CN106410265B - 一种圆柱型锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种圆柱型锂离子电池，其包括绕成圆柱型的卷芯及包容所述卷芯的外壳，所述卷芯包括由正极片、负极片及层叠设置于所述正极片与所述负极片之间的隔膜卷绕而成的卷层，所述卷层的中心设有卷绕始端，所述卷层的外尾设有卷绕末端，所述卷绕末端的表面设有可在设定温度范围的加热作用下变为熔融状态的热熔胶。本发明解决了锂离子电池成品后在运输、模组组装等过程中容易出现卷芯晃动现象，导致卷芯受到帽盖、外壳内壁及底部的相对位移所造成的结构稳定性破坏，严重时会使得电池在使用过程中出现安全隐患等问题。

Description

一种圆柱型锂离子电池

技术领域

本发明涉及液晶显示领域，特别涉及一种圆柱型锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种热门研究的化学电源，因其自放电率低、循环性能好等特点被广泛应用于电子消费品、E-bike、EV等新能源领域。随着锂离子电池市场需求的增加，电池制造商不断提高生产效率来满足市场需求，与此同时，稳定性成为制约锂离子电池生产、质量的重要因素。

锂离子电池的稳定性主要体现在结构稳定性和电化学稳定性。由于卷芯入壳后与壳体内壁存在间隙，电池成品后在运输、模组组装等过程中容易出现卷芯晃动现象，导致卷芯受到帽盖、外壳内壁及底部的相对位移所造成的结构稳定性破坏，严重时会使得电池在使用过程中出现安全隐患。

对于高容量锂离子电池，在充放电过程中，电芯内的正、负极片由于锂离子脱嵌造成极片膨胀，电芯内部压力及极片张力逐渐增大，严重时出现极片断片问题，电芯体系电化学稳定性被破坏。锂离子电池在长循环过程中，随着电解液在电化学反应中被消耗，电解液量逐渐减少，导致电池容量出现衰减，并且一部分电解液存在于电芯与外壳之间，难以参与到电化学反应过程中，进而加剧电池容量衰减，严重时出现电池循环失效问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆柱型锂离子电池，以解决现有技术中，锂离子电池成品后在运输、模组组装等过程中容易出现卷芯晃动现象，导致卷芯受到帽盖、外壳内壁及底部的相对位移所造成的结构稳定性破坏，严重时会使得电池在使用过程中出现安全隐患等问题。

本发明的技术方案如下：

一种圆柱型锂离子电池，其包括绕成圆柱型的卷芯及包容所述卷芯的外壳，所述卷芯包括由正极片、负极片及层叠设置于所述正极片与所述负极片之间的隔膜卷绕而成的卷层，所述卷层的中心设有卷绕始端，所述卷层的外尾设有卷绕末端，所述卷绕末端的表面设有可在设定温度范围的加热作用下变为熔融状态的热熔胶。

优选地，所述热熔胶具有粘性作用，所述卷芯插入所述外壳之前，所述热熔胶与其位置对应处的所述卷层的外表面粘接固定，以使所述卷芯保持定型。

优选地，所述热熔胶变为熔融状态时，其失去粘性作用，且该熔融状态的所述热熔胶附着在所述外壳的内壁，所述卷绕末端呈自由状态，所述卷层对所述正极片与所述负极片无束缚作用。

优选地，所述热熔胶在熔融状态时，其在电解液的作用下可呈现溶胀现象，并填充在所述卷芯与所述外壳之间的间隙。

优选地，所述热熔胶的组成成分为聚氨酯或乙烯-醋酸共聚物。

优选地，所述热熔胶的熔融温度范围为60～100℃。

优选地，所述热熔胶的厚度范围为35～45um。

优选地，所述热熔胶的长度范围为50～60mm。

优选地，所述外壳的制作材料为钢材料。

优选地，所述卷芯插入所述外壳后，对外壳加热的温度范围为80～90℃。

本发明的有益效果：

本发明的一种圆柱型锂离子电池，通过在卷芯的末端设置热熔胶，解决了锂离子电池成品后在运输、模组组装等过程中容易出现卷芯晃动现象，导致卷芯受到帽盖、外壳内壁及底部的相对位移所造成的结构稳定性破坏，严重时会使得电池在使用过程中出现安全隐患等问题。

附图说明

图1为本发明实施例的一种圆柱型锂离子电池的卷芯的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的一种圆柱型锂离子电池的卷芯插入外壳的示意图；

图3为本发明实施例的一种圆柱型锂离子电池在热熔胶熔融后的示意图；

图4为本发明实施例的一种圆柱型锂离子电池的循环试验结果示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。

请参考图1至图3，图1为本实施例的一种圆柱型锂离子电池的整体结构示意图，图2为本发明实施例的一种圆柱型锂离子电池的卷芯1插入外壳5的示意图，图3为本发明实施例的一种圆柱型锂离子电池在热熔胶4熔融后的示意图。从图1至图3我们可以看到：

