CN109494413A - 一种软包锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软包锂离子电池，包括外壳，所述外壳内设有裸电芯和至少一个中空结构的内置管，所述内置管的顶面与外壳内壁相连，所述内置管侧面设有至少一个通孔。本发明通过在外壳内设置内置管，内置管上设置有通孔，在二次注液时，可以采用注液针刺破外壳和内置管的顶面进入内置管，通过内置管往电池内部注入电解液，再用密封胶将外壳的刺破口密封，安全性高，同时也可保证电池品质，提高电池的使用寿命和资源的利用率、减轻行业的回收压力。相比现有的转接极耳、重新封装二次注液的方法，本发明二次注液时的操作方法及设备要求简单，便于广泛应用。本发明应用于电池技术领域。

Description

一种软包锂离子电池及其制备方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种软包锂离子电池及制备方法。

背景技术

近年来，在环境问题日益严峻、能源多样化战略渐成发展共识的背景下，新能源汽车行业发展迅速。动力电池作为电动汽车的心脏，是新能源汽车产业发展的关键。与钢壳、铝壳锂离子电池相比，软包锂离子电池因其重量轻、安全性能好、形状不受限、保护设计简单等优点快速增长。随着锂离子电池的广泛应用，消费者对锂离子电池的续航能力提出了越来越高的要求。而续航能力的提高，除了从材料体系方面进行改善外，提高电池的保液量也是非常重要的手段之一。

在设计过程中，需要平衡电池的厚度、容量以及重量，尽可能提升重量能量密度。因此，在保证电池性能的前提下，电池极片的压密需尽可能往上限设计，导致极片间孔隙率较小，所能储存电解液的空间也变小。此外，电池外壳与裸电芯间的间隙以及极片与极片间的间隙、隔膜的孔隙都是有限的，再加上保液量过大影响电池外观和硬度，因此，电池的保液量是有限的。

电池在循环过程中，电解液会参与SEI膜的修复而发生损耗。特别是在高温条件下，要求达到与常温条件下相同的循环寿命，需要更多的电解液。当电解液不够时，电池的循环寿命会加速衰减甚至终止。对于稳定性不错的材料体系来说，因为缺乏电解液导致寿命终止而报废，不仅会大大降低产品的耐用性，而且也会大大降低资源利用率，特别对现如今回收制度不够完善的动力电池行业来说，会极大的增加行业回收压力。同时回收过程会污染环境，不利于环保。如果能在电池循环寿命加速衰减的初期，对电池进行二次注液，不仅可以延长电池的使用寿命，还可极大的提高资源利用率，减小行业的回收压力，同时也有利于环保事业。

此外，二次注液是锂离子电池失效分析常用的手段。现行二次注液的方法通常是将极耳转接焊后，再将铝塑膜剪开，并重新进行注液和封装。由于电池处于带电状态，以上操作存在安全隐患，对操作环境的湿度控制要求很高，且效率低下。

专利号为CN201810305883.5的公开文件公开了铝壳锂离子电池二次注液的方法，其主要涉及对于二次注液时的方法的改进，具体涉及对于二次注液的配方的改进，其仍然存在上述的缺陷。

鉴于此，有必要提供一种可二次注液的软包锂离子电池及制备方法，提高软包锂离子电池的使用寿命和资源的利用率、减轻行业的回收压力，同时也为电池的失效分析提供一种有效的分析手段。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种软包锂离子电池及其制备方法，能够提高软包锂离子电池的使用寿命和资源的利用率、减轻行业的回收压力，同时也为电池的失效分析提供一种有效的分析手段。

为实现上述目的，本发明提出一种软包锂离子电池，包括外壳，所述外壳内设有裸电芯和至少一个中空结构的内置管，所述内置管的顶面与外壳内壁相连，所述内置管侧面设有至少一个通孔。

