CN113644392A - 一种防短路的软包锂电池结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防短路的软包锂电池结构，包括电池壳体以及设置在电池壳体内的电芯，电芯包括电芯壳体，叠置在电芯壳体内的正极片、负极片以及隔膜。电芯壳体的底部设有电解液注入机构，电解液注入机构包括安装在电芯壳体底部的多个电解液注入口，设置在电解液注入口内壁上的环形支撑板，安装在电芯壳体内壁上的柔性止逆弹片，设置在电芯壳体外侧的封盖板，封盖板的头部伸入到电解液注入口内并封盖电解液注入口，电芯壳体在封装完成后，如果电芯内电解液量不够的话，人工通过电芯壳体底部的电解液注入口朝电芯壳体注入电解液，该结构的设计保证了电芯内部电解液注入量充分，避免了电芯内电解液不充分导致短路的问题。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池加工领域，尤其是涉及一种防短路的软包锂电池结构及其制作方法。
背景技术
目前，在各种类型锂电池中，软包装锂电池以高能量密度，重量轻，形态自定的优点，广泛的使用于移动数码类产品中。软包装电池的外包装为一种软质复合包装膜，在目前软包装锂电池结构下，弯折锂电池顶部极耳热封焊位，很容易导致软包装锂电池外观不良，并且极易引起电池内部短路，进而导致软包装锂电池膨胀、报废。
而且，现在的软包锂电池结构的电芯内部的电解液一般都是在封装时直接注入，在封装的过程中，电解液容易存在意外损失的问题，因此，需要额外补充注入，目前并不存在额外补充注入电解液的工序，导致部分电芯存在短路的问题。
另外，现在软包锂电池结构上焊接正极耳和负极耳，正极耳和负极耳在存在安装不牢固的问题，正极耳和负极耳如果因为碰撞移位的话，也是造成软包锂电池短路的重要隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种防短路的软包锂电池结构及其制作方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种防短路的软包锂电池结构，包括电池壳体以及设置在电池壳体内的电芯，所述电芯包括电芯壳体，叠置在电芯壳体内的正极片、负极片以及设置在正极片和负极片之间的隔膜；
所述电芯壳体的底部设有电解液注入机构，电解液注入机构包括安装在所述电芯壳体底部的多个电解液注入口，设置在电解液注入口内壁上的环形支撑板，安装在电芯壳体内壁上的柔性止逆弹片，设置在电芯壳体外侧的封盖板，封盖板的尾部通过螺栓与电芯壳体连接，封盖板的头部伸入到电解液注入口内并封盖电解液注入口。
进一步，所述电池壳体上设有与所述正极片连接的正极耳，与所述负极片连接的负极耳。
进一步，所述电池壳体内设有适于固定所述正极耳和负极耳的极耳固定机构。
进一步，所述极耳固定机构包括固定板，设置在固定板上的极耳夹紧块，设置在极耳夹紧块上的夹紧口，所述正极耳和负极耳贯穿夹紧口并被夹紧固定。
进一步，所述夹紧口的内壁上设有多个环形密封圈，环形密封圈纵向排布，环形密封圈与所述正极耳、负极耳的表面紧密接触。
进一步，所述电池壳体的内壁上设有多个环形保护板，环形保护板套设在所述电芯的外侧。
进一步，所述正极片包括铝箔，涂设在铝箔表面的正极活性材料和添加剂，正极活性材料包括第一含锂化合物，所述添加剂含有第二含锂化合物和Li2Sx，其中，2≦x≦7；
其中，所述第一含锂化合物为含锂的过渡金属氧化物；所述第二含锂化合物为LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiBF4、LiN(CF3SO2)2、LiCF3SO3、LiC(CF3SO3)2和LiN(C4F9SO2)(CF3SO3)中的至少一种。
进一步，所述负极片包括集流体，设置于所述集流体上的石墨层，保护层和金属锂层，所述保护层设置于所述石墨层上，所述金属锂层设置于所述保护层上，述保护层包括粘接剂、导电剂和活性物质；
