CN110350236B

CN110350236B - 一种电化学储能装置

Info

Publication number: CN110350236B
Application number: CN201810307897.0A
Authority: CN
Inventors: 钟泽; 孙成栋; 冯凌云
Original assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Current assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date: 2018-04-08
Filing date: 2018-04-08
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2038-04-08
Also published as: CN110350236A

Abstract

本发明涉及电化学技术领域，具体讲，涉及一种电化学储能装置。本发明的电化学储能装置电化学储能装置包括、电芯、电解液和壳体，还包括胶带，设置于电芯与壳体之间，胶带包含一个至少缓冲层，缓冲层吸收电解液的重量占缓冲层自身重量的百分比为10％～1000％。本发明通过将缓冲层吸收电解液从而达到缓冲电化学储能装置跌落时电芯对壳体的冲击，提高电化学储能装置跌落安全性能的效果。

Description

一种电化学储能装置

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体讲，涉及一种电化学储能装置。

背景技术

电化学储能装置例如二次电池，在使用过程中如果出现频繁的碰撞、跌落，电芯在包装壳内有一定的移动，电芯底部与包装壳碰撞，经过多次跌落后，电芯对包装壳会造成一定的破坏，例如引起包装壳破损，从而发生电解液泄漏；还可能破坏隔离膜或者极片上活性材料，造成电芯内部隔离膜收缩，正负极短路，进而引起发热、着火或者爆炸等。

为了改善跌落安全，通常采用固定电芯与包装壳相对位置的方法，可以在电芯与包装壳之间贴一层双面胶带，限制跌落时电芯与包装壳之间的相对位移。但这种贴胶方式，是将包装壳与电芯最外层相连接，跌落时的冲击力也就作用在包装壳与电芯外层集流体上。但电芯重量越大，跌落时产生的冲击力越大，电芯外层集流体难以承受多次跌落时的冲击，容易撕裂，严重的可能引起电池短路。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电化学储能装置，其能够有效改善电化学储能装置的跌落安全性能。

本发明的电化学储能装置包括：

电芯；

电解液，所述电解液浸渍电芯；

壳体，所述壳体封装电芯并容纳所述电解液；

所述电化学储能装置还包括胶带，设置在所述电芯与所述壳体之间，所述胶带包含至少一个缓冲层，所述缓冲层吸收电解液的重量占所述缓冲层自身重量的百分比为10％～1000％，优选为150％～500％。

本发明至少具有以下的有益效果：

本发明的电化学储能装置中的胶带缓冲层对电解液具有一定的吸收能力，吸收电解液后，电芯与壳体之间具有了相对位移能力，能起到缓冲作用且具有优异的拉伸性能，即具有高的弹性，从而可以大幅改善电化学储能装置在跌落过程中的安全性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电化学储能装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电化学储能装置中胶带的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电化学储能装置中胶带的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电化学储能装置中胶带的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的电化学储能装置中胶带的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电化学储能装置中胶带的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的电化学储能装置中胶带的结构示意图。

附图标记：

1-缓冲层；

2-基体层；

3-粘性辅助层；

10-胶带；

11-电芯；

12-壳体；

13-极耳。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明实施例涉及一种电化学储能装置，包括：

电芯；

电解液，电解液浸渍电芯；

壳体，壳体封装电芯并容纳电解液；

电化学储能装置还包括胶带，设置在电芯与壳体之间，胶带至少包含一个缓冲层，缓冲层吸收电解液的重量占缓冲层自身重量的百分比为10％～1000％，优选为150％～500％。

具体的，该电化学储能装置的结构示意图如图1所示，由图1可知，电化学储能装置包括若干电芯11，壳体12用于封装电芯11，胶带10设置在电芯11与壳体12之间，二次电池上还设置有极耳13。

本发明实施例电化学储能装置中的缓冲层对电解液具有一定的吸收能力，吸收电解液后，缓冲层具有更高的断裂伸长率，即具有高的弹性。在电芯和壳体之间粘结设置缓冲层，使电芯和壳体粘结在缓冲层上，在缓冲层吸收电解液后，电芯与壳体之间具有了相对位移能力，而电芯能相对于壳体位移，有利于改善电化学储能装置跌落时电芯对壳体的冲击，降低电化学储能装置跌落时对电芯外层材质的应力集中，缓冲电化学储能装置跌落能量，达到改善电化学储能装置跌落安全的效果。