进一步改进的，所述内置管的顶面由塑性材料制成，所述内置管的底面由硬质材料制成。

进一步改进的，所述内置管的顶面通过热熔胶与外壳内壁相连，所述内置管的底面通过双面胶与外壳内壁相连。

进一步改进的，所述通孔为圆形或三角形或方形。

进一步改进的，所述裸电芯的边缘处或/和角部对应设有与内置管相对应的缺口，每根内置管对应一个缺口，各内置管和对应的缺口契合。

进一步改进的，所述内置管为三角形或半圆形或扇形的柱状中空结构，所述缺口的形状与内置管的形状相对应。

进一步改进的，所述裸电芯采用叠片工艺制成，所述内置管为扇形的柱状中空结构，所述缺口设于裸电芯的角部。

进一步改进的，所述裸电芯采用叠片工艺或卷绕工艺制成，所述内置管为半圆形的柱状中空结构，所述缺口设于裸电芯的边缘处。

进一步改进的，所述内置管的高度大于等于裸电芯厚度，且小于等于电池满充膨胀后的厚度。

本发明还提出了一种上述的软包锂离子电池的制备方法，其采用的技术方案如下：

一种上述的软包锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

S1：对于采用叠片工艺制成的电池，在正极极片的边缘处和/或角部、负极极片的边缘处和/或角部分别对应冲切出至少一个缺口,且负极极片的缺口小于正极极片的缺口；

对于单极耳极片或多极耳极片采用卷绕工艺制成的电池，则需要在正极极片的边缘处、负极极片的边缘处分别冲切出至少一个缺口,且负极极片的缺口小于正极极片的缺口；

将缺口倒圆角；

S2：按照各负极极片对应的缺口重叠、各正极极片对应的缺口重叠的方式，将步骤S1加工后的正极极片和对应的负极极片组装成裸电芯；

S3：将步骤S2加工后的裸电芯焊接转接极耳后放入冲有内坑的外壳中，将底面贴上双面胶层、顶面贴热熔胶后的内置管放入内坑中，使底面与外壳内壁相连；对于单极耳卷绕工艺的电池，应在组装成裸电芯前进行极耳焊接；

S4：将步骤S3中的外壳包裹着裸电芯和内置管进行封装，并通过后续的工序加工成成品电池，所述顶面在后续的工序中高温化成时通过热熔胶与外壳内壁相连。

本发明的二次注液的方法为：用注液针刺破内置管的顶面以及顶面上的外壳，通过内置管将电解液注入到电池中，注液完成后，将注液针抽出，并迅速用密封胶将外壳刺破口用密封胶封住。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：

1.本发明通过在外壳内设置内置管，内置管上设置有通孔，在二次注液时，可以采用注液针刺破外壳和内置管的顶面进入内置管，可通过内置管往电池内部注入电解液，再用密封胶将外壳的刺破口密封，安全性高，同时也可保证电池品质，提高电池的使用寿命和资源的利用率、减轻行业的回收压力。

2.本发明的内置管的顶面为塑性材料制成，底面为硬质材料制成，注液针刺破外壳后从内置管顶面插入后，高硬度的底面可防止注液针刺破底面下的外壳导致二次注液失败，同时在注液针移除后，顶面上的刺破口能在自身弹力作用下快速闭合，防止电池外部的水分和空气在外壳的刺破口密封前侵入电池内部，从而可保证电池的品质，延长软包锂离子电池的使用寿命。

3.本发明的内置管的底面通过双面胶初步固定在内坑中，高温夹具化成时再通过顶面的热熔胶进一步固定在内坑中，可有效防止二次注液时内置管发生偏移,影响二次注液效果。

4.本发明的裸电芯上设有缺口，缺口和内置管相互契合，对于内置管具有一定的固定作用。同时，不影响电池整体的形状结构，提高了电池内部空间的利用率，不影响电池的串并联组装，且不会对电池性能产生不利影响。

5.本发明的电池可进行二次注液，通过往循环容量衰减加速初期的电池中再次注液电解液然后再进行循环测试，如果循环容量衰减趋势没有改善，说明电池的材料体系发生了不可逆转的变化，如果循环寿命得到延长，说明循环容量的衰减只是由于缺乏电解液造成的，由此为电池失效分析提供一种有效的分析手段。

6.相比现有的转接极耳、重新封装二次注液的方法，本发明二次注液时的操作方法及设备要求简单，便于广泛应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