其中，所述活性物质为软碳、硬碳、单质硅、硅氧化合物、硅合金化合物、单质锡、锡氧化物、锡合金化合物、过渡金属氧化物、锂金属氮化物、锂金属氧化物和钛酸锂中的至少一种；
所述粘接剂为聚氟碳化合物、聚丙烯腈、聚丙烯腈共聚物、聚氧化乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚脂、羧甲基纤维素钠-丁苯橡胶，聚丙烯酸和海藻酸钠中的至少一种。
进一步，所述负极片包括集流体，所述柔性止逆弹片和封盖板的材质为橡胶。
一种防短路的软包锂电池结构的制作方法，包括制正负极片工序、裁切正负极片工序、电芯壳体加工工序，电芯组装工序，预充电工序、热成像检测工序和封装芯片工序；
所述制正负极片工序为：利用冷压设备对现有的正负极片进行压制，制成符合厚度要求的正极片和负极片；
所述裁切正负极片工序为：利用裁剪设备对压制后的正负极片进行裁切，制成符合长宽要求的正极片和负极片；
电芯壳体加工工序为：加工得到电芯壳体，并在电芯壳体的底部加工电解液注入口，电解液注入口的内外侧分别安装柔性止逆弹片和封盖板；
电芯组装工序为：将正极片、负极片以及隔膜叠置在电芯壳体内，并通过电解液注入口注入电解液；
所述预充电工序为：将制得的电芯放入到预充电设备中，进行预充电；
所述热成像检测工序为：在预充电设备上设置热像仪，对预充电中的电芯进行温度检测，并做记录；
所述封装芯片工序为：在真空环境下，将所述预充电后的芯片置入真空箱内，往真空箱内充氮气直至与外界气压平衡；最后，将芯片取出置入封口手套箱内进行封装，制得锂电池。
本发明的有益效果为：该电池的电芯壳体的底部设有电解液注入机构，电解液注入机构包括安装在所述电芯壳体底部的多个电解液注入口，设置在电解液注入口内壁上的环形支撑板，安装在电芯壳体内壁上的柔性止逆弹片，设置在电芯壳体外侧的封盖板，封盖板的尾部通过螺栓与电芯壳体连接，封盖板的头部伸入到电解液注入口内并封盖电解液注入口，电芯壳体在封装完成后，如果电芯内电解液量不够的话，人工打开封盖板，人工通过电芯壳体底部的电解液注入口朝电芯壳体注入电解液，电解液注入到电芯壳体后将柔性止逆弹片顶起，注液完成后，柔性止逆弹片复位，通过封盖板盖住电解液注入口即可，该结构的设计保证了电芯内部电解液注入量充分，避免了电芯内电解液不充分导致短路的问题；
而且，电池壳体内设有适于固定所述正极耳和负极耳的极耳固定机构，极耳固定机构包括固定板，设置在固定板上的极耳夹紧块，设置在极耳夹紧块上的夹紧口，所述正极耳和负极耳贯穿夹紧口并被夹紧固定，夹紧口的内壁上设有多个环形密封圈，环形密封圈纵向排布，环形密封圈与所述正极耳、负极耳的表面紧密接触，极耳夹紧块对正极耳和负极耳起到了夹紧固定的作用，保证了正极耳、负极耳的安装强度和较强的复位性，防止正极耳、负极耳因为碰撞受损导致出现短路的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明极耳固定机构的示意图；
图3为图1中的A区放大图；
图4为本发明充、放电的原理示意图。
具体实施方式
如图1，图2，图3所示，一种防短路的软包锂电池结构，包括电池壳体1以及设置在电池壳体1内的电芯，电芯包括电芯壳体2，叠置在电芯壳体2内的正极片3、负极片4以及设置在正极片3和负极片4之间的隔膜5；
电芯壳体2的底部设有电解液注入机构，电解液注入机构包括安装在电芯壳体2底部的多个电解液注入口6，设置在电解液注入口6内壁上的环形支撑板7，安装在电芯壳体2内壁上的柔性止逆弹片8，设置在电芯壳体2外侧的封盖板9，封盖板9的尾部通过螺栓与电芯壳体2连接，封盖板9的头部伸入到电解液注入口6内并封盖电解液注入口6。
进一步，电池壳体1上设有与所述正极片3连接的正极耳10，与负极片4连接的负极耳11，电池壳体1内设有适于固定正极耳10和负极耳11的极耳固定机构。
