CN107611472B - 一种聚合物电池的电芯、聚合物电池及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种聚合物电池的电芯、聚合物电池及电子设备。该聚合物电池的电芯包括：包装膜、电极组件和气体吸附单元；所述包装膜内设置有所述电极组件，且所述包装膜形成的包装区的体积大于所述电极组件的体积；所述气体吸附单元，设置于所述电极组件与所述包装膜的空隙，用于吸附聚合物电池内产生的气体。采用上述技术方案，可以在电池产生气体时，通过气体吸附单元吸附气体，可以有效地避免在高温或过充、过放情况下生成的气体使聚合物电池发生鼓胀形变的情况发生，提高了聚合物电池的安全性。

Description

一种聚合物电池的电芯、聚合物电池及电子设备
技术领域
本申请实施例涉及电池相关技术，尤其涉及一种聚合物电池的电芯、聚合物电池及电子设备。
背景技术
目前，聚合物电池，尤其是聚合物锂电池因其能量密度高，无液体泄漏，电池厚度可以很薄(小于1毫米)，外形可塑性强(可制成各种形状)的特点，不仅在便携式电子设备上如移动终端、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也可应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面。
然而，在上述应用时，电子设备在运行过程和聚合物锂电池循环充放电过程中均会散发热量，高温环境容易造成电池负极表面固态电解质界面膜(solid electrolyteinterface，简称SEI膜)分解及电解质在正负极表面发生氧化还原分解反应，产生气体，使得聚合物锂电池发生鼓胀形变，严重时可能发生电池爆炸危险，进而，对电子设备造成一定程度的损坏，降低电子设备的使用寿命。
发明内容
本申请实施例提供一种聚合物电池的电芯、聚合物电池及电子设备，可以有效的提高聚合物电池的安全性。
第一方面，本申请实施例提供了一种聚合物电池的电芯，包括：包装膜、电极组件和气体吸附单元；所述包装膜内设置有所述电极组件，且所述包装膜形成的包装区的体积大于所述电极组件的体积；所述气体吸附单元，设置于所述电极组件与所述包装膜的空隙，用于吸附聚合物电池内产生的气体。
第二方面，本申请实施例还提供了一种聚合物电池，该聚合物电池包括电池保护板以及如上述第一方面所述的电芯；该电芯的电极组件延伸出包装膜与所述电池保护板电连接。
第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括如上述第二方面所述的聚合物电池。
本申请实施例通过在电芯内增设气体吸附单元，该气体吸附单元与聚合物电池内产生的气体发生化学吸附反应，从而，及时将气体吸附到气体吸附单元内，可以有效的消除聚合物电池的鼓胀形变。采用上述技术方案，可以在电池产生气体时，通过气体吸附单元吸附气体，可以有效地避免在高温或过充、过放情况下生成的气体，使聚合物电池发生鼓胀形变的情况发生，提高了聚合物电池的安全性。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种聚合物电池的电芯的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种聚合物电池的电芯的爆炸图；
图3是本申请实施例提供的一种气体吸附单元的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的另一种气体吸附单元的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的又一种气体吸附单元的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的又一种气体吸附单元的结构示意图；
图7是本申请实施例提供的又一种气体吸附单元的结构示意图；
图8是本申请实施例提供的又一种气体吸附单元的结构示意图；