附图1为实施例1转接极耳后的裸电芯示意图；

附图2为实施例1正极极片或负极极片的示意图(正极极片和负极极片的形状一致，仅大小、极耳位置有差别)；

附图3为实施例1内置管示意图；

附图4为实施例1裸电芯和内置管放入外壳的内坑中的示意图；

附图5为实施例2和实施例3焊接/转接极耳后的裸电芯示意图；

附图6为实施例2和实施例3正极极片或负极极片的示意图(正极极片和负极极片的形状一致，仅大小、极耳位置有差别)；

附图7为实施例2和实施例3内置管示意图；

附图8为实施例2和实施例3裸电芯和内置管放入外壳的内坑中的示意图；

附图9为实施例3正极极片或负极极片冲切出极耳和缺口后的示意图(极耳和缺口个数仅作示意，不代表实际个数)。

其中1为转接的正极极耳或负极极耳，2为密封胶，3为缺口，4为内置管，5为裸电芯，6为内坑，7为外壳，8为内置管的顶面，9为内置管的底面，11为通孔，12为正极极片或负极极片冲切出的极耳，13为气袋边。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个以上，例如三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1至图9。

实施例1

一种软包锂离子电池，包括外壳7，外壳7内设有裸电芯5和至少一个中空结构的内置管4，内置管4的顶面8与外壳7内壁相连，内置管4侧面设有至少一个通孔11，优选的，通孔11为圆形或三角形或方形。裸电芯5是由正极极片、负极极片以及隔膜按照叠片工艺制成。外壳7上设有一个或多个内坑6，用于放置裸电芯5和内置管4，外壳7由内至外依次为密封层、金属层、胶粘层、防护层和/或装饰层，所述金属层为铝层或不锈钢层或其他合适的金属层。

内置管4的顶面8由塑性材料制成，具有耐电解液的特性，在注液针移除后，顶面上的刺破口能在自身的弹力作用下快速闭合，防止电池外部的水份和空气在外壳上的刺破口密封前侵入电池内部，影响电池品质。内置管4的底面9由硬质材料制成，具体的，硬质材料为高分子材料，可防止注液针刺破顶面8后进一步刺穿底面9下的外壳7，导致二次注液失败。内置管4的顶面8通过热熔胶与外壳7内壁相连，内置管4的底面9通过双面胶与外壳7内壁相连。在高温和压力的作用下，顶面8通过热熔胶与外壳内壁粘结，目的是将内置管4牢牢的固定在内坑6中，防止二次注液时内置管4偏移影响二次注液效果。

裸电芯5的边缘处或/和角部对应设有与内置管4相对应的缺口3，每根内置管4对应一个缺口3，各内置管4和对应的缺口3契合，缺口3对于内置管4具有一定的固定作用。优选的，内置管4和缺口3的数量均为一个。

内置管4为三角形或半圆形或扇形的柱状中空结构，缺口3的形状与内置管4的形状相对应。优选的，内置管4为扇形的柱状中空结构，缺口3设于裸电芯5的角部。内置管4为半圆形的柱状中空结构时，缺口3设于裸电芯5的边缘处。内置管4的高度大于等于裸电芯5厚度，且小于等于电池满充膨胀后的厚度。

如图1至图4所示的缺口3位于裸电芯5角部，且缺口3形状为扇形。由于缺口3的位置对本发明的实施效果无影响，因此本实施例只对一个角位的缺口3进行详细说明。

本实施例还提出了一种上述的软包锂离子电池的制备方法，其采用的技术方案如下：

一种上述的软包锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

在步骤S1之前，制取极片包括以下步骤：

A1.正极浆料的制备：称取正极活性物质、导电剂和粘结剂，质量百分比依次为94.5％、3.5％和2.0％，溶剂为NMP。在双行星式真空搅拌机中将上述材料进行搅拌，制成均匀稳定的正极浆料。

A2.负极浆料的制备：称取负极活性物质、导电剂、分散剂和粘结剂，质量百分比依次为95％、1.5％、1.2％和2.3％，溶剂为去离子水。在双行星式真空搅拌机中将上述材料进行搅拌，制成均匀稳定的负极浆料。

