CN112751111A - 一种软包锂离子电池及其用途 - Google Patents

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CN112751111A CN202011613624.2A CN202011613624A CN112751111A CN 112751111 A CN112751111 A CN 112751111A CN 202011613624 A CN202011613624 A CN 202011613624A CN 112751111 A CN112751111 A CN 112751111A
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Abstract

本发明提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池包括包裹于电芯外侧的含铝膜层；所述软包锂离子电池包括正极极耳，所述正极极耳与铝层通过导电体连接；本发明通过将正极极耳与铝层连通，从而能够提高铝层的电位，有效防止铝塑膜发生电化学腐蚀，提高电池的安全性能，能够更好地应用在电子产品和电动汽车中。

Description

一种软包锂离子电池及其用途
技术领域
本发明涉及电池结构技术领域，尤其涉及一种软包锂离子电池及其用途。
背景技术
相对于圆柱型电池和铝壳方形电池，采用铝塑膜的软包电池具有重量轻、体积小、外形尺寸设计灵活、安全性高的优势，所以其应用领域广泛，受到众多客户的青睐。软包电池在电动汽车领域的应用得到不断的推广，这是锂离子电池在3C市场应用达到基本饱和之后，推动锂离子电池市场应用的一大新兴领域。锂离子电池在储能领域的应用潜力巨大，储能市场将是推动锂离子电池发展的另一块市场。储能市场的主要应用在可再生能源并网、分布式发电及微网领域和户用储能方面。
CN204118197U公开了一种软包锂离子电池模块，所述模块包括软包锂离子电池层单元、底板、上盖、紧固螺栓；所述软包锂离子电池层单元包括软包锂离子电池、框架、散热板，所述框架为矩形结构，由至少一个矩形腔体构成，所述散热板设有形状及数量与所述框架的矩形腔体数量相同的凹坑，所述散热板卡装在所述框架中，散热板上的凹坑陷入框架的矩形腔体中；所述软包锂离子电池设置在所述散热板的凹坑中，整体构成软包锂离子电池层单元；至少两个软包锂离子电池层单元沿厚度方向叠置通过紧固螺栓固定安装在底板与上盖之间，构成软包锂离子电池模块。
CN205543006U公开了一种聚合物软包锂离子电池，所述电芯设置在壳体内部；所述电芯包括正极片、负极片和隔膜，且隔膜设置在正极片和负极片之间；所述正极片上设置有正极耳，且负极片上设置有负极耳；所述在负极片上开设有第一凹槽，且第一凹槽与正极耳对称分布；所述正极片上开设有第二凹槽；该聚合物软包锂离子电池，它采用将正极耳对应负极处极片改为第一凹槽，有效防止多极耳卷绕内并电池在卷绕及内并组装过程中正极耳内折或卷芯错位时造成的内部短路，彻底改善正极耳处内部短路的安全隐患问题。
CN207818820U公开了一种软包锂离子电池的极耳保护架，该极耳保护架包括盒体，盒体为中空结构，盒体的相对侧壁之间分别设有若干组均匀分布的第一压板和第二压板，且第一压板位于第二压板的上方，盒体的相对侧壁上分别开设有第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽内活动连接与第一滑槽相匹配的若干组均匀分布的第一滑块，第二滑槽内活动连接有与第二滑槽相匹配的若干组均匀分布的第二滑块，第一滑块的相对侧壁均与第一压板的相背侧壁固定连接，第二滑块的相对侧壁均与第二压板的相背侧壁固定连接，盒体内转动连接有第一螺纹杆和第二螺纹杆。
CN207977393U公开了一种大软包锂离子电池，其包括至少一个全极耳卷芯，该全极耳卷芯的极耳焊接区相应设有绝缘垫片，使得所述极耳焊接区的总体厚度与所述全极耳卷芯的主体厚度一致。本发明在极耳焊接区设置了绝缘垫片，克服了凹陷的不平的现象，避免了封装后正、负极极片的过度压紧而引起的自放电及短路现象，提高了电池的稳定性和安全性。
综上所述，软包锂离子电池的正负极短路是影响电池安全性和稳定性的关键。