极耳固定机构包括固定板12，设置在固定板12上的极耳夹紧块13，设置在极耳夹紧块13上的夹紧口14，正极耳10和负极耳11贯穿夹紧口14并被夹紧固定。
另外，夹紧口14的内壁上设有多个环形密封圈15，环形密封圈15纵向排布，环形密封圈15与正极耳10、负极耳11的表面紧密接触。
进一步，电池壳体1的内壁上设有多个环形保护板16，环形保护板16套设在电芯的外侧。
其中，正极片3包括铝箔，涂设在铝箔表面的正极活性材料和添加剂，正极活性材料包括第一含锂化合物，所述添加剂含有第二含锂化合物和Li2Sx，其中，2≦x≦7；
其中，所述第一含锂化合物为含锂的过渡金属氧化物；所述第二含锂化合物为LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiBF4、LiN(CF3SO2)2、LiCF3SO3、LiC(CF3SO3)2和LiN(C4F9SO2)(CF3SO3)中的至少一种。
负极片4包括集流体，设置于所述集流体上的石墨层，保护层和金属锂层，所述保护层设置于所述石墨层上，所述金属锂层设置于所述保护层上，述保护层包括粘接剂、导电剂和活性物质；
其中，所述活性物质为软碳、硬碳、单质硅、硅氧化合物、硅合金化合物、单质锡、锡氧化物、锡合金化合物、过渡金属氧化物、锂金属氮化物、锂金属氧化物和钛酸锂中的至少一种；
粘接剂为聚氟碳化合物、聚丙烯腈、聚丙烯腈共聚物、聚氧化乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚脂、羧甲基纤维素钠-丁苯橡胶，聚丙烯酸和海藻酸钠中的至少一种。
进一步，所述负极片包括集流体，所述柔性止逆弹片和封盖板的材质为橡胶。
如图4所示，充电过程：电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上，正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。
正极上发生的反应为LiMn2O4＝＝Li1-xMn2O4+Xli++Xe(电子)
负极上发生的反应为6C+XLi+Xe＝＝LixC6
放电过程：电池放电，此时负极上的电子e从通过外部电路跑到正极上，正锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。
正极上发生的反应为Li1-xMn2O4+xli++xe(电子)＝＝LiMn2O4
负极上发生的反应为LixC6＝＝6C+xLi+xe。
进一步，该防短路的软包锂电池结构的制作方法，包括制正负极片工序、裁切正负极片工序、电芯壳体加工工序，电芯组装工序，预充电工序、热成像检测工序和封装芯片工序；
所述制正负极片工序为：利用冷压设备对现有的正负极片进行压制，制成符合厚度要求的正极片和负极片；
所述裁切正负极片工序为：利用裁剪设备对压制后的正负极片进行裁切，制成符合长宽要求的正极片和负极片；
电芯壳体加工工序为：加工得到电芯壳体，并在电芯壳体的底部加工电解液注入口，电解液注入口的内外侧分别安装柔性止逆弹片和封盖板；
电芯组装工序为：将正极片、负极片以及隔膜叠置在电芯壳体内，并通过电解液注入口注入电解液；
所述预充电工序为：将制得的电芯放入到预充电设备中，进行预充电；
所述热成像检测工序为：在预充电设备上设置热像仪，对预充电中的电芯进行温度检测，并做记录；
所述封装芯片工序为：在真空环境下，将所述预充电后的芯片置入真空箱内，往真空箱内充氮气直至与外界气压平衡；最后，将芯片取出置入封口手套箱内进行封装，制得锂电池。