A3.涂布：采用挤压涂布机，将上述正极浆料和负极浆料分别涂布在正极集流体和负极集流体上，然后进入烤箱烘干，制得所需正极极片和负极极片。

A4.辊压：将上述正极极片和负极极片分别采用不同的辊压参数进行辊压，目的是为了使颗粒间接触得更好，增强极片的导电性能。

A5.极片的制备：将上述正极极片和负极极片分条后再进行模切。

将正极极片和负极极片制成之后，即可实施本实施例的技术方案，本实施例采用叠片工艺制成电池，其采用的技术方案如下：

S1：在上述步骤A5加工后的正极极片的边缘处和/或角部、上述步骤A5加工后的负极极片的边缘处和/或角部、隔膜边缘处和/或角部分别对应冲切出至少一个扇形的缺口3,且负极极片的缺口3小于正极极片的缺口3,目的是防止析锂。缺口3需要倒圆角，目的是防止缺口3过于尖锐将隔膜刺破引起内短路和腐蚀；对于正极极片和负极极片所用的隔膜，也需要冲切出相对应的缺口3，本实施例中，隔膜冲切的缺口3也为对应的扇形。且隔膜的缺口3比负极极片的缺口3小，目的是隔离正极极片和负极极片，防止二者接触短路。同时负极极片的长度比正极极片的长度大，目的是防止充电时析锂。负极极片的宽度比正极极片的宽度大，目的也是为了防止充电时析锂。

S2：按照各负极极片对应的缺口3重叠、各正极极片对应的缺口3重叠的方式，将步骤S1加工后的正极极片、对应的负极极片、隔膜组装成裸电芯5；

S3：将步骤S2加工后的裸电芯5焊接转接极耳后放入冲有内坑6的外壳7中，将底面9贴上双面胶层、顶面8贴热熔胶后的内置管放入内坑6中，使底面9与外壳7内壁相连；

S4：将步骤S3中的外壳7包裹着对裸电芯5和内置管4进行封装后，具体通过以下步骤加工成成品电池：

B1.注液：将真空烘烤后的电池从气袋口进行注液，注液完成后并对气袋口进行封闭。

B2.夹具化成：将注液后经过浸润陈化的电池进行高温夹具化成。在高温和高压条件下，内置管4顶面的热熔胶熔融并与外壳内壁粘结。

B3.按照常规流程将上述电池依次进行除气成型、分容、K值测试，制得成品电池。其中，K值＝电压差/时间。

实施例2

请参照图5至图8，与实施例1不同之处在于，本实施例的缺口3位于裸电芯5的边缘处，缺口3的形状为半圆形，对应的内置管4为半圆形的柱状中空结构。

实施例3

请参照图5至图9，与实施例1不同之处在于，在步骤S1中，本实施例采用的是多极耳极片卷绕工艺，正极极片和负极极片制备以及裸电芯5的制备工艺不同，缺口3为半圆形，位于裸电芯5的边缘处。具体步骤如下：

极片的制备：按照实施例1中的方法制备出分条后的正极极片和负极极片，然后进行极耳12冲切和缺口3冲切，制成带有多个极耳12和多个半圆形缺口3的长条形正极极片和负极极片。组装成裸电芯5以后，缺口3位于裸电芯5的边缘处，且各层负极极片的缺口3完全重叠，各层正极极片的缺口3完全重叠，正极极片的缺口3与负极极片的缺口3交错叠在一起，负极极片的缺口3小于正极极片的缺口3，负极极片的宽度大于正极极片的宽度。

裸电芯5的制备：将上述正极极片和负极极片采用卷绕工艺组装成裸电芯5，最后将隔膜也冲切出半圆形缺口3，且要求隔膜的缺口3小于负极极片的缺口3。

对比例1

与实施例1不同之处在于，裸电芯5封装前，内坑6中未安放内置管4。

循环测试：

取实施例1～3和对比例1制备的电池(要求容量、保液系数、内阻、K值基本一致)各3个，并在相同的环境和设备下按照相同流程进行循环测试，并记录循环过程中放电容量保持率，放电容量保持率＝放电容量/第一次循环的放电容量，判定循环合格的标准：容量保持率＜80％即为失效。针对本实施例中的化学体系，判定循环容量加速衰减的标准：循环容量保持率的斜率突然增加。测试结果如表1所示。