可选的，胶带在吸收电解液后的断裂伸长率为30％～2000％，优选为200％～1200％。胶带断裂伸长率的测定参照GB/T1040.1-2006进行。

可选的，缓冲层与壳体和电芯可分别直接粘结，缓冲层与电芯粘结后放入壳体中，缓冲层与壳体粘结，向壳体内注入电解液，缓冲层吸收电解液，具有了高弹性，在电化学储能装置跌落时，使得电芯与壳体之间具有相对位移能力，由于缓冲层的自身粘性，在电化学储能装置跌落时，缓冲层也不会从电芯或壳体上脱落；电芯外部由于缓冲层的缓冲作用，不会对壳体造成较大的冲击，因而，降低了壳体破损的风险；同时也降低了电化学储能装置跌落时对电芯外层材质产生的应力集中，降低了电芯外层材质撕裂的风险，所以，缓冲层可有效改善电化学储能装置跌落时的安全性能。

可选的，缓冲层包含主体材料与增塑功能添加剂。主体材料可选自与增塑功能添加剂互溶的高分子聚合物。

具体的，高分子聚合物可选自橡胶类聚合物、热塑性弹性体、树脂类聚合物中的至少一种。

其中，橡胶类聚合物可选自丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、EPDMD、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶和热塑性聚酯弹性体中的至少一种；

热塑性弹性体可以选自苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、加氢苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、加氢乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和热塑性硫化橡胶中的至少一种；

树脂类聚合物可以选自聚乙烯-烯烃共聚物、聚氨酯、硅胶、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、PFEP、PHFP、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丁烯、聚异丁烯、聚吲哚高氯酸盐、聚氯乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。

可选的，增塑功能添加剂可以选自聚合度为1～500的树脂。

其中，树脂优选为萜烯树脂、石油树脂、松香、古马路树脂和改性松香中的至少一种；石油树脂优选为脂环族石油树脂；改性松香优选为氢化松香酯、氢化松香、聚合松香和松香甘油酯中的至少一种。

可选的，主体材料与增塑功能添加剂的重量比为10～95：5～90。如果缓冲层中主体材料的含量过多，主体材料与增塑功能添加剂形成的混合材料在吸收电解液后的弹性变小，不利于在电化学储能装置跌落时发挥缓冲作用；如果缓冲层中主体材料的含量过少，主体材料与增塑材料形成的混合材料在吸收电解液后混合材料的强度降低，电池跌落时粘性缓冲结构体容易被拉断如果缓冲层中增塑功能添加剂过少，缓冲层对电解液吸收比例较低；如果缓冲层中增塑功能添加剂过多，则吸收电解液量过大，甚至可能溶解于电解液中。

优选的，主体材料与增塑功能添加剂的重量比控制在25～80：20～75；更优选为55～75：25～45。

可选的，缓冲层的厚度可为1μm～55μm。如果缓冲层厚度过小，在电化学储能装置跌落时，缓冲作用较小，而如果缓冲层厚度过大，会导致胶带的厚度增大，不利于提高电化学储能装置的体积能量密度，所以，缓冲层的厚度优选为10μm～25μm。

可选的，胶带还设置有用于承载缓冲层的基体层，缓冲层设置于基体层的至少一个表面上。基体层可有助于增强缓冲层的强度，在电化学储能装置跌落或撞击对电芯产生的冲击时，不容易被拉断；并且还可便于胶带的制备。

具体的，基体层的材料可以选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氯乙烯和聚丙烯酸酯中的至少一种，并不限于此。

可选的，基体层的厚度为0.1μm～20μm。

可选的，缓冲层或基体层的至少一个表面设置有至少一个粘性辅助层，粘性辅助层用于进一步增加缓冲层或基体层的粘结力。粘性辅助层包括用于形成粘结力的材料。

可选的，粘性辅助层在常温时初粘力小于0.1N/mm(按照GB/T2792-1998中对粘结力的测试方法进行180°剥离测试)。在壳体与电芯之间依次粘结设置粘性辅助层，为了便于将电芯装入壳体中，粘结在缓冲层与壳体之间的粘性辅助层在常温时不表现出粘结力，以便于组装操作。

