CN113131088A - 一种锂离子软包电池 - Google Patents

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闻斌
杨道均
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Abstract

本发明涉及一种锂离子动力电池。所述锂离子动力电池包括：铝塑膜、电芯和外层隔膜，在所述电芯的外层和铝塑膜之间使用所述外层隔膜包裹和卷绕，并且所述外层隔膜被高温胶带固定于所述电芯上；所述电芯包括正极极片、内层隔膜和负极极片，所述内层隔膜设置在所述正极极片和负极极片之间。本发明的锂离子软包电池的内层隔膜可以保证电池的电性能及存储性能，外层隔膜可以提高电池的保液量并保证电芯外观平整，从而提高电池的循环性能，同时，外层隔膜包裹极片可以防止极片错位以及提升针刺安全性。

Description

一种锂离子软包电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体地涉及一种锂离子软包电池。
背景技术
目前，随着新能源汽车的发展，锂离子电池由于具有能量密度高、质量轻等优点受到人们的广泛关注。然而在使用过程中随着充放电次数的增加，电解液不断消耗，电池循环性能逐渐下降。而若增加电池的注液量，电芯内极片及工业常用的烯烃隔膜的吸液能力有限，大部分电解液游离于电池内部。这样会导致电池外观不平整，对模组的装配增大难度。
PET(聚对苯二甲酸乙二酸酯)、PI(聚酰亚胺)等材料作为骨架所制备的多孔无纺布隔膜由于其优异的吸液能力而有望解决上述问题。与传统的聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等烯烃隔膜相比，无纺布隔膜由于其具有可设计的三维孔结构和较高的孔隙率，从而具有良好的吸液能力和更大的针刺强度。然而，该类隔膜的大孔结构同样容易导致自放电和短路等问题，从而影响锂离子电池的安全性与稳定性。
鉴于此，本发明结合两种类型隔膜的优势，采用两种隔膜，包括内层烯烃隔膜来保证电池的电化学性能并降低短路率，和外层无纺布隔膜以提高电池的保液量并保证电池外观平整，从而提高电池的循环性能和安全性能。同时包裹在电芯外层可防止极片错位起到绝缘作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子动力电池，本发明的锂离子软包电池的内层隔膜可以保证电池的电性能及存储性能，外层隔膜可以提高电池的保液量并保证电芯外观平整，从而提高电池的循环性能，同时，外层隔膜包裹极片可以防止极片错位以及提升针刺安全性。
通过本发明可以实现的技术目的不限于上文已经特别描述的内容，并且本领域技术人员将从下面的详细描述中更加清楚地理解本文中未描述的其他技术目的。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
根据本公开的一方面，本发明提供一种锂离子动力电池，所述锂离子动力电池包括：
铝塑膜、电芯和外层隔膜，在所述电芯的外层和铝塑膜之间使用所述外层隔膜包裹，并且所述外层隔膜被高温胶带固定于所述电芯上；
所述电芯包括正极极片、内层隔膜和负极极片，所述内层隔膜设置在所述正极极片和负极极片之间。
可选地，在如上所述的电池中，所述内层隔膜的基材是聚乙烯(PE)隔膜和聚丙烯(PP)隔膜中的一种。
可选地，在如上所述的电池中，所述外层隔膜是无纺布隔膜，所述无纺布隔膜的基材是聚酰亚胺、聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、聚酯、纤维素、聚醚醚酮、聚磷腈、聚苯硫醚、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇咪唑啉、聚对苯酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺和聚芳醚砜酮中的一种或多种。
可选地，在如上所述的电池中，所述外层隔膜在所述电芯的外层包裹和卷绕1至10层。
可选地，在如上所述的电池中，所述电芯具有层叠式或者卷绕式结构。
可选地，在如上所述的电池中，所述电芯具有单侧出极耳或两侧出极耳。
可选地，在如上所述的电池中，所述外层隔膜没有涂层。
可选地，在如上所述的电池中，所述外层隔膜设有涂层，其是伯姆石、二氧化硅、三氧化二铝、氢氧化镁、氧化铝、氧化锆、氧化镁、莫来石和堇青石中的一种或多种。
上述技术方案仅为本发明实施例的一些部分，本领域技术人员从以下本发明的详细描述中可以导出和理解包含了本发明的技术特征的各种实施例。
本领域技术人员将会理解，通过本发明可以实现的效果不限于上文已经具体描述的内容，并且从以下详细说明中将更清楚地理解本发明的其他优点。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步理解的附图示出本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明实施例提供的一种锂离子动力电池的示意图。
图2为本发明实施例提供的一种锂离子动力电池的剖面图。
图3为本发明实施例提供的实施例与对比例电池循环寿命的曲线图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出。下面将参考附图给出的详细描述旨在解释本发明的示例性实施例，而不是示出可以根据本发明实现的唯一实施例。以下详细描述包括具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。
