于：本高容量锂电池结构(如21700型号锂电池)及其制备方法设计理想，采用电池钢壳内壁导电涂层和电芯之间的低阻接触方式代替传统电芯与电池钢壳之间依赖底部进行焊接方式，降本增效，电芯通过弹性接触层与导电涂层形成面接触，实现了电流路径分散，内阻小，不易出现高内阻问题，功率输出高，而且省去精密设备(如激光焊接机)使用，大大地降低了产品的制造成本，可降低12%的成本。采用面接触的方式，抗机械振动性能优于传统的点焊接方式，产品的可靠性好。本高容量锂电池结构可扩展至4680等大圆柱电池及方形
铝壳电池，特别是高功率
动力电池、低温
储能系统等对低内阻要求严苛的场景使用。
附图说明
[0011]图1为本发明主视方向的示意图。
[0012]图2为图1中A处的局部放大图。
[0013]图3为本发明的俯视方向的示意图。
[0014]图4为图3中B处的局部放大图。
[0015]图5为本发明中钢壳本体的局部剖面图。
[0016]图6为本发明带有绝缘隔垫的产品示意图。
具体实施方式
[0017]实施例一
参考说明书附图1、图2、图3和图4。一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构，包括电池钢壳1和电芯2，该电芯2设置在电池钢壳1的内部，所述电池钢壳1的内壁覆盖有导电涂层3，所述电芯2的外侧预置有导电弹性层4，所述电芯2通过导电弹性层4与导电涂层3形成面接触。所述电芯2包括从内至外的正极21、隔膜22、负极23以及弹性接触层4，所述弹性接触层4为膨胀石墨层，在卷电芯2入电池钢壳1后弹性接触层4受压会逐渐被撑开，会沿着层间方向发生膨胀，使得弹性接触层4的最外圈与电池钢壳1内壁的导电涂层3形成自适应紧密的面接触。所述电芯2和所述电池钢壳1的内底面之间留有间隙。另外，所述导电弹性层4也可以为导电硅胶层。
[0018]参考说明书附图1、图2和图5。所述导电涂层3的材料为复合导电材料，并且该导电涂层3的厚度控制在10-50μm(最佳直径为30μm)。具体地说，所述导电涂层为双层结构，底层为高附着力过渡层31(如镍基合金层)，表层为高导电层32，该高导电层由石墨烯、金属颗粒(如银
铜合金颗粒)和5%PVDF粘结剂的乙醇基浆料组成的混合物通过静电喷涂工艺喷涂在钢壳本体内表面的镍基合金层上并经200℃固化后形成。
[0019]参考说明书附图1、图2、图3、图4和图5。一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构的制备方法，它包括以下步骤：1)钢壳预处理，用等离子清洗的方式(即氩等离子清洗设备)对电池钢壳1内表面进行清洗处理，去除电池钢壳1内表面的氧化层，并且在内表面形成微米级粗糙表面，该粗糙表面的粗糙度Ra控制在1-5μm(最佳粗糙度为3μm)，目的是提高后续导电涂层3的附着力。
[0020]2)涂层喷涂，对钢壳本体1内表面通过静电喷涂工艺进行喷涂作业，将复合导电材料喷涂在钢壳本体1内表面上，待喷涂完成后;用热风固化方式对其内表面进行固化处理，确保钢壳本体内表面形成稳定、牢固的所述导电涂层3，该导电涂层3的厚度控制在10-50μm，其厚度偏差控制在±2μm。具体地说，采用两次静电喷涂工艺进行喷涂作业，第一次，对钢壳本体1内表面通过静电喷涂工艺进行喷涂作业，将镍基合金颗粒材料均匀喷涂在钢壳本体1内表面上，待喷涂完成后，用热风固化方式对其内表面进行固化处理，确保钢壳本体内表面形成稳定、牢固的镍基合金层(即高附着力过渡层31)，该高附着力过渡层31的厚度控制在5-15μm(最佳厚度为10μm);第二次，对钢壳本体1内表面通过静电喷涂工艺进行喷涂作业，将18-22%石墨烯(最佳含量为20%)、5%-10%金属颗粒(如银铜合金颗粒)(最佳含量为8%)和4-6%PVDF粘结剂(最佳含量为5%)的乙醇基浆料组成的复合导电材料均匀喷涂在钢壳本体1内表面的镍基合金层上，待喷涂完成后;用200℃热风固化方式对其内表面进行固化处理，确保钢壳本体内表面形成稳定、牢固的高导电层32，该高导电层32的厚度控制在10-30μm(最佳厚度为20μm)。
[0021]3)电芯装配，所述电芯2包括从内至外的正极21、隔膜22、负极23以及弹性接触层4，并且将弹性接触层4涂覆在电芯的外侧;将电芯2卷入电池钢壳1内，并且确保电芯2和所述电池钢壳1的内底面之间留有间隙，然后对电池钢壳1内注入电解液后封口并充入充填惰性气体(如氮气，压力0.1-0.3MPa)，维持电芯2和导电涂层3之间处于持续压紧力，充惰性气体后需用检漏仪测试确保电池钢壳密封(目的：防止氮气泄漏导致压力失衡)，由于弹性接触层4受压会逐渐被撑开，会沿着层间方向发生膨胀，使得弹性接触层4的最外圈与电池钢壳1内壁的导电涂层3形成自适应紧密的面接触。得到高容量锂电池结构。该高容量锂电池结构经过测试结果如下：高容量锂电池产品的内阻降低40%(相对传统焊接工艺)，循环500次后容量保持率提高15%;通过10G振动测试及-40~85℃热冲击试验，无接触失效。
[0022]实施例二
本实施例和实施例一的实施方式基本相同，不同之处在于：参考说明书附图6。一种基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构，还包括绝缘隔垫5，该绝缘隔垫5置于所述电池钢壳1的内底面上，并且位于电芯2的底部下方。所述绝缘隔垫5为PP材质或PC材质制得。
[0023]上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
说明书附图(6)
声明：
“基于内壁导电涂层的高容量锂电池结构及其制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：福建金杨科技股份有限公司
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