CN113224373A - 一种内部温度可测量的锂离子电池及其制造方法 - Google Patents

一种内部温度可测量的锂离子电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内部温度可测量的锂离子电池及其制造方法，所述锂离子电池包括电池本体，所述电池本体包括电芯以及电芯外壳，所述电芯包括正极极片、负极极片、隔膜和填充在电芯内部的电解液，所述正极极片包括正极集流体、正极涂覆层和正极极耳；所述负极极片包括负极集流体、负极涂覆层和负极极耳；所述正极涂覆层或者负极涂覆层表面开设有若干个用于容纳温度传感器的凹槽，所述温度传感器装设在凹槽内部，所述温度传感器用于采集电芯内部温度，本发明提供一种内部温度可测量的锂离子电池及其制造方法，不仅保持了极片表面的平整度，消除了内部安全隐患，还与现有的软包电池制造工艺兼容，可以实现批量化生产。

Description

一种内部温度可测量的锂离子电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种内部温度可测量的锂离子电池及其制造方法。
背景技术
锂离子电池在使用过程中，由于电芯内部与外部有封装层隔绝，导致内部环境相对封闭，因此，电芯内部散热能力往往更差，锂离子电池在使用过程中内外部存在明显的温差，在热滥用时，内外温差甚至高达600℃，仅通过测试电芯表面温度无法反映电池内部发热情况。基于此，人们开发了一些检测电池内部温度的方法；例如：直接将温度传感器插入电芯内部、植入感温试纸或者建立温度模型，用以研究不同电池体系在使用过程中的热行为。
虽然上述方法可以较为精准的监控电芯内部温度，但其植入温度传感器的方法都比较随意，会引起一系列的问题，存在以下缺点：直接将温度传感器放置在极片和隔膜之间，将会破坏极片平整度，导致局部析锂，影响电芯实际性能的发挥；温度传感器会对隔膜局部区域造成较大的挤压，容易导致隔膜破损，引发电芯内部短路；所述温度传感器从电芯的非极耳侧穿出，将会导致与常规软包电池的制造工艺不兼容，实际操作困难，且侧边无法进行切边，影响电芯的装配性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种内部温度可测量的锂离子电池及其制造方法，不仅保持了极片表面的平整度，消除了内部安全隐患，还与现有的软包电池制造工艺兼容，可以实现批量化生产。
为实现上述目的，本发明提供了一种内部温度可测量的锂离子电池，包括电池本体，所述电池本体包括电芯以及电芯外壳，所述电芯包括正极极片、负极极片、隔膜和填充在电芯内部的电解液，所述正极极片包括正极集流体、正极涂覆层和正极极耳；所述负极极片包括负极集流体、负极涂覆层和负极极耳；所述正极涂覆层或者负极涂覆层表面开设有若干个用于容纳温度传感器的凹槽，所述温度传感器装设在凹槽内部，所述温度传感器用于采集电芯内部温度。
作为优选的，所述温度传感器包括温度探头和与温度探头连接的引出线，所述凹槽包括用于放置温度探头的第一凹槽和用于放置引出线的第二凹槽。
作为优选的，所述第一凹槽的深度在0.05mm～0.4mm之间，长度和宽度都在0.5mm～2.5mm之间；所述引出线的直径在0.05mm～0.3mm之间，所述第二凹槽的深度在0.05～0.4mm之间，宽度在0.05～2mm之间。
作为优选的，所述正极涂覆层由正极活性物质材料构件在正极集流体一侧或两侧涂覆而成；所述正极涂覆层的厚度在0.05mm～0.4mm之间，所述负极涂覆层由负极活性物质材料构件在负极集流体一侧或两侧涂覆而成；所述负极涂覆层的厚度在0.05mm～0.4mm之间。
作为优选的，所述温度传感器为热敏电阻或热电偶。
作为优选的，所述电芯外壳为铝塑膜软包装。
作为优选的，所述引出线装设在正极极耳和负极极耳之间，所述引出线还设有用于将引出线进行密封的极耳胶；所述极耳胶为聚丙烯材料构件。
本发明还提供一种用于制造上述所述的一种内部温度可测量的锂离子电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤S1：制备单面或者双面涂覆有正极涂覆层的正极极片；
