CN110718722B - 吸附组件和电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了吸附组件和电池，该吸附组件包括：包括有透气部的外壳；被外壳包覆的吸附剂。该吸附组件通过设置外壳可以有效将吸附剂与外界环境隔离，从而避免吸附剂的吸附性能被影响，且外壳上包括透气部，可以使得外界环境的产气进入外壳内而有效被吸附剂吸附，特别是将该吸附剂用于电池，尤其是软包电池时，可以有效吸附电池内部产气，防止电池封印被冲开而导致的漏液等问题，改善电池的可靠性与安全性，延长电池使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及电化学领域，具体的，涉及吸附组件和电池。
背景技术
目前，为了减少电池内部气体的产生，常对电池正负极材料以及电解液体系做出改进，使其不易发生产气。而对于有机溶剂体系，有机溶剂与电池正负极材料之间的副反应难以避免，因此电池产气问题一直得不到有效解决。为了减少产气冲破铝塑膜封装，需要对电池封装可靠性进行改进。但受到铝塑膜自身材料的限制，铝塑膜封装能力无法达到能够在大量产气的情况下还能保证电池的安全使用。因此，急需提出一种可行性方案来解决电池产气所带来的安全性问题。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种可以有效吸附电池产气、提高电池安全性和可靠性的吸附组件及含有其的电池。
在本申请的一个方面，本申请提供了一种吸附组件。根据本申请的实施例，该吸附组件包括：吸附剂；外壳，包覆所述吸附剂；其中，所述外壳包括透气部，所述吸附组件的内部气体和外部气体透过所述透气部交换。发明人发现，该吸附组件通过设置外壳可以有效将吸附剂与外界环境(如应用于电池时可以为电解液)隔离，从而避免吸附剂的吸附性能被影响，且外壳包括透气部，可以使得外界环境的产气进入外壳内而有效被吸附剂吸附，特别是将该吸附剂用于电池，尤其是软包电池时，可以有效吸附电池内部产气，防止电池封印被冲开而导致的漏液等问题，改善电池的可靠性与安全性，延长电池使用寿命。
根据本申请的实施例，所述外壳包括：主壳体，所述主壳体包括开口；其中，所述透气部覆盖所述开口。
根据本申请的实施例，所述主壳体包括耐电解液材料。
根据本申请的实施例，所述耐电解液材料包括聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
根据本申请的实施例，所述透气部包覆所述吸附剂。
根据本申请的实施例，所述外壳的形状为棱柱体、圆柱体、曲面柱体和袋状中的至少一种。
根据本申请的实施例，所述透气部包括透气膜。
根据本申请的实施例，所述透气膜的厚度为40～150微米。
根据本申请的实施例，在7KPa的气压下，所述透气膜满足以下条件的至少一种：空气流量大于等于300mL/min/cm2；静水压力大于等于90KPa；疏油等级大于等于7。
根据本申请的实施例，所述透气膜的材料包括改性聚四氟乙烯和改性聚乙烯中的至少一种。
根据本申请的实施例，所述透气膜包括膨体聚四氟乙烯微孔膜和拉伸聚乙烯微孔膜中的至少一种。
根据本申请的实施例，所述透气膜的表面设置热熔胶层。
根据本申请的实施例，所述吸附剂为可吸附一氧化碳或二氧化碳的分子筛。
根据本申请的实施例，所述吸附剂包括5A钙离子型分子筛、锂型分子筛、5X型分子筛和13X型分子筛中的至少一种。
在本申请的另一方面，本申请提供了一种电池。根据本申请的实施例，该电池包括：包装膜；电芯；至少一个前面所述的吸附组件，所述吸附组件设置在所述电芯的至少一侧，所述包装膜包覆所述电芯及所述吸附组件。发明人发现，该电池内部产气可以被吸附组件有效吸附，有效避免了包装膜被冲开而导致漏液的问题，可靠性与安全性明显提高，使用寿命显著延长，且该电池具有前面所述的吸附组件的全部特征和优点，在此不再一一赘述
附图说明
图1是本申请一个实施例的吸附组件的结构示意图。
图2是本申请另一个实施例的吸附组件的结构示意图。
图3是本申请另一个实施例的吸附组件的结构示意图。
图4是本申请另一个实施例的吸附组件的结构示意图。
图5是本申请另一个实施例的吸附组件的结构示意图。
图6是本申请另一个实施例的吸附组件的结构示意图。
图7是本申请一个实施例的电池的结构示意图。
图8是本申请另一个实施例的电池的结构示意图。
图9是本申请另一个实施例的电池的结构示意图。
图10是本申请另一个实施例的电池的结构示意图。
图11是本申请另一个实施例的电池的结构示意图。
图12是本申请一个实施例的透气膜的扫描电镜照片。