图9是本申请实施例提供的又一种气体吸附单元的截面图；
图10是本申请实施例提供的聚合物电池的爆炸图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。
随着科学技术的发展，具有二次可充电特性的聚合物电池被越来越多的应用于电子设备中。其中，聚合物锂电池被广泛的应用于便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑等。
然而，在上述应用时，电子设备在高温环境或过充电、过放电时，容易造成电池负极表面SEI膜分解及电解质在正负极表面发生氧化还原分解反应，产生CO、CO2、CH4、C2H6等气体，使得聚合物锂电池发生鼓胀形变，电池容量和循环性能迅速下降，甚至使电子设备由于电池的形变也会遭到一定程度的破坏。例如，电池形变将电子设备屏幕顶起，影响外观，严重时可能损坏电子设备屏幕或电子设备。
相关技术中针对聚合物锂电池鼓胀形变问题，一种解决方式包括：增加泄压阀，优化电极尺寸，从而减小电池鼓胀形变。
另一种方式包括在电解液中接入功能添加剂。例如，在电解液中加入丙磺酸内酯或钙盐等。上述描述的方法通过在电解液中加入有机或无机添加剂，在炭负极表面形成钝化膜，阻止负极与电解液溶剂反应，降低产气量，减少电池鼓胀程度。
然而，上述方法均存在一定的问题，如防鼓胀效果不明显，不能有效的抑制电池鼓胀形变；或是添加剂本身在高温下就会发生分解，或是在负极表面形成的钝化膜不稳定分解，或是添加剂的加入减少了电极活性物质含量，导致充放效率降低，电池容量、循环等性能下降。本申请实施例提供的关于聚合物电池的电芯的改进方案可以很好的解决上述电池因产气而发生鼓胀，存在安全隐患的问题。
图1为本申请实施例提供的一种聚合物电池的电芯的结构示意图，本实施例可适用于在聚合物电池产生气体后及时消除气体，避免电池发生鼓胀形变的情况。如图1所示，该聚合物电池的电芯100包括：包装膜130、电极组件140和气体吸附单元120；该包装膜130内设置有电极组件140，并且由包装膜130形成的包装区的体积大于该电极组件140的体积；该气体吸附单元120，设置于电极组件140与包装膜130的空隙，用于吸附聚合物电池内产生的气体。其中，电极组件140的正(负)电极110由包装膜130内部延伸至该包装膜130的外部。
需要说明的是，聚合物电池在异常工作状态下产生气体，该气体会与气体吸附单元发生化学吸附反应，从而及时消除电池内产生的气体，避免聚合物电池发生鼓胀形变。其中，异常工作状态包括电池在高温环境下的工作状态、电池在过充电情况下的工作状态或电池在过放电情况下的工作状态等。
其中，包装膜可以是铝塑膜，至少包括三层，中间层为铝层，起到隔绝水分作用，外层为第一胶层，起到保护铝层不被氧化的作用，内层为第二胶层，起到密封的作用。
本申请实施例提供的技术方案，通过在电极组件与包装膜的空隙设置有气体吸附单元，该气体吸附单元可以与聚合物电池内产生的气体发生化学吸附反应，从而，及时将气体吸附到气体吸附单元内，可以有效的消除聚合物电池的鼓胀形变。采用上述技术方案，可以在电池产生气体时，通过气体吸附单元吸附气体，可以有效地避免在高温或过充、过放情况下生成的气体使聚合物电池发生鼓胀形变的情况，提高了聚合物电池的安全性。
可选的，该气体吸附单元包括至少一个由电池隔膜形成的容器，用于容纳颗粒状的气体吸附物质，并将该气体吸附物质与该电极组件的极片进行隔离。该气体吸附物质，用于吸附所述聚合物电池内产生的气体。图2是本申请实施例提供的一种聚合物电池的电芯的爆炸图。如图2所示，由颗粒状的气体吸附物质122和电池隔膜形成的容器121构成气体吸附单元。由于气体吸附物质122为颗粒状，为了避免其在使用过程中扩散至电极组件140，将其封装在电池隔膜形成的容器121内。该容器121可以是圆形或椭圆形，或其它形状的收容袋。由于电池隔膜可以将电极组件中正极和负极隔开，防止两极直接短路。隔膜本身不导电，但电解质离子可以通过。可以理解的是，基于上述特性，通过电池隔膜制成的容器可以防止气体吸附物质扩散至电极组件，同时该容器不会引起正负电极短路，而对于容器的形状不作具体限定。例如，在包装膜130与电极组件140的电极相对的一端设置至少一个由电池隔膜形成的容器121，该容器121内封装有气体吸附物质122。又如，在包装膜130的侧面远离电极组件140的电极的区域设置至少一个由电池隔膜形成的容器121，该容器121内封装有气体吸附物质122。可以理解的是，上述列举的具有气体吸附物质的容器的设置位置仅是示例，而非限定。