制备单面或者双面涂覆有负极涂覆层的负极极片；
步骤S2：在正极极片或者负极极片上确定温度采集部位；在正极极片的正极涂覆层或者负极极片的负极涂覆层上制作出凹槽；
步骤S3：将温度传感器放置到凹槽内部；
步骤S4：对正极涂覆层或者负极涂覆层进行二次涂覆；
步骤S5：对温度传感器上的极耳胶以及电芯外壳的铝塑膜内部的聚丙烯层熔化并粘结在一起，实现电池密封。
作为优选的，所述步骤S1中所述正极涂覆层的厚度在0.05mm～0.4mm之间，所述负极涂覆层的厚度在0.05mm～0.4mm之间；
所述步骤S2中所述凹槽是通过高能脉冲激光清除正极涂覆层或者负极涂覆层而形成；所述凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的深度在0.05mm～0.4mm之间，长度和宽度在0.5mm～2.5mm之间；所述第二凹槽的深度在0.05～0.4mm之间，宽度在0.05～2mm之间。
作为优选的，所述步骤S5中热封是通过对异形封头进行加热并通过异形封头对极耳胶和铝塑膜之间加压完成；所述异形封头在正极极耳和负极极耳的封装槽之间开设有第三凹槽，所述异型封头加热温度在170℃～200℃之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明在正极涂覆层或者负极涂覆层表面开设有若干个用于容纳温度传感器的凹槽，并将温度传感器装设在凹槽内部，做到了在植入温度传感器后，极片表面的平整度保持良好，对锂电池性能发挥具有积极作用，同时，将温度传感器装设在凹槽中可以消除其对隔膜挤压可能导致的内部短路隐患。
2、本发明所述引出线装设在正极极耳和负极极耳之间，一方面可以与现有的软包电池制造工艺兼容，可以实现批量化生产；另一方面可以通过加热使得装设在引出线上的极耳胶以及铝塑膜内部的聚丙烯层熔化，从而实现电池的密封。
3、本发明所述凹槽是通过高能脉冲激光清除正极涂覆层或者负极涂覆层而形成，并且在放置完温度传感器后，还在正极涂覆层或者负极涂覆层表面进行二次涂覆，这样可以进一步保证极片表面的平整度。
4、本发明所述密封是通过异形封头加热并进行加压完成的，所述异形封头在正极极耳和负极极耳的封装槽之间开设有第三凹槽，所述第三凹槽对应引出线上的极耳胶，所述第三凹槽可以将极耳胶熔化，并对温度传感器进行密封。
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获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种内部温度可测量的锂离子电池的正视图；
图2是本发明提供的一种内部温度可测量的锂离子电池的分解图。在图中包括有：
13-电池本体、1-正极极片、2-负极极片、3-正极集流体、12-正极涂覆层、10-正极极耳、4-负极集流体、11-负极涂覆层、9-负极极耳、14-温度传感器、6-凹槽、5-温度探头、7-引出线、61-第一凹槽、62-第二凹槽、8-极耳胶。
具体实施方式
下面将结合本发明本实施方式中的附图，对本发明本实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的本实施方式是本发明的一种实施方式，而不是全部的本实施方式。基于本发明中的本实施方式，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本实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参考图1和图2，本发明实施例一提供了一种内部温度可测量的锂离子电池，包括电池本体13，所述电池本体13包括电芯以及电芯外壳，所述电芯包括正极极片1、负极极片2、隔膜和填充在电芯内部的电解液，所述正极极片1包括正极集流体3、正极涂覆层12和正极极耳；所述负极极片2包括负极集流体4、负极涂覆层11和负极极耳；所述正极涂覆层12或者负极涂覆层11表面开设有若干个用于容纳温度传感器14的凹槽6，所述温度传感器14装设在凹槽6内部，所述温度传感器14用于采集电芯内部温度；将温度传感器14装设在凹槽6内部，可以使得在植入温度传感器14后，所述正极极片1、负极极片2和隔膜表面的平整度保持良好，对锂电池性能发挥具有积极作用，同时，将温度传感器14装设在凹槽6中可以消除其对隔膜挤压可能导致的内部短路隐患。