1.由表1可知，实施例1～3的电池与对比例1的电池在900次时的容量衰减明显加速，且各组间的循环容量保持率基本一致，说明本发明的方法不会对电池的循环使用寿命产生负面影响。

2.在循环次数达到900次时，对实施例1～3的电池进行二次注液，二次注液完成后继续进行循环测试。二次注液的方法为：用注液针刺破内置管4的顶面8以及顶面8上的外壳7，通过内置管4将电解液注入到电池中，注液完成后，将注液针抽出，并迅速用密封胶将外壳7刺破口用密封胶封住。

实施例1～3的电池继续循环至1800次时，容量保持率基本一致，约为80％；而对比例1的电池未进行二次注液，继续循环至1200次时容量保持率衰减至80％左右。由此可见，本发明电池可以有效进行二次注液，补充循环后消耗的电解液，大大提高电池的使用寿命。

3.由表1数据也可知，在原有的保液系数下，该材料体系的正常循环寿命为1200次，此时材料体系并未发生不可逆转的破坏，通过补充电解液，可以将电池的循环寿命至少延长600次循环。由此可为电池失效分析提供一种有效的分析手段。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种软包锂离子电池，其特征在于，包括外壳(7)，所述外壳(7)内设有裸电芯(5)和至少一个中空结构的内置管(4)，所述内置管(4)的顶面(8)与外壳(7)内壁相连，所述内置管(4)侧面设有至少一个通孔(11)。

2.根据权利要求1所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述内置管(4)的顶面(8)由塑性材料制成，所述内置管(4)的底面(9)由硬质材料制成。

3.根据权利要求2所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述内置管(4)的顶面(8)通过热熔胶与外壳(7)内壁相连，所述内置管(4)的底面(9)通过双面胶与外壳(7)内壁相连。

4.根据权利要求1所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述通孔(11)为圆形或三角形或方形。

5.根据权利要求1所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述裸电芯(5)的边缘处或/和角部对应设有与内置管(4)相对应的缺口(3)，每根内置管(4)对应一个缺口(3)，各内置管(4)和对应的缺口(3)契合。

6.根据权利要求5所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述内置管(4)为三角形或半圆形或扇形的柱状中空结构，所述缺口(3)的形状与内置管(4)的形状相对应。

7.根据权利要求6所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述裸电芯(5)采用叠片工艺制成，所述内置管(4)为扇形的柱状中空结构，所述缺口(3)设于裸电芯(5)的角部。

8.根据权利要求6所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述裸电芯(5)采用叠片工艺或卷绕工艺制成，所述内置管(4)为半圆形的柱状中空结构，所述缺口(3)设于裸电芯(5)的边缘处。

9.根据权利要求1所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述内置管(4)的高度大于等于裸电芯(5)厚度，且小于等于电池满充膨胀后的厚度。

10.一种如权力要求1至9任一项所述的软包锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对于采用叠片工艺制成的电池，在正极极片的边缘处和/或角部、负极极片的边缘处和/或角部分别对应冲切出至少一个缺口(3),且负极极片的缺口(3)小于正极极片的缺口(3)；

对于单极耳极片或多极耳极片采用卷绕工艺制成的电池，则需要在正极极片的边缘处、负极极片的边缘处分别冲切出至少一个缺口(3),且负极极片的缺口(3)小于正极极片的缺口(3)；

将缺口(3)倒圆角；

S2：按照各负极极片对应的缺口(3)重叠、各正极极片对应的缺口(3)重叠的方式，将步骤S1加工后的正极极片和对应的负极极片组装成裸电芯(5)；

S3：将步骤S2加工后的裸电芯(5)焊接转接极耳后放入冲有内坑(6)的外壳(7)中，将底面(9)贴上双面胶层、顶面(8)贴热熔胶后的内置管(4)放入内坑(6)中，使底面(9)与外壳(7)内壁相连,对于单极耳卷绕工艺的电池，应在组装成裸电芯(5)前进行极耳焊接；

S4：将步骤S3中的外壳(7)包裹着裸电芯(5)和内置管(4)进行封装，并通过后续的工序加工成成品电池，所述顶面(8)在后续的工序中高温化成时通过热熔胶与外壳(7)内壁相连。