本发明的一种圆柱型锂离子电池，其包括绕成圆柱型的卷芯1及包容所述卷芯1的外壳5，所述卷芯1包括由正极片（图中未标示）、负极片（图中未标示）及层叠设置于所述正极片与所述负极片之间的隔膜（图中未标示）卷绕而成的卷层，所述卷层的中心设有卷绕始端2，所述卷层的外尾设有卷绕末端3，所述卷绕末端3的表面设有可在设定温度范围的加热作用下变为熔融状态的热熔胶4。

在本实施例中，所述热熔胶4具有粘性作用，所述卷芯1插入所述外壳5之前，所述热熔胶4与其位置对应处的所述卷层的外表面粘接固定，以使所述卷芯1保持定型。

在本实施例中，所述热熔胶4变为熔融状态时，其失去粘性作用，且该熔融状态的所述热熔胶4附着在所述外壳5的内壁，所述卷绕末端3呈自由状态，所述卷层对所述正极片与所述负极片无束缚作用。

在本实施例中，所述热熔胶4在熔融状态时，其在电解液的作用下可呈现溶胀现象，并填充在所述卷芯1与所述外壳5之间的间隙。

在本实施例中，所述热熔胶4的组成成分为聚氨酯或乙烯-醋酸共聚物。

在本实施例中，优选所述热熔胶4的熔融温度范围为60～100℃。

在本实施例中，优选所述热熔胶4的厚度范围为35～45um。

在本实施例中，优选所述热熔胶4的长度范围为50～60mm。

在本实施例中，优选所述外壳5的制作材料为钢材料。

在本实施例中，优选所述卷芯1插入所述外壳5后，对外壳5加热的温度范围为80～90℃。

本发明的一种圆柱型锂离子电池，通过在卷芯1的末端设置热熔胶4，解决了锂离子电池成品后在运输、模组组装等过程中容易出现卷芯1晃动现象，导致卷芯1受到帽盖、外壳内壁及底部的相对位移所造成的结构稳定性破坏，严重时会使得电池在使用过程中出现安全隐患等问题。另外，本发明的热熔胶4具有粘接及热熔效果，卷芯1插入外壳5前，热熔胶4的粘性作用可保证卷芯1不被破坏，卷芯1插入外壳5后经过加热作用，热熔胶4出现熔融现象，熔融后的热熔胶4附着在外壳5内壁，对卷芯1不再有束缚作用，正极片和负极片的张力得到释放；且热熔胶4熔融层填充在卷芯1与外壳5的间隙，避免了卷芯1在外壳5内部的晃动；卷芯1注液后，热熔胶4熔融层在电解液作用下会出现溶胀现象，这就降低了游离电解液的内部空间，提高了电解液对卷芯1的浸润作用。

下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例一

将圆柱型18650-2.15Ah卷芯1的末端在卷绕工序贴上终止胶，控制卷芯1的直径为17.00～17.20mm。该终止胶为一种热熔胶4，它的主要成分为聚氨酯类物质，所述热熔胶4厚度为35～45微米，长度为50～60毫米。卷芯1插入外壳5后置于烘箱中加热，加热温度为85℃，加热后热熔胶4出现熔融现象，并填充在卷芯1与外壳5间隙，以起到固定卷芯1的效果。

对比实施例选用的电芯与本实施例选用的电芯为同一批次生产电芯，其与本实施例的电芯具有一致的正负极敷料量、电极密度，采用相同的电解液注液和注液量，保持同样的注液、封口、清洗和陈化等实验条件。不同的是，对比实施例选用常规终止胶设置于卷芯1的末端，该终止胶为非热熔类物质，主要成分为PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）。

将本实施例与对比实施例所制成的正常电芯进行振动实验，振动频率为1Hz/min，单振幅为0.8mm，电池沿相互垂直的轴向方向振动。其实验结果如表1所示：

表1

	振动前电压/V	振动前内阻/mΩ	振动后电压/V	振动后内阻/mΩ
					实施例1#	4.173	26.2	4.173	26.1
实施例2#	4.176	26	4.175	25.9
					实施例3#	4.174	26.2	4.173	26.2
实施例4#	4.175	26	4.175	26
					实施例5#	4.175	25.9	4.174	25.8
对比实施例6#	4.175	26.1	4.172	无穷大
					对比实施例7#	4.176	26	4.174	无穷大
对比实施例8#	4.174	25.9	4.174	52.2
					对比实施例9#	4.174	26	4.174	无穷大
对比实施例10#	4.175	26.2	4.173	无穷大

通过本实施例与对比实施例的振动测试结果明显看出，采用本发明实施例的电池在振动前后内阻一致性高，即终止胶熔融后填充在卷芯1与外壳5间空隙，达到了固定卷芯1的作用，有效提高圆柱型锂离子电池的结构稳定性。