图13是本申请一个实施例的透气膜的能谱谱图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本申请的一个方面，本申请提供了一种吸附组件。根据本申请的实施例，参照图1，该吸附组件包括：外壳1，所述外壳1包括透气部12；吸附剂3，所述外壳1包覆吸附剂3。发明人发现，该吸附组件通过设置外壳可以有效将吸附剂与外界环境(如应用于电池时可以为电解液)隔离，从而避免吸附剂的吸附性能被影响，且外壳上包括透气部，可以使得外界环境的产气进入外壳内而有效被吸附剂吸附，特别是将该吸附剂用于电池，尤其是软包电池时，可以有效吸附电池内部产气，防止电池封印被冲开而导致的漏液等问题，改善电池的可靠性与安全性，延长电池使用寿命。
根据本申请的实施例，为了保证吸附剂的使用性能，形成外壳的具体材料包括耐外界环境的材料，例如将该吸附剂用于离子电池时，形成外壳的材料包括耐电解液材料，例如包括但不限于聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。由此，可以有效将吸附剂与电解液隔离，保证吸附剂不会被电解液浸润而影响其吸附性能，且使用寿命较长。
根据本申请的实施例，外壳的具体形状没有特别限制，本领域技术人员可以根据使用需要、应用环境和工艺条件等灵活选择。在本申请的一些实施例中，参照图1-图3，所述外壳1的形状包括但不限于棱柱体(参照图1)、圆柱体(参照图3)、曲面柱体(是指至少一部分表面为曲面的柱体，参照图4)和袋状(参照图2)中的至少一种。由此，该吸附组件作用面积比较大，吸附产气效率高，且可以适用于多种环境和各种复杂结构，应用范围更广泛。
根据本申请的实施例，外壳上的透气部可以保证外界环境的液体不会进入外壳内部浸润吸附剂而影响其吸附性能，同时又可以使得外界环境的产气可以进入外壳内部而被吸附剂吸收。本申请的一些实施例中，可以外壳的一部分被构造成透气部，也可以整个外壳外表面均被构造成透气部，即透气部包覆吸附剂。根据本申请的实施例，透气部可以由透气膜形成，由此，疏液透气效果好，且方便与外壳其他部分接合。本申请的一些具体示例中，参照图2，整个外壳由透气膜形成，例如可以将一张透气膜折叠后封装以包覆吸附剂。本申请的另一些实施例中，参照图1，外壳可以包括具有开口的主壳体11和覆盖开口的透气部12。本申请的又一些实施例中，参照图5和图6，外壳由耐电解液材料和透气膜结合形成，具体的，包括由耐电解液材料形成的第一部分13，和由透气膜形成的第二部分14。
根据本申请的实施例，所述透气膜的厚度可以为40～150微米，例如包括但不限于40微米、45微米、50微米、55微米、60微米、65微米、70微米、75微米、80微米、85微米、90微米、95微米、100微米、105微米、110微米、115微米、120微米、125微米、130微米、135微米、140微米、145微米、150微米。由此，既能够将吸附剂与外界环境隔离，避免吸附剂被外界环境存在的试剂影响，且可以有效使得外界环境的产气能够进入壳体内部被吸附剂吸附。如果透气膜的厚度过大，可能会造成电池内部空间的浪费，能量密度降低，厚度过小则透气膜的机械强度相对较小且疏液能力相对下降。根据本申请的实施例，为了进一步提高透气膜的隔离性能和透气性能，在7KPa的气压下，所述透气膜满足以下条件的至少一种：空气流量大于等于300mL/min/cm2；静水压力大于等于90KPa；疏油等级大于等于7。满足上述条件的透气膜隔离性能和透气性能更佳。
根据本申请的实施例，形成所述透气膜的材料包括改性聚四氟乙烯和改性聚乙烯中的至少一种。在本申请的一些具体实施例中，所述透气膜包括膨体聚四氟乙烯微孔膜和拉伸聚乙烯微孔膜中的至少一种。膨体聚四氟乙烯微孔膜和拉伸聚乙烯微孔膜有微细纤维连接而形成的网状结构，表面具有大量微小细孔，既能够有效保证隔离性能，又具有良好的透气性。
根据本申请的实施例，形成外壳的方法可以为热封法，具体的，可以对需要封装的位置进行加热，使外壳材料熔融后熔接在一起。由此，操作简单、方便，易于控制，且工艺成熟，成本较低，适于制备各种复杂形状和结构的外壳。在本申请的一些实施例中，当形成外壳的材料的熔融温度较高时，为了降低热封法的操作温度、节省能耗，可以在透气膜的表面(如需要进行封装的位置的表面)设置热熔胶层。由此，热熔胶可以在较低的温度下熔融，操作温度低，能耗低，且安全性高。具体的，可以采用的热熔胶的具体种类包括但不限于聚丙烯等。由此，结合强度高，操作温度低，且材料来源广泛，成本较低。