可选的，该气体吸附单元可以包括气体吸附物质，气体吸附物质的外观呈现片状、链状、块状、网格状、空心砖状、散热片状中的一种或多种的组合。可选的，所述气体吸附物质的顶角为圆角，避免尖锐的顶角刺破包装膜。
可以理解的是，气体吸附物质的外形可以有多种类型，本申请实施例并不作具体限定。例如，图3是本申请实施例提供的一种气体吸附单元的结构示意图，如图3所示，气体吸附物质的外观呈矩形块状，且四个顶角均为圆角。可以理解的是，通过切割矩形块状的气体吸附物质，得到多个矩形片状的气体吸附物质。可以理解的是，还可以将气体吸附物质加工成圆柱状或圆片状等形状。图4是本申请实施例提供的另一种气体吸附单元的结构示意图，如图4所示，气体吸附物质的外观呈网格状。至少一个网格状的所述气体吸附物质设置于包装膜与电极组件的空隙。图5是本申请实施例提供的又一种气体吸附单元的结构示意图，如图5所示，气体吸附物质的外观呈链状，可以将气体吸附物质加工成两两嵌套的圆环，构成气体吸附单元，设置于包装膜与电极组件的空隙。图6是本申请实施例提供的又一种气体吸附单元的结构示意图，如图6所示，气体吸附物质的外观呈空心砖状。至少一个空心砖状的所述气体吸附物质设置于包装膜与电极组件的空隙。图7是本申请实施例提供的又一种气体吸附单元的结构示意图，如图7所示，气体吸附物质的外观呈散热片状。至少一个散热片状的所述气体吸附物质设置于包装膜与电极组件的空隙。
可以理解的是，气体吸附物质的形状并不限于单一形状，还可以是由两种或两种以上的形状复合而成。例如，图8是本申请实施例提供的又一种气体吸附单元的结构示意图，如图8所示，气体吸收物质包括空心砖和散热片两种类型的结构。图8仅是空心砖和散热片的一种复合结构，还可以是在空心砖结构的凹陷位置内设置散热片结构的气体吸收物质，且呈散热片结构的气体吸收物质的翅片高度不超过该凹陷的深度。这种设计可以在不增加气体吸收单元在包装膜内的体积的同时，增加气体吸附面积，从而，提高气体吸附单元的气体吸附能力。
可选的，该气体吸附物质包括过渡金属、以及由过渡金属形成的合金。可选的，该气体吸附物质包括铂、钯、钛、锆、钒及钨中的一种或多种的组合。例如，钛铁合金或钛镁合金等。过渡金属，尤其是铂、钯、钛等金属，在CO、H2、CH4、C2H6等气体氛围中，可以发生化学吸附反应，即气体分子包含的原子填充过渡金属d轨道，从而消除电池产生的气体。
可以理解的是，气体吸附物质不仅可以是单一的过渡金属，还可以是由过渡金属形成的合金，或其它化学性质稳定，不与电解质反应的物质。
上述示例均是在电极组件(即裸电芯)外部设置气体吸附单元。可选的，还可以在电极组件内部设置气体吸附单元。示例性的，所述电芯包括固态电解质，可选的，固态电解质设置于电极组件内。所述固态电解质内远离所述电极组件的极片的区域设置有所述气体吸附单元。例如，在胶状的固体电解质内远离正(负)极片的位置设置气体吸附物质。为了避免气体吸附物质接触正极片与负极片引发短路，可以采用如图2所示的容器，将具有气体吸附物质的容器内嵌于固态电解质中，且容器设置的位置远离正(负)极片。
可选的，电芯还包括电池隔膜，相邻的两层所述电池隔膜之间具有由气体吸附物质构成的吸附层。图9是本申请实施例提供的又一种气体吸附单元的截面图，如图9所示，在两层电池隔膜160之间具有气体吸附物质122构成的吸附层。以采用叠片工艺制备的聚合物锂电池为例，首先，将正极、负极切成小片，将正极片、负极片与电池隔膜叠合成小电芯单体，然后，将多个所述小电芯单体叠放并联组成一个裸电芯，即得到电极组件。采用如图9所示的结构时，在正极与负极之间叠加的电池隔膜至少为两层，在两层电池隔膜之间涂覆一层吸附物质构成的吸附层，以吸收聚合物电池产生的气体。