具体的，所述温度传感器14处于隔膜和正极集流体3之间或者隔膜和负极集流体4之间，由于所述温度传感器14的数量可以是多个，所以温度传感器14可以在正极涂覆层12和负极涂覆层11内部分别放置，进一步的，若干个温度传感器14可以同时处于同一隔膜与正极集流体3之间或者同一隔膜与负极集流体4之间的不同位置。
更进一步的，所述凹槽6的形成包括两大类方法，其中一种为：预制型；具体为在正极集流体3或者负极集流体4上放置好凹槽6的模板，然后在正极集流体3一侧或两侧涂覆正极活性物质材料构件，其中凹槽6内部不进行涂覆，或者在在负极集流体4一侧或两侧涂覆负极活性物质材料构件，其中凹槽6内部不进行涂覆，最后，将凹槽6的模板取出，就在正极涂覆层12和负极涂覆层11内部形成了凹槽6；另一种为：清除型；具体为通过清除的方法，清除正极集流体3上的正极涂覆层12或者负极集流体4上的负极涂覆层11而形成凹槽6，在本实施例中是采用高能脉冲激光清除的方法。
如图2所示，所述温度传感器14包括温度探头5和与温度探头5连接的引出线7，所述凹槽6包括用于放置温度探头5的第一凹槽61和用于放置引出线7的第二凹槽62，在本实施例中，所述第一凹槽61和第二凹槽62的形状都为长方体，在其他本实施例中，所述第一凹槽61和第二凹槽62的形状还可以为与温度传感器14相适应的其他形状，在本专利中并不进行限定。
进一步的，所述第一凹槽61的深度在0.05mm～0.4mm之间，长度和宽度都在0.5mm～2.5mm之间；所述引出线7的直径在0.05mm～0.3mm之间，所述第二凹槽62的深度在0.05～0.4mm之间，宽度在0.05～2mm之间。
如图2所示，所述正极涂覆层12由正极活性物质材料构件在正极集流体3一侧或两侧涂覆而成；所述正极涂覆层12的厚度在0.05mm～0.4mm之间，所述负极涂覆层11由负极活性物质材料构件在负极集流体4一侧或两侧涂覆而成；所述负极涂覆层11的厚度在0.05mm～0.4mm之间，进一步的，所述正极涂覆层12的厚度和负极涂覆层11的厚度都应该要大于第一凹槽61的深度和第二凹槽62的深度，这样才能保证第一凹槽61和第二凹槽62不会破坏正极集流体3或者负极集流体4，从而保证正极极片1或者负极极片2的完整性。
在本实施例中，所述温度传感器14为热电偶；在其他实施例中，所述温度传感器14还可以为热敏电阻或者其他可以进行测量温度的传感器。
在本实施例中，所述电芯外壳为铝塑膜软包装。
如图1所示，所述引出线7装设在正极极耳10和负极极耳9之间，所述引出线7还设有用于将引出线7进行密封的极耳胶8；采用上述结构，一方面可以与现有的软包电池制造工艺兼容，可以实现批量化生产；另一方面可以通过加热使得装设在引出线7上的极耳胶8以及铝塑膜内部的聚丙烯层熔化，从而实现电池的密封。
在本实施例中，为了防止电解液渗出，所述极耳胶8为聚丙烯材料构件。
实施例二
本发明实施例二提供了一种用于制造实施例一所述的一种内部温度可测量的锂离子电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤S1：制备单面或者双面涂覆有正极涂覆层12的正极极片1；制备单面或者双面涂覆有负极涂覆层11的负极极片2。
具体的，所述步骤S1中所述正极涂覆层12的厚度在0.05mm～0.4mm之间，所述负极涂覆层11的厚度在0.05mm～0.4mm之间；所述正极涂覆层12由正极活性物质材料构件在正极集流体3一侧或两侧涂覆而成；所述负极涂覆层11由负极活性物质材料构件在负极集流体4一侧或两侧涂覆而成。
步骤S2：在正极极片1或者负极极片2上确定温度采集部位；所述温度采集部位可以不止一个，可以是多个；还可以在正极涂覆层12或者负极涂覆层11上进行划线，画出凹槽6的所在位置；在正极极片1的正极涂覆层12或者负极极片2的负极涂覆层11上制作出凹槽6；所述凹槽6的形成方法与实施例一相同。