根据本申请的实施例，采用的吸附剂可以根据需要吸附的产气种类而选择。在该吸附剂应用于电池时，电池内部的主要产气种类为一氧化碳和二氧化碳中的至少一种，因此，所述吸附剂为可吸附一氧化碳或二氧化碳的分子筛。由此，可以将产气有效吸附，避免电池的封印被冲开而导致漏液等问题，提高电池的安全性，延长电池的使用寿命。根据本申请的实施例，所述吸附剂包括5A钙离子型分子筛、锂型分子筛、5X型分子筛和13X型分子筛中的至少一种。由此，可以有效吸附一氧化碳或二氧化碳，提高电池的可靠性和安全性，延长电池的使用寿命。
在本申请的另一方面，本申请提供了一种电池。根据本申请的实施例，参照图7至图11，该电池包括：包装膜4；电芯5；至少一个前面所述的吸附组件6，所述吸附组件6设置在所述电芯5的至少一侧，所述包装膜4包覆所述电芯5及所述吸附组件6。发明人发现，该电池内部产气可以被吸附组件有效吸附，有效避免了包装膜被冲开而导致漏液的问题，可靠性与安全性明显提高，使用寿命显著延长，且该电池具有前面所述的吸附组件的全部特征和优点，在此不再一一赘述。
根据本申请的实施例，只要保证吸附组件可以有效吸附电池包装膜内部的产气，其在包装膜内部的具体设置位置、设置方式和设置数量本领域技术人员可以根据需要灵活选择，例如设置于电芯的表面上，或者电芯和包装膜之间的空隙处等。在本申请的一些实施例中，参照图7和图8，吸附组件6的形状为袋状，其设置在电芯5的至少一个表面上，具体的，可以通过胶粘剂粘附在电芯5的表面上。在本申请的另一些实施例中，参照图9，吸附组件6的形状为长方体，其设置在电芯5的一侧。在本申请的一些实施例中，参照图10，吸附组件6的形状为圆柱体，其设置在电芯5相对的两侧。在本申请的又一些实施例中，参照图11，吸附组件6的形状为曲面柱体，其设置在电芯5相对的两侧。上述设置方式可以充分利用电池包装膜4内部的空间，有利于提高该电池的能量密度，且这种设置方式可以使得产气快速被吸附组件吸附，避免包装膜被冲开而导致漏液等问题，进而影响该电池的可靠性、安全性和使用寿命。
根据本申请的实施例，形成包装膜的材料没有特别限制，可以为钢、铝、铝塑等。特别是当形成包装膜的材料为铝塑材料时，通过设置吸附组件可以大大提高该电池的可靠性和安全性，避免漏液的可能。根据本申请的实施例，包装膜的具体形状也没有特别限制，可以为常规电池的各种形状，如长方体、圆柱体、正方体等等。
本领域技术人员可以理解，除了前面所述的吸附组件或电芯之外，该电池还包括常规电池必需具备的结构和部件，例如，该电池可以包括电解液、以及必要的连接线路等等。
下面详细描述本申请的实施例。
实例一
用100微米、疏液等级为7(表面张力为21dyn/cm)的聚四氟乙烯微孔膜(即透气膜，扫描电镜照片参见图12，能谱(EDS)谱图参见图13)根据图1所示结构将5A钙离子型吸附剂(电子天平称重：3.0g)封装并置于电池(结构示意图参照图9)内部，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试。产气膨胀体积采用排硅油法进行测试，具体操作步骤为：测出电池的重量，然后把电池放入硅油中80℃存储0.5h后，测出电池的初始体积，高温存储150h之后测出电池的最终体积。求得最终电池体积变化为2.34cm3。电解液未透过透气膜。
实例二
用25微米、疏液等级为7(表面张力为21dyn/cm)的聚四氟乙烯微孔膜根据图1所示结构将5A钙离子型吸附剂(电子天平称重：3.0g)封装并置于电池(结构示意图参照图9)内部，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试(具体测试方法同实施例一)。最终体积变化为10.43cm3。电解液完全透过透气膜，与吸附剂接触。
实例三
用40微米、疏液等级为7(表面张力为21dyn/cm)的聚四氟乙烯微孔膜根据图1所示结构将5A钙离子型吸附剂(电子天平称重：3.0g)封装并置于电池(结构示意图参照图9)内部，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试(具体测试方法同实施例一)。最终体积变化为5.15cm3。电解液轻微透过透气膜，与吸附剂接触。
实例四
用150微米、疏液等级为7(表面张力为21dyn/cm)的聚四氟乙烯微孔膜根据图1所示结构将5A钙离子型吸附剂(电子天平称重：3.0g)封装并置于电池(结构示意图参照图9)内部，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试(具体测试方法同实施例一)。最终体积变化为5.31cm3。电解液未透过透气膜。
实例五
用100微米、疏液等级为5(表面张力24.5dyn/cm)的聚四氟乙烯微孔膜根据图1所示结构将5A钙离子型吸附剂(电子天平称重：3.0g)封装并置于电池(结构示意图参照图9)内部，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试(具体测试方法同实施例一)。最终体积变化为8.01cm3。电解液完全透过透气膜，吸附剂被电解液润湿。