可以理解的是，在电芯内可以在电极组件外部设置气体吸附单元，并在电极组件内部(例如固态电解质内或两层电池隔膜之间)设置气体吸附物质。还可以择一设置。
图10是本申请实施例提供的聚合物电池的爆炸图，如图10所示，该聚合物电池包括电池保护板150以及电芯；其中，该电芯的结构可以如上述示例所述，包括包装膜130、电极组件140和气体吸附单元120。该电芯的电极组件延伸出包装膜与所述电池保护板电连接。可以理解为，电极组件140的正(负)电极110延伸出包装膜与该电池保护板电连接。例如，该正(负)电极110可以是极耳，其是由电芯中将正极和负极引出包装膜的金属导电体。
本申请实施例的提供的聚合物电池，通过在电极组件与包装膜的空隙设置有气体吸附单元，该气体吸附单元可以与聚合物电池内产生的气体发生化学吸附反应，从而，及时将气体吸附到气体吸附单元内，可以有效的消除聚合物电池的鼓胀形变。采用上述技术方案，可以有效地避免在高温或过充、过放情况下聚合物电池发生鼓胀形变的情况，提高了聚合物电池的安全性能。
本申请实施例还提供的一种电子设备，该电子设备具有如上述示例所述的聚合物电池。
本申请实施例的提供的电子设备，由于聚合物电池内的气体吸附单元可以消除聚合物电池产生的气体，可以有效的避免在高温或过充、过放情况下聚合物电池发生鼓胀形变的情况，从而避免发生电池鼓胀形变损坏电子设备的情况，提高了电子设备的安全性。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种聚合物电池的电芯，其特征在于，包括：包装膜、电极组件和气体吸附单元；所述包装膜内设置有所述电极组件，且所述包装膜形成的包装区的体积大于所述电极组件的体积；所述气体吸附单元，设置于所述电极组件与所述包装膜的空隙，用于吸附聚合物电池内产生的气体；
所述气体吸附单元包括至少一个由电池隔膜形成的容器，用于容纳颗粒状的气体吸附物质，并将所述气体吸附物质与所述电极组件的极片进行隔离；所述电池隔膜本身不导电，电解质离子可通过；
所述气体吸附物质，用于吸附所述聚合物电池内产生的气体。
2.根据权利要求1所述的聚合物电池的电芯，其特征在于，所述气体吸附单元包括气体吸附物质，所述气体吸附物质的外观呈现片状、链状、块状、网格状、空心砖状、散热片状中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求2所述的聚合物电池的电芯，其特征在于，所述气体吸附物质的顶角为圆角。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的聚合物电池的电芯，其特征在于，所述气体吸附物质包括过渡金属、以及由过渡金属形成的合金。
5.根据权利要求4所述的聚合物电池的电芯，其特征在于，所述气体吸附物质包括铂、钯、钛、锆、钒及钨中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的聚合物电池的电芯，其特征在于，还包括固态电解质，所述固态电解质内远离所述电极组件的极片的区域设置有所述气体吸附单元。
7.根据权利要求1所述的聚合物电池的电芯，其特征在于，还包括电池隔膜；
相邻的两层所述电池隔膜之间具有由气体吸附物质构成的吸附层。
8.一种聚合物电池，其特征在于，包括电池保护板以及如权利要求1至7中任一项所述的电芯；
所述电芯的电极组件延伸出包装膜与所述电池保护板电连接。
9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的聚合物电池。
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