在一些情况下，已知的结构和设备被省略或以框图形式示出，集中于结构和设备的重要特征，以免模糊本发明的概念。在整个说明书中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“中心”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1示出了本发明提供的一种锂离子动力电池的示意图。所述锂离子动力电池包括：铝塑膜、电芯和外层隔膜，在所述电芯的外层和铝塑膜之间使用所述外层隔膜包裹和卷绕，并且所述外层隔膜被高温胶带固定于所述电芯上；所述电芯包括正极极片、内层隔膜和负极极片，所述内层隔膜设置在所述正极极片和负极极片之间。所述内层隔膜的基材是聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)隔膜中的一种。所述外层隔膜是无纺布隔膜，所述无纺布隔膜的基材是聚酰亚胺、聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、聚酯、纤维素、聚醚醚酮、聚磷腈、聚苯硫醚、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇咪唑啉、聚对苯酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺和聚芳醚砜酮中的一种或多种，所述外层隔膜没有涂层或所述外层隔膜的涂层是伯姆石、二氧化硅、三氧化二铝、氢氧化镁、氧化铝、氧化锆、氧化镁、莫来石和堇青石中的一种或多种。所述外层隔膜在所述电芯的外层包裹和卷绕1至10层。所述电芯具有层叠式或者卷绕式结构。所述电芯具有单侧出极耳或两侧出极耳。
本发明的实施例如下：
实施例1
通过层叠方式制作电芯
取19张正极片(正极活性材料涂覆于铝箔两面)和20张负极片(负极活性材料涂覆于铜箔两面)，将每张负极片分别插到20张对折的隔膜(所用的隔膜为聚丙烯膜，宽度为166mm，厚度为20um)中，隔膜的长度需比负极片长10mm左右。叠片时，每一张用隔膜包好的负极片上面放一张正极片，正极片的铝箔极耳一侧与负极片的负极铜箔一侧要反向放置，且负极片的料区部分要完全覆盖正极片的料区，得到电芯1。接下来，用超声焊机在电芯的正极铝箔上焊接一个带有胶块的正极耳2，在电芯的负极铜箔上焊接一个带有胶块的负极耳3，焊点均匀分布。将焊接好的电芯用聚酰亚胺无纺布隔膜4(陶瓷涂层，厚度为24um，宽度为162mm)包裹6层，该无纺布隔膜用高温胶带5固定于电芯上。
电池的制作
用铝塑膜将上述包裹无纺布隔膜的电芯封装，抽真空后测量干电池厚度为5.7mm。注入130g电解液，静置24小时后电池表面平整，无游离电解液。将电池用真空泵抽紧，称量此时电池的质量，计算电池饱液量(g/Ah)。最后化成后制得25Ah的软包锂离子电池。
实施例2
通过卷绕方式制作电芯
取一张正极片(正极活性材料涂覆于铝箔两面)，一张负极片(负极活性材料涂覆于铜箔两面)。将负极片包于两层隔膜(所用的隔膜为聚乙烯膜，厚度为16um)之间，与正极片对齐叠于一起，在卷绕机上转绕成方形电芯。电芯焊接与实施例1一致。将焊接好的电芯用PI无纺布隔膜4(陶瓷涂层，厚度为24um，宽度为162mm)包裹3层，该无纺布隔膜用高温胶带5固定于电芯上。
电池的制作
然后，用铝塑膜将上述包裹无纺布隔膜的电芯封装，抽真空后测试干电池厚度为5.7mm。注入130g电解液，静置24小时后电池表面平整，无游离电解液。将电池用真空泵抽紧，称量此时电池的质量，计算电池饱液量(g/Ah)。最后化成后制得25Ah的软包锂离子电池。
对比例1
电池的制作
除未包裹无纺布隔膜外与实施例1的步骤及方法均相同。
对比例2
取19张正极片(正极活性材料涂覆于铝箔两面)和20张负极片(负极活性材料涂覆于铜箔两面)，将每张负极片分别插到20张对折的隔膜(所用的隔膜为聚酰亚胺无纺布隔膜，宽度为166mm，厚度为24um，陶瓷涂层)中，隔膜的长度需比负极片长10mm左右。叠片时，每一张用隔膜包好的负极片上面放一张正极片，正极片的铝箔极耳一侧与负极片的负极铜箔一侧反向放置，且负极片的料区部分要完全覆盖正极片的料区，得到电芯1。接着，用超声焊机在电芯的正极铝箔上焊接一个带有胶块的正极耳2，在电芯的负极铜箔上焊接一个带有胶块的负极耳3，焊点均匀分布。注液及化成步骤与实施例1相同。
表1电池的参数与
性能对比
Figure BDA0002344801260000061
如表1所示，与对比例1(没有无纺布隔膜包裹)相比，实施例1和实施例2的电池的饱液能力明显提高，电解液进入隔膜孔隙，因此电池轻微增厚。与对比例2(仅采用无纺布隔膜)相比，实施例1和实施例2的电池的饱液能力稍差，但电池增厚显著，体积能量密度显著降低。
在4种电池中注入130g电解液，对比例1的电池(未包裹外层无纺布隔膜)观察到了明显的游离电解液，电池表面不平整。而实施例1、实施例2和对比例2的电池依然能保持表面平整，无游离电解液。
图3为在25±2℃环境下以25A(1C)电流在2.5-4.2V电压范围内充放电的放电容量保持率随循环圈数变化曲线。如图3所示，实施例1与实施例2的锂离子电池与对比例1和对比例2的锂离子电池相比循环性能明显提高。
综合电池的吸液能力、体积能量密度、循环性及安全性考虑，本发明所述的锂离子动力电池(实施例1和2)与仅采用工业常用的烯烃隔膜或仅采用无纺布隔膜的电池相比具有显著优势。本发明的锂离子软包电池的内层隔膜可以保证电池的电性能及存储性能，外层隔膜可以提高电池的保液量并保证电芯外观平整，从而提高电池的循环性能，同时，外层隔膜包裹极片可以防止极片错位以及提升针刺安全性。
与现有技术相比，如在电解液中加入添加剂可能会降低电解液的电导率，可能导致电池电化学性能下降。目前在现有技术中通过隔膜改性方式提高保液量的方案较多，大多通过增大隔膜的孔隙率提高保液能力，然而这会不可避免地造成电池自放电率和短路率的增加；或增加隔膜厚度，这会造成电池离子转移阻抗增加。相对而言，在电芯极组外的改性对电芯性能几乎无影响，且易于加工。
传统的烯烃隔膜吸液能力有限。多孔无纺布隔膜具有良好的吸液能力和更大的针刺强度，但是其大孔结构同样容易导致自放电和短路，严重影响锂离子电池的安全性与稳定性。根据本发明的技术方案的创新在于，采用两种隔膜，结合了两种隔膜的优点，扬长避短。其优势在于，内层烯烃隔膜可以保证电池的电化学性能并降低短路率，外层无纺布隔膜可以提高电池的保液量并保证电芯外观平整，从而提高电池的循环性能和安全性能。
与现有的保液材料相比，无纺布隔膜具有更强的吸液能力，且在电池中叠卷在电芯外层还具有防止极片错位起到绝缘的作用。
如上所述，已经给出了本发明的优选实施例的详细描述，以使本领域技术人员能够实施和实践本发明。虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求书中描述的本发明的精神或范围的情况下，可以在本发明中进行各种修改和改变。因此，本发明不应限于在此描述的特定实施例，而应被赋予与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (8)