实例六
用100微米聚四氟乙烯微孔膜根据图1所示结构将13X型吸附剂(电子天平称重：3.0g)封装并置于电池(结构示意图参照图9)内部，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试(具体测试方法同实施例一)。最终电池体积变化为10.32cm3。电解液未透过透气膜。
实例七
用100微米聚四氟乙烯微孔膜根据图2所示结构将5X型吸附剂(电子天平称重：3.0g)封装并置于电池(结构示意图参照图7)内部，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试(具体测试方法同实施例一)。最终电池体积变化为4.45cm3。电解液未透过透气膜。
实例八
用100微米聚四氟乙烯微孔膜和100微米聚乙烯膜，根据图5所示结构将5X型吸附剂(电子天平称重：3.0g)封装并置于电池(结构示意图参照图9，差别在于吸附组件的形状为圆柱形)内部，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试(具体测试方法同实施例一)。最终电池体积变化为2.98cm3。电解液未透过透气膜。
实例九
用60微米聚四氟乙烯微孔膜根据图1所示结构将5A钙离子型吸附剂(电子天平称重：3.0g)封装并置于电池(结构示意图参照图9)，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试(具体测试方法同实施例一)。最终体积变化为5.15cm3。电解液轻微透过透气膜，与吸附剂接触。
实例十
用100微米聚四氟乙烯微孔膜根据图2所示结构将13X型吸附剂(电子天平称重：3.0g)封装并置于电池(结构示意图参照图7)，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试(具体测试方法同实施例一)。最终体积变化为9.82cm3。电解液未透过透气膜。
对比例一
参照实施例十形成电池，区别在于电池内部并未设置吸附组件，电池内部抽真空，并满充至4.5V，在80℃恒温箱中进行产气膨胀体积测试(具体测试方法同实施例一)。最终体积变化为12.73cm3。电解液未透过透气膜。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述，不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种吸附组件，包括：
吸附剂；
外壳，包覆所述吸附剂；
其中，所述外壳包括透气部，所述吸附组件的内部气体和外部气体透过所述透气部交换，
所述外壳包括主壳体，包括开口；
其中，所述透气部覆盖所述开口，所述主壳体包括耐电解液材料，
所述透气部为透气膜，所述透气膜的厚度为100～150微米，
并且在7KPa的气压下，所述透气膜满足以下条件的至少一种：
空气流量大于等于300mL/min/cm2；
静水压力大于等于90KPa；
疏油等级大于等于7。
2.根据权利要求1所述的吸附组件，其中，所述耐电解液材料包括聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的吸附组件，其中，所述透气部包覆所述吸附剂。
4.根据权利要求1所述的吸附组件，其中，所述外壳的形状为棱柱体、圆柱体、曲面柱体和袋状中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的吸附组件，其中，所述透气膜的材料包括改性聚四氟乙烯和改性聚乙烯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的吸附组件，其中，所述透气膜包括膨体聚四氟乙烯微孔膜和拉伸聚乙烯微孔膜中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的吸附组件，其中，所述透气膜的表面设置胶层。
8.根据权利要求1所述的吸附组件，其中，所述吸附剂包括可吸附一氧化碳或二氧化碳的分子筛。
9.根据权利要求8所述的吸附组件，其中，所述吸附剂包括5A钙离子型分子筛、锂型分子筛、5X型分子筛和13X型分子筛中的至少一种。
10.一种电池，包括：
包装膜；
电芯；
权利要求1-9中任一项所述的吸附组件；
其中，所述吸附组件设置在所述电芯的至少一侧，所述包装膜包覆所述电芯及所述吸附组件。
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