并且，粘性辅助层在加热、加压后具有一定粘结力，其粘结力>0.1N/mm(按照GB/T2792-1998中对粘结力的测试方法进行180°剥离测试)。

可选的，粘性辅助层可为一个或多个。

具体的，粘性辅助层的材料可选自苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、加氢苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、加氢乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、萜烯树脂、石油树脂、松香、古马路树脂和改性松香中的一种或多种。

可选的，粘性辅助层的厚度为0.01μm～25μm。如果粘性辅助层太薄，对增加粘结力的作用有限，而如果粘性辅助层过厚，也会导致电化学储能装的体积增大，所以，粘性辅助层的厚度优选为0.01μm～15μm。

具体的，本发明实施例的电化学储能装置中的胶带可采用以下实施方式，并不限于此：

在一个可选的实施方式中，如图2所示，胶带只含有缓冲层1；将具有该结构的胶带用于电化学储能装置中时，缓冲层1分别直接粘结铝塑膜和电芯。本实施方式中胶带只含有缓冲层，可以使胶带最薄，有利于减小电池的体积。

在一个可选的实施方式中，如图3所示，胶带包括依次设置的基体层2和缓冲层1。基体层与电芯之间可用胶纸固定。

在一个可选的实施方式中，如图4所示，胶带包括设置于基体层2相对两个表面上的缓冲层1。

在一个可选的实施方式中，如图5所示，胶带包括依次设置的缓冲层1、基体层2和粘性辅助层3。将具有本实施方式结构的胶带用于电化学储能装置中时，将缓冲层1朝向铝塑膜，粘性辅助层3用于与电芯粘贴。

在一个可选的实施方式中，如图6所示，胶带包括依次设置的粘性辅助层3、缓冲层1、基体层2和粘性辅助层3。

在一个可选的实施方式中，如图7所示，胶带包括依次设置的粘性辅助层3、缓冲层1、基体层2、缓冲层1和粘性辅助层3。

其中，设置于胶带最外侧的粘性辅助层也可设置多层，用于进一步提高胶带的粘结力。

下面结合实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在下述实施例、对比例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均可商购获得。

在具体实施例中，仅示出电化学储能装置为锂离子二次电池的例子，但本申请不限于此。

实施例1

1.胶带的制备

1.1胶带1～9、13、D2～D3：如图2所示，本实施例的胶带中只含有缓冲层(即表1中的缓冲层1)。

1.2胶带10：如图5所示，本实施例的胶带包括设置于基体层相对两个表面上的缓冲层(即表1中的缓冲层1)和粘性辅助层(即表1中的粘性辅助层2，用于粘结基体层与电芯)。基体层采用PET，缓冲层的材料为苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物；

1.3胶带11：如图6所示，本实施例的胶带包括依次设置的粘性辅助层、缓冲层、基体层和粘性辅助层，其中两个辅助粘结层的位置可以互换。基体层采用PET，缓冲层的材料相同，具体为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物；

1.4胶带12：如图7所示，本实施例的胶带中含有基体层以及设置于基底层两个表面上的缓冲层(即表1中的缓冲层1和缓冲层2)。两个缓冲层的外侧的表面上均设置有粘性辅助层，其中两个辅助粘结层的位置可以互换。基体层采用PET，两个缓冲层的材料相同，具体为苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。

胶带的具体组成如表1所示。

2.正极极片的制备

将正极活性物质LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂，导电剂(乙炔黑)，粘结剂(聚偏氟乙烯)按重量比96:2:2分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，在真空搅拌机作用下搅拌至体系成均一透明状，制成正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于铝箔上；将铝箔干燥后，然后经过辊压、分切、焊接正极极耳等工序得到正极极片。

3.负极极片的制备

将石墨，导电剂(炭黑)，粘结剂(丁苯橡胶乳液)，稳定剂(羟甲基纤维素钠)按重量比95:1:2:2分散在蒸馏水中，在真空搅拌机作用下搅拌制成负极浆料，将负极浆料均匀涂覆在铜箔上；将铜箔干燥后，然后经过辊压、分切、焊接负极极耳等工序得到负极极片。