1.一种锂离子动力电池，其特征在于，所述锂离子动力电池包括：
铝塑膜、电芯和外层隔膜，在所述电芯的外层和铝塑膜之间使用所述外层隔膜包裹，并且所述外层隔膜被高温胶带固定于所述电芯上；
所述电芯包括正极极片、内层隔膜和负极极片，所述内层隔膜设置在所述正极极片和负极极片之间。
2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述内层隔膜的基材是聚乙烯隔膜和聚丙烯隔膜中的一种。
3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述外层隔膜是无纺布隔膜，所述无纺布隔膜的基材是聚酰亚胺、聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、聚酯、纤维素、聚醚醚酮、聚磷腈、聚苯硫醚、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇咪唑啉、聚对苯酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺和聚芳醚砜酮中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述外层隔膜在所述电芯的外层包裹和卷绕1至10层。
5.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述电芯具有层叠式或者卷绕式结构。
6.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述电芯具有单侧出极耳或两侧出极耳。
7.根据权利要求3所述的锂离子动力电池，其特征在于，
所述外层隔膜没有涂层。
8.根据权利要求3所述的锂离子动力电池，其特征在于，
所述外层隔膜设有涂层，所述涂层是伯姆石、二氧化硅、三氧化二铝、氢氧化镁、氧化铝、氧化锆、氧化镁、莫来石和堇青石中的一种或多种。
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