而软包锂离子电池铝塑膜的组成主要是表层的尼龙层和PET层，中间的铝层，和内部的PP层组成。但是内部的PP层无论是在制作过程中，或者是在后续的封装成型的过程中，都无法做到完全无缺陷，极易产生围观裂缝。电解液渗入这些裂缝中，与铝层接触，形成离子通路。而同时如果铝层与负极有电子回路产生，铝层与电解液中的锂离子就会发生反应，形成锂铝合金，导致铝塑膜发生电化学腐蚀，最终导致铝塑膜破裂，电芯漏液。
因此，需要进一步开发能够提高电池的稳定性和安全性的软包锂离子电池结构。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池能够提高含铝膜层的电位，有效防止含铝膜层发生电化学腐蚀，提高电池的安全性能，能够更好地应用在电子产品和电动汽车中。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池包括包裹于电芯外侧的含铝膜层；所述软包锂离子电池包括正极极耳，所述正极极耳与含铝膜层通过导电体连接。
本发明通过将正极极耳与含铝膜层导通，使含铝膜层的电位与正极的电位接近，提高到铝层和锂离子的合金化反应所需的电位之上，有效防止含铝膜层发生电化学腐蚀反应；解决了含铝膜层产生裂缝时正负极短路的风险问题，即使含铝膜层产生裂缝或裂纹，电解液渗入其中，也能够防止铝与负极发生电化学反应。
本发明所述软包锂离子电池的结构简单，且直接利用锂离子电池的正极极耳即可实现，无需外加电场。
优选地，所述含铝膜层的电位＞0.3V，例如可以是0.32V、0.35V、0.38V、 0.40V、0.50V、0.55V、0.6V、0.8V、1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、1.9V或2.0 V等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明所述含铝膜层的电位＞0.3V，在该电位条件下，能够有效抑制铝与锂离子电解液的反应，从而减少电池的电化学腐蚀过程。
优选地，所述导电体包括外接电阻和/或外接电压表。
本发明进一步通过外接电阻和/或外接电压表，其中极高的电阻值可以保证即使正负极直接短路，电池的整体电流也保持在一个安全的范围内，防止过热导致的起火燃烧和爆炸隐患。
优选地，所述外接电阻的阻值≥10MΩ，例如可以是10MΩ、13MΩ、15MΩ、 17MΩ、19MΩ、22MΩ、24MΩ、26MΩ、28MΩ或30MΩ等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选阻值≥20MΩ。
本发明优选外接电阻的阻值≥10MΩ，更有利于提高软包锂离子电池的安全性。
优选地，所述外接电压表的阻值≥100MΩ，例如可以是100MΩ、150MΩ、 200MΩ、300MΩ、400MΩ、500MΩ、600MΩ、700MΩ、800MΩ、900MΩ或1000MΩ等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选≥150MΩ。
本发明优选外接电压表的阻值≥100MΩ，更有利于提高软包锂离子电池的安全性。
优选地，所述外接电阻或外接电压表与正极极耳和含铝膜层导电连接的方式包括焊接、铆接或导电胶连接。
本发明可以采用多种连接方法，从而提高工艺的适用性，适应多种工艺方法。
优选地，所述软包锂离子电池包括负极极耳。
优选地，所述正极极耳和负极极耳设置于电芯的两端或同一端。
优选地，所述电芯包括正极极片、负极极片和隔离膜。
优选地，所述电芯由正极极片、负极极片和隔离膜三者通过卷绕或者叠片而成。
优选地，所述隔离膜设置在电芯最外层。
本发明通过将隔离膜设置在电芯外层可以防止负极直接接触到铝塑膜，从而能够防止如果含铝膜层的第一聚合物层存在破损，负极片接触到破损位置，可能会产生的电化学腐蚀现象。
优选地，所述含铝膜层包括第一聚合物层和铝层。
优选地，所述第一聚合物层靠近电芯设置。
优选地，所述第一聚合物层为聚丙烯层。
优选地，在所述铝层外侧还设置有第二聚合物层。
优选地，所述第二聚合物层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯层和/或尼龙层。
优选地，所述含铝膜层为铝塑膜。
第二方面，本发明提供第一方面所述的软包锂离子电池在电子领域或汽车领域中的用途。