具体的，所述步骤S2中所述凹槽6是通过高能脉冲激光清除正极涂覆层12或者负极涂覆层11而形成；所述凹槽6包括第一凹槽61和第二凹槽62，所述第一凹槽61的深度在0.05mm～0.4mm之间，长度和宽度在0.5mm～2.5mm之间；所述第二凹槽62的深度在0.05～0.4mm之间，宽度在0.05～2mm之间。
步骤S3：将温度传感器14放置到凹槽6内部。
步骤S4：对正极涂覆层12或者负极涂覆层11进行二次涂覆；这样可以进一步保证极片表面的平整度。
步骤S5：对温度传感器14上的极耳胶8以及电芯外壳的铝塑膜内部的聚丙烯层熔化并粘结在一起，实现电池密封。
具体的，所述步骤S5中热封是通过对异形封头进行加热并通过异形封头对极耳胶8和铝塑膜之间加压完成；所述异形封头在正极极耳10和负极极耳9的封装槽之间开设有第三凹槽，所述第三凹槽对应引出线7上的极耳胶8，所述第三凹槽可以将极耳胶8熔化，起到对温度传感器14进行密封的作用；所述异型封头加热温度在170℃～200℃之间。
实施例三
请参考图1和图2，本实施例三提供了一种内部温度可测量的锂离子电池，包括正极极片1、负极极片2、隔膜、电解液、负极极耳9、正极极耳10、铝塑膜以及温度传感器14，所述温度传感器14包括温度探头5、与温度探头5连接的引出线7以及装设在引出线7上的极耳胶8。
所述负极涂覆层11的涂覆物为人造石墨，单面厚度为0.075mm，所述正极涂覆层12的涂覆物为锰酸锂，单面厚度为0.12mm。
所述凹槽6采用高能脉冲激光清除正极涂覆层12得到的，所述第一凹槽61的深度为0.11mm，宽度为0.8mm，所述第二凹槽62的长度为30mm。
所述引出线7的单根直径为0.06mm；一般引出线7的数量为两根；也存在数量为三根的引出线。
所述极耳胶8厚度为0.2mm，宽度为5mm，长度为9mm，所述极耳胶8为聚丙烯材料构件。
将温度传感器14包埋在所述凹槽6中，用同一锰酸锂浆料填充凹槽6，放入120℃烤箱中烘烤2h将温度传感器14进行固定。
所述异形封头在正极极耳10和负极极耳9的封装槽之间开设有第三凹槽，所述第三凹槽为圆弧凹槽；所述圆弧凹槽深度为为0.12mm，所述圆弧凹槽位于正极极耳10和负极极耳9的封装槽中心；将所述异形封头加热至195℃，通过夹具将电芯定位在上封头和下封头之间，等待5秒后，所述极耳胶8以及聚丙烯层熔化并粘结在一起，实现电池密封。
实施例四
请参考图1和图2，本实施例四提供了一种内部温度可测量的锂离子电池，包括正极极片1、负极极片2、隔膜、电解液、负极极耳9、正极极耳10、铝塑膜以及温度传感器14，所述温度传感器14包括温度探头5、与温度探头5连接的引出线7以及装设在引出线7上的极耳胶8。
所述负极涂覆层11的涂覆物为钛酸锂，单面厚度为0.14mm，所述正极涂覆层12的涂覆物为镍钴锰酸锂，单面厚度为0.06mm。
所述凹槽6采用高能脉冲激光清除负极涂覆层11得到的，所述第一凹槽61的深度为0.12mm，宽度为1.0mm，所述第二凹槽62的长度为40mm。
所述引出线7的单根直径为0.06mm；一般引出线7的数量为两根；也存在数量为三根的引出线。
所述极耳胶8厚度为0.2mm，宽度为5mm，长度为9mm，所述极耳胶8为聚丙烯材料构件。
将温度传感器14包埋在所述凹槽6中，用同一钛酸锂浆料填充凹槽6，放入105℃烤箱中烘烤2h将温度传感器14进行固定。
所述异形封头在正极极耳10和负极极耳9的封装槽之间开设有第三凹槽，所述第三凹槽为圆弧凹槽；所述圆弧凹槽深度为为0.12mm，所述圆弧凹槽位于正极极耳10和负极极耳9的封装槽中心；将所述异形封头加热至195℃，通过夹具将电芯定位在上封头和下封头之间，等待5秒后，所述极耳胶8以及聚丙烯层熔化并粘结在一起，实现电池密封。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内部温度可测量的锂离子电池，其特征在于，包括电池本体(13)，所述电池本体(13)包括电芯以及电芯外壳，所述电芯包括正极极片(1)、负极极片(2)、隔膜和填充在电芯内部的电解液，所述正极极片(1)包括正极集流体(3)、正极涂覆层(12)和正极极耳；所述负极极片(2)包括负极集流体(4)、负极涂覆层(11)和负极极耳；所述正极涂覆层(12)或者负极涂覆层(11)表面开设有若干个用于容纳温度传感器(14)的凹槽(6)，所述温度传感器(14)装设在凹槽(6)内部，所述温度传感器(14)用于采集电芯内部温度。