实施例二

将圆柱18650-2.9Ah电池卷芯1的末端在卷绕工序贴上终止胶，所述终止胶为一种热熔胶4，主要成分为聚氨酯类物质；所述终止胶厚度为35～45微米；所述终止胶长度为50～60毫米；卷芯1入壳后置于烘箱中加热，加热温度为85℃，加热后终止胶出现熔融现象，熔融后的终止胶附着在外壳5内壁，对卷芯1不再有束缚作用，卷芯1末端呈自由状态，正、负极片张力得到释放。电池在经过化成/分容之后，按照0.5C/1C充放电电流，在4.2～2.5V电压范围（0.01C截止电流），进行长循环测试。

对比实施例选用的电芯与本实施例选用的电芯为同一批次生产电芯，其与本实施例选用的电芯具有一致的正负极敷料量、电极密度，采用相同的电解液注液和注液量，保持同样的注液、封口、清洗和陈化等实验条件；对比实施例选用常规终止胶，该终止胶为非热熔类物质，主要成分为PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）。

对循环1000次之后的电芯进行拆解分析，对比实施例的电池极片出现部分断裂，而本实施例的电池极片无断裂情况。电池拆解后，极片断片情况结果如表2所示：

表2

	极片是否断裂
		实施例1#	否
实施例2#	否
		实施例3#	否
实施例4#	否
		实施例5#	否
对比实施例6#	是（部分断片）
		对比实施例7#	是（部分断片）
对比实施例8#	是（部分断片）
		对比实施例9#	是（部分断片）
对比实施例10#	是（部分断片）

通过对本实施例与对比实施例的电池长循环后拆解发现：采用本实施例方法，卷芯1插入外壳5后，终止胶经过加热处理发生熔融，终止胶对卷芯1无束缚作用，极片张力得到降低，有效降低长循环后极片断裂风险，提高电池电化学稳定性。

实施例三

将圆柱18650-2.6Ah电池卷芯1的末端在卷绕工序贴上终止胶，所述终止胶为一种热熔胶4，主要成分为乙烯-醋酸共聚物类物质。所述终止胶厚度为35～45微米，所述终止胶长度为50～60毫米。卷芯1插入外壳5后置于烘箱中加热，加热温度为85℃，加热后终止胶出现熔融现象，熔融后的终止胶附着在外壳5内壁，电芯注入电解液，终止胶熔融层在电解液作用下发生溶胀现象，降低游离电解液的内部空间，提高电解液对卷芯1的浸润作用。

对比实施例选用的电芯与本实施例选用的电芯为同一批次生产电芯，其与本实施例的电芯具有一致的正负极敷料量、电极密度，采用相同的电解液注液和注液量，保持同样的注液、封口、清洗和陈化等实验条件；对比实施例选用常规终止胶，该终止胶为非热熔类物质，主要成分为PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）。

将本实施例的电池与对比实施例的电池采用同一种循环制式进行循环寿命测试，循环制式为：充放电电流为0.5C/1C，电压范围为4.2～2.75V，充电截止电流为0.02C。循环数据结果如图2所示。

请参考图4，图4为本发明实施例的一种圆柱型锂离子电池的循环试验结果示意图。从图4循可以看到，采用本实施例的电池在相同循环次数下的容量保持率明显优于对比实施例。本实施例的电池终止胶熔融层在电解液下发生溶胀作用，降低游离电解液的内部空间，提高参与电化学反应过程的电解液量，进而提高电池的循环寿命。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种圆柱型锂离子电池，其包括绕成圆柱型的卷芯及包容所述卷芯的外壳，所述卷芯包括由正极片、负极片及层叠设置于 所述正极片与所述负极片之间的隔膜卷绕而成的卷层，所述卷层的中心设有卷绕始端，所述卷层的外尾设有卷绕末端，其特征在于，所述卷绕末端的表面设有可在设定温度范围的加热作用下变为熔融状态的热熔胶，所述热熔胶具有粘性作用，所述卷芯插入所述外壳之前，所述热熔胶与其位置对应处的所述卷层的外表面粘接固定，以使所述卷芯保持定型，所述热熔胶变为熔融状态时，其失去粘性作用，且该熔融状态的所述热熔胶附着在所述外壳的内壁，所述卷绕末端呈自由状态，所述卷层对所述正极片与所述负极片无束缚作用。

2.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述热熔胶在熔融状态时，其在电解液的作用下可呈现溶胀现象，并填充在所述卷芯与所述外壳之间的间隙。

3.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述热熔胶的组成成分为聚氨酯或乙烯-醋酸共聚物。

4.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述热熔胶的熔融温度范围为60～100℃。

5.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述热熔胶的厚度范围为35～45um。

6.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述热熔胶的长度范围为50～60mm。

7.根据权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于，所述外壳的制作材料为钢材料。

8.根据权利要求1所述的圆柱型锂 离子电池，其特征在于，所述卷芯插入所述外壳后，对外壳加热的温度范围为80～90℃。