本发明提供的软包锂离子电池安全性能高，能够较好地应用在电子领域或汽车领域中，提高了电子产品或电动汽车的安全。
本发明对所述正极、隔膜、负极以及极耳材料和电芯结构没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于软包锂离子电池的正极、隔膜、负极以及极耳材料。
其中正极材料例如可以是锰酸锂(LiMnO2)、钴酸锂(LiCoO2)或镍钴锰酸锂(LixNiMnCoO2)中的任意一种或至少两种的组合。
负极材料例如可以是石墨、硅负极或中间相碳球中的任意一种或至少两种的组合。
隔膜材料例如可以是PE膜或PP膜。
极耳材料例如可以是4.5μm厚铜箔、6μm厚铜箔、8μm厚铜箔、13μm 厚铝箔或15μm铝箔等。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的软包锂离子电池通过将正极极耳与含铝膜层导通，使含铝膜层的电位与正极的电位接近，将其电位提升至＞0.3V，可有效防止含铝膜层发生电化学腐蚀反应；解决了含铝膜层产生裂缝时正负极短路的风险问题；
(2)本发明提供的软包锂离子电池安全性能高，能够较好地应用在电子领域或汽车领域中。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的软包锂离子电池结构示意图。
图2是本发明实施例2提供的软包锂离子结构示意图。
图中：11、外接电压表；12、外接电阻；2、负极极耳；3、正极极耳；4、含铝膜层；5、电芯；6、物理接触点。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种软包锂离子电池，如图1所示，所述软包锂离子电池包括电芯5、正极极耳3与负极极耳2；
所述软包锂离子电池包括包裹于电芯5外侧的含铝膜层4，所述含铝膜层4 包括第一聚合物层和铝层；所述第一聚合物层靠近电芯5设置；所述第一聚合物层为聚丙烯层；在所述铝层外侧还设置有第二聚合物层；所述第二聚合物层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯层和尼龙层。
所述正极极耳3与含铝膜层4通过导电体连接，所述导电体包括外接电压表11，所述外接电压表11的阻值为100MΩ。所述外接电压表11与正极极耳3 和含铝膜层4导电连接的方式为导电胶连接，所述导电体分别通过物理接触点6 与所述正极极耳3与含铝膜层4接触。
所述电芯5包括正极极片、负极极片和隔离膜；所述电芯5由正极极片、负极极片和隔离膜三者通过卷绕或者叠片而成，所述隔离膜设置在电芯5最外层。所述电芯5的负极材料采用导电石墨，正极材料为镍钴锰酸锂，电解液为碳酸乙烯酯，隔膜为PP膜，极耳材料均采用铜箔材料，厚度分别为6μm。
实施例2
本实施例提供一种软包锂离子电池，如图2所示，所述软包锂离子电池包括电芯5、正极极耳3与负极极耳2；所述软包锂离子电池包括包裹于电芯5外侧的含铝膜层4，所述含铝膜层4包括第一聚合物层和铝层；所述第一聚合物层靠近电芯5设置；所述第一聚合物层为聚丙烯层；在所述铝层外侧还设置有第二聚合物层；所述第二聚合物层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯层和尼龙层。
所述正极极耳3与含铝膜层4通过导电体连接，所述导电体包括外接电阻 12，所述外接电阻12的阻值为10MΩ。所述外接电阻12与正极极耳3和含铝膜层4导电连接的方式为焊接，所述导电体分别通过物理接触点6与所述正极极耳3与含铝膜层4接触。
所述电芯包括正极极片、负极极片和隔离膜；所述电芯由正极极片、负极极片和隔离膜三者通过卷绕或者叠片而成，所述隔离膜设置在电芯最外层。所述电芯5的负极材料采用中间相碳微球，正极材料为锰酸锂，电解液为碳酸乙烯酯，隔膜为PE膜，极耳材料均铝箔材料，厚度为13μm。
实施例3
本实施例提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池包括电芯、正极极耳与负极极耳；
所述软包锂离子电池包括包裹于电芯外侧的含铝膜层，所述含铝膜层包括第一聚合物层和铝层；所述第一聚合物层靠近电芯设置；所述第一聚合物层为聚丙烯层；在所述铝层外侧还设置有第二聚合物层；所述第二聚合物层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯层和尼龙层。