2.根据权利要求1所述的一种内部温度可测量的锂离子电池，其特征在于，所述温度传感器(14)包括温度探头(5)和与温度探头(5)连接的引出线(7)，所述凹槽(6)包括用于放置温度探头(5)的第一凹槽(61)和用于放置引出线(7)的第二凹槽(62)。
3.根据权利要求2所述的一种内部温度可测量的锂离子电池，其特征在于，所述第一凹槽(61)的深度在0.05mm～0.4mm之间，长度和宽度都在0.5mm～2.5mm之间；所述引出线(7)的直径在0.05mm～0.3mm之间，所述第二凹槽(62)的深度在0.05～0.4mm之间，宽度在0.05～2mm之间。
4.根据权利要求1所述的一种内部温度可测量的锂离子电池，其特征在于，所述正极涂覆层(12)由正极活性物质材料构件在正极集流体(3)一侧或两侧涂覆而成；所述正极涂覆层(12)的厚度在0.05mm～0.4mm之间，所述负极涂覆层(11)由负极活性物质材料构件在负极集流体(4)一侧或两侧涂覆而成；所述负极涂覆层(11)的厚度在0.05mm～0.4mm之间。
5.根据权利要求1所述的一种内部温度可测量的锂离子电池，其特征在于，所述温度传感器(14)为热敏电阻或热电偶。
6.根据权利要求1所述的一种内部温度可测量的锂离子电池，其特征在于，所述电芯外壳为铝塑膜软包装。
7.根据权利要求2所述的一种内部温度可测量的锂离子电池，其特征在于，所述引出线(7)装设在正极极耳(10)和负极极耳(9)之间，所述引出线(7)还设有用于将引出线(7)进行密封的极耳胶(8)；所述极耳胶(8)为聚丙烯材料构件。
8.一种用于制造权利要求1至7任意一项所述的一种内部温度可测量的锂离子电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：制备单面或者双面涂覆有正极涂覆层(12)的正极极片(1)；制备单面或者双面涂覆有负极涂覆层(11)的负极极片(2)；
步骤S2：在正极极片(1)或者负极极片(2)上确定温度采集部位；在正极极片(1)的正极涂覆层(12)或者负极极片(2)的负极涂覆层(11)上制作出凹槽(6)；
步骤S3：将温度传感器(14)放置到凹槽(6)内部；
步骤S4：对正极涂覆层(12)或者负极涂覆层(11)进行二次涂覆；
步骤S5：对温度传感器(14)上的极耳胶(8)以及电芯外壳的铝塑膜内部的聚丙烯层熔化并粘结在一起，实现电池密封。
9.根据权利要求8所述的一种内部温度可测量的锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中所述正极涂覆层(12)的厚度在0.05mm～0.4mm之间，所述负极涂覆层(11)的厚度在0.05mm～0.4mm之间；
所述步骤S2中所述凹槽(6)是通过高能脉冲激光清除正极涂覆层(12)或者负极涂覆层(11)而形成；所述凹槽(6)包括第一凹槽(61)和第二凹槽(62)，所述第一凹槽(61)的深度在0.05mm～0.4mm之间，长度和宽度在0.5mm～2.5mm之间；所述第二凹槽(62)的深度在0.05～0.4mm之间，宽度在0.05～2mm之间。
10.根据权利要求8所述的一种内部温度可测量的锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述步骤S5中热封是通过对异形封头进行加热并通过异形封头对极耳胶(8)和铝塑膜之间加压完成；所述异形封头在正极极耳(10)和负极极耳(9)的封装槽之间开设有第三凹槽，所述异型封头加热温度在170℃～200℃之间。
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WO2023147701A1 (zh) * 2022-02-07 2023-08-10 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及用电装置

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