4.隔离膜的制备

隔离膜为聚乙烯隔离膜。

5.电解液的制备

电解液包括有机溶剂和锂盐，有机溶剂为碳酸二乙酯，碳酸二甲酯，碳酸乙烯酯的混合物，三种溶剂的体积比例为1：1：1，锂盐为LiPF₆，浓度为1mol/L。

6.锂离子电池的制备

将正极极片、负极极片以及隔离膜卷绕成电芯，用1中制备得到的胶带收尾，将所得电芯置于壳体中，注入电解液，对电芯进行化成和老化，得到锂离子二次电池。

按照上述方法制备锂离子二次电池，具体见表1。

采用实施例1的胶带，进一步制备基体层和粘性辅助层，其中，基体层采用PET，粘性辅助层采用苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，具体见表2。

对比例D1为没有设置有胶带的锂离子电池。

表1

二次电池性能测试：

将上述各实施例及对比例的电池固定在特定模具中，分别以电池的四个角、头、尾六个位置朝下，从1m高处自由落体，算作一轮电池跌落测试，即每一轮实验共跌6次，并进行4轮。每个实施例或对比例测试20个电池，以不起火、不漏液为通过标准，计算通过率，并标明未通过电池的失效模式。其中，分子代表未通过测试的电池个数，分母是总共的电池个数。结果如表2所示：

表2

从表2的实验结果可知，采用本发明实施例的二次电池1～13的抗跌落安全性较对比例D1得到显著提高。如对比例D2和D3的实验结果可知，当胶带吸收的电解液的重量与胶带自身重量的比例过大或者过小时，也无法有效提高电池抗跌落安全性。

并且，如本发明实施例的二次电池10～12所示，当胶带采用多层结构时，还可以进一步提高电池抗跌落安全性。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种电化学储能装置，其特征在于，所述电化学储能装置包括：

电芯；

电解液，所述电解液浸渍电芯；

壳体，所述壳体封装电芯并容纳所述电解液；

所述电化学储能装置还包括胶带，设置在所述电芯与所述壳体之间，所述胶带包含至少一个缓冲层，所述缓冲层吸收所述电解液的重量占所述缓冲层自身重量的百分比为10％～1000％；

所述缓冲层包含主体材料与增塑功能添加剂，所述增塑功能添加剂选自聚合度为1～500的树脂。

2.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其特征在于，所述缓冲层吸收所述电解液的重量占所述缓冲层自身重量的百分比为150％～500％。

3.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其特征在于，所述胶带在吸收所述电解液后的断裂伸长率为30％～2000％。

4.根据权利要求3所述的电化学储能装置，其特征在于，所述胶带在吸收所述电解液后的断裂伸长率为200％～1200％。

5.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其特征在于，所述胶带在吸收所述电解液前180°剥离力＞0.1N/mm。

6.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其特征在于，

所述主体材料选自橡胶类聚合物、热塑性弹性体、树脂类聚合物中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的电化学储能装置，其特征在于，

所述橡胶类聚合物选自丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、EPDMD、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶和热塑性聚酯弹性体中的至少一种；

所述热塑性弹性体选自苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、加氢苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、加氢乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和热塑性硫化橡胶中的一种或多种；

所述树脂类聚合物选自聚乙烯-烯烃共聚物、聚氨酯、硅胶、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、PFEP、PHFP、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丁烯、聚异丁烯、聚吲哚高氯酸盐、聚氯乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其特征在于，

所述增塑功能添加剂选自萜烯树脂、石油树脂、松香、古马路树脂和改性松香中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的电化学储能装置，其特征在于，所述石油树脂选自为脂环族石油树脂。

10.根据权利要求8所述的电化学储能装置，其特征在于，所述改性松香选自为氢化松香酯、氢化松香、聚合松香和松香甘油酯中的至少一种。

11.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其特征在于，所述主体材料与所述增塑功能添加剂的重量比为10～95：5～90。

12.根据权利要求11所述的电化学储能装置，其特征在于，所述主体材料与所述增塑功能添加剂的重量比为25～80：20～75。

13.根据权利要求12所述的电化学储能装置，其特征在于，所述主体材料与所述增塑功能添加剂的重量比为55～75：25～45。

14.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其特征在于，所述胶带还设置有基体层，所述基体层的至少一个表面设置有所述缓冲层；所述基体层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氯乙烯和聚丙烯酸酯中的一种或多种。

15.根据权利要求1或14所述的电化学储能装置，其特征在于，所述胶带还包括至少一个粘性辅助层；所述粘性辅助层设置在所述缓冲层或基体层的至少一个表面上。

16.根据权利要求15所述的电化学储能装置，其特征在于，所述粘性辅助层在常温时初粘力小于0.1N/mm。