所述正极极耳与含铝膜层通过导电体连接，所述导电体包括外接电压表，所述外接电压表的阻值为300MΩ。所述外接电压表与正极极耳和含铝膜层导电连接的方式为导电胶连接，所述导电体分别通过物理接触点与所述正极极耳与含铝膜层连接。
所述电芯包括正极极片、负极极片和隔离膜；所述电芯由正极极片、负极极片和隔离膜三者通过卷绕或者叠片而成，所述隔离膜设置在电芯最外层。所述电芯的负极材料采用硅负极，正极材料为钴酸锂，电解液为碳酸二甲酯，隔膜为PP膜，极耳材料均采用铜箔材料，厚度分别为8μm。。
实施例4
本实施例提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池包括电芯、正极极耳与负极极耳；
所述软包锂离子电池包括包裹于电芯外侧的含铝膜层，所述含铝膜层包括第一聚合物层和铝层；所述第一聚合物层靠近电芯设置；所述第一聚合物层为聚丙烯层；在所述铝层外侧还设置有第二聚合物层；所述第二聚合物层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯层和尼龙层。
所述正极极耳与含铝膜层通过导电体连接，所述导电体包括外接电压表，所述外接电压表的阻值为1GΩ。所述外接电压表与正极极耳和含铝膜层导电连接的方式为铆接，所述导电体分别通过物理接触点与所述正极极耳与含铝膜层连接。
所述电芯包括正极极片、负极极片和隔离膜；所述电芯由正极极片、负极极片和隔离膜三者通过卷绕或者叠片而成，所述隔离膜设置在电芯最外层。所述电芯的负极材料采用石墨，正极材料为锰酸锂，电解液为碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯按比例混合，隔膜为PP膜，极耳材料均采用铜箔、铝箔材料，厚度分别为4.5μm和15μm。。
实施例5
本实施例提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池与实施例1的区别在于：隔离膜未设置在电芯最外层。
实施例6
本实施例提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池与实施例1的区别在于：未设置外接电压表。
实施例7
本实施例提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池与实施例1的区别在于：外接电压表的阻值为10MΩ。
实施例8
本实施例提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池与实施例2的区别在：未设置外接电阻。
实施例9
本实施例提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池与实施例2的区别在：外接电阻的阻值为5MΩ。
二、对比例
对比例1
本对比例提供一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池包括电芯、正极极耳与负极极耳；
所述软包锂离子电池包括包裹于电芯外侧的含铝膜层，所述含铝膜层包括第一聚合物层和铝层；所述第一聚合物层靠近电芯设置；所述第一聚合物层为聚丙烯层；在所述铝层外侧还设置有第二聚合物层；所述第二聚合物层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯层和尼龙层。
所述电芯包括正极极片、负极极片和隔离膜；所述电芯由正极极片、负极极片和隔离膜三者通过卷绕或者叠片而成，所述隔离膜设置在电芯最外层。所述电芯的负极材料采用硅负极，正极材料为镍钴锰酸锂，电解液为碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯按比例混合物，隔膜为PE膜，极耳材料均采用铜箔、铝箔材料，厚度分别为6μm和13μm。。
三、测试及结果
采用用电压表在0％SOC的状态下测量负极极耳和铝层之间电压的方法测量上述实施例和对比例中含铝膜层的电位，其结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002873624440000101
Figure BDA0002873624440000111
从表1可以看出以下几点：
(1)综合实施例1～9可以看出，本发明提供的软包锂离子电池中含铝膜层的电位均＞0.6V，在此电位下，即使含铝膜层产生裂纹与电解液接触也不易腐蚀从而导致正负极极耳短路，显著提高了软包锂离子电池的安全性；
(2)综合实施例1和对比例1可以看出，实施例1中将正极极耳与含铝膜层相连且在其中设置外接电阻，相较于对比例1未设置外接电阻而言，实施例1 中含铝膜层的电位为0.69V，而对比例1中的电位仅为0.28V，由此表明，本发明通过设置外接电阻并将正极极耳与含铝膜层导通，提高了含铝膜层的电位以及防腐蚀性能。
本发明中实施例1与实施例5相比，实施例1和实施例5中含铝膜层的电位均在0.6V以上，实施例1中由于隔离膜设置在电芯最外层，相较于实施例5 而言，能够进一步防止负极直接接触到含铝膜层，从而更好地防止含铝膜层出现腐蚀现象，提高软包锂离子电池的安全性能。
本发明中实施例1与实施例6～7相比，实施例1中外接电压表的阻值为100M Ω，相较于实施例6中未设置外接电压表，实施例7中电压表的阻值仅为10M Ω而言，实施例1中在正负极极耳短路连接时，能够有效防止电流过大产生的起火和爆炸危险，进一步提高软包锂离子电池的安全性能。本发明实施例2与实施例8～9类似，且实施例6～9中含铝膜层的电位均0.6V，能够有效防止含铝膜层的腐蚀。
综上所述，本发明提供的软包锂离子电池能够提高铝层的电位，将其电位提升至＞0.3V，一般可＞0.6V，有效防止铝塑膜发生电化学腐蚀，同时增加外接电阻或外接电压表，进一步提高电池的安全性能，能够更好地应用在电子产品和电动汽车中。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种软包锂离子电池，其特征在于，所述软包锂离子电池包括包裹于电芯外侧的含铝膜层；
所述软包锂离子电池包括正极极耳，所述正极极耳与含铝膜层通过导电体连接。
2.根据权利要求1所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述导电体包括外接电阻和/或外接电压表。
3.根据权利要求1或2所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述外接电阻的阻值≥10MΩ，优选阻值≥20MΩ。
4.根据权利要求1～3任一项所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述外接电压表的阻值≥100MΩ，优选≥150MΩ。
5.根据权利要求1～4任一项所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述外接电阻或外接电压表与正极极耳和含铝膜层导电连接的方式包括焊接、铆接或导电胶连接。
6.根据权利要求1～5任一项所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述软包锂离子电池包括负极极耳；
优选地，所述正极极耳和负极极耳设置于电芯的两端或同一端。
7.根据权利要求1～6任一项所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述电芯包括正极极片、负极极片和隔离膜；
优选地，所述电芯由正极极片、负极极片和隔离膜三者通过卷绕或者叠片而成。
8.根据权利要求1～7任一项所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述隔离膜设置在电芯最外层。
9.根据权利要求1～8任一项所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述含铝膜层包括第一聚合物层和铝层；
优选地，所述第一聚合物层靠近电芯设置；
优选地，所述第一聚合物层为聚丙烯层；
优选地，在所述铝层外侧还设置有第二聚合物层；
优选地，所述第二聚合物层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯层和/或尼龙层。
10.根据权利要求1～9任一项所述的软包锂离子电池在电子领域或汽车领域中的用途。
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