该电池的电芯壳体2的底部设有电解液注入机构，电解液注入机构包括安装在电芯壳体2底部的多个电解液注入口6，设置在电解液注入口6内壁上的环形支撑板7，安装在电芯壳体2内壁上的柔性止逆弹片8，设置在电芯壳体2外侧的封盖板9，封盖板9的尾部通过螺栓与电芯壳体2连接，封盖板9的头部伸入到电解液注入口6内并封盖电解液注入口6，电芯壳体2在封装完成后，如果电芯内电解液量不够的话，人工打开封盖板9，人工通过电芯壳体2底部的电解液注入口6朝电芯壳体2注入电解液，电解液注入到电芯壳体2后将柔性止逆弹片8顶起，注液完成后，柔性止逆弹片8复位，通过封盖板9盖住电解液注入口6即可，该结构的设计保证了电芯内部电解液注入量充分，避免了电芯内电解液不充分导致短路的问题；
而且，电池壳体1内设有适于固定正极耳10和负极耳11的极耳固定机构。
极耳固定机构包括固定板12，设置在固定板12上的极耳夹紧块13，设置在极耳夹紧块13上的夹紧口14，正极耳10和负极耳11贯穿夹紧口14并被夹紧固定。另外，夹紧口14的内壁上设有多个环形密封圈15，环形密封圈15纵向排布，环形密封圈15与正极耳10、负极耳11的表面紧密接触，极耳夹紧块13对正极耳10和负极耳11起到了夹紧固定的作用，保证了正极耳10、负极耳11的安装强度和较强的复位性，防止正极耳10、负极耳11因为碰撞受损导致出现短路的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种防短路的软包锂电池结构，包括电池壳体以及设置在电池壳体内的电芯，其特征在于，所述电芯包括电芯壳体，叠置在电芯壳体内的正极片、负极片以及设置在正极片和负极片之间的隔膜；
所述电芯壳体的底部设有电解液注入机构，电解液注入机构包括安装在所述电芯壳体底部的多个电解液注入口，设置在电解液注入口内壁上的环形支撑板，安装在电芯壳体内壁上的柔性止逆弹片，设置在电芯壳体外侧的封盖板，封盖板的尾部通过螺栓与电芯壳体连接，封盖板的头部伸入到电解液注入口内并封盖电解液注入口。
2.根据权利要求1所述的一种防短路的软包锂电池结构，其特征在于，所述电池壳体上设有与所述正极片连接的正极耳，与所述负极片连接的负极耳。
3.根据权利要求2所述的一种防短路的软包锂电池结构，其特征在于，所述电池壳体内设有适于固定所述正极耳和负极耳的极耳固定机构。
4.根据权利要求3所述的一种防短路的软包锂电池结构，其特征在于，所述极耳固定机构包括固定板，设置在固定板上的极耳夹紧块，设置在极耳夹紧块上的夹紧口，所述正极耳和负极耳贯穿夹紧口并被夹紧固定。
5.根据权利要求4所述的一种防短路的软包锂电池结构，其特征在于，所述夹紧口的内壁上设有多个环形密封圈，环形密封圈纵向排布，环形密封圈与所述正极耳、负极耳的表面紧密接触。
6.根据权利要求4所述的一种防短路的软包锂电池结构，其特征在于，所述电池壳体的内壁上设有多个环形保护板，环形保护板套设在所述电芯的外侧。
7.根据权利要求4所述的一种防短路的软包锂电池结构，其特征在于，所述正极片包括铝箔，涂设在铝箔表面的正极活性材料和添加剂，正极活性材料包括第一含锂化合物，所述添加剂含有第二含锂化合物和Li2Sx，其中，2≦x≦7；
其中，所述第一含锂化合物为含锂的过渡金属氧化物；所述第二含锂化合物为LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiBF4、LiN(CF3SO2)2、LiCF3SO3、LiC(CF3SO3)2和LiN(C4F9SO2)(CF3SO3)中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的一种防短路的软包锂电池结构，其特征在于，所述负极片包括集流体，设置于所述集流体上的石墨层，保护层和金属锂层，所述保护层设置于所述石墨层上，所述金属锂层设置于所述保护层上，述保护层包括粘接剂、导电剂和活性物质；
其中，所述活性物质为软碳、硬碳、单质硅、硅氧化合物、硅合金化合物、单质锡、锡氧化物、锡合金化合物、过渡金属氧化物、锂金属氮化物、锂金属氧化物和钛酸锂中的至少一种；
所述粘接剂为聚氟碳化合物、聚丙烯腈、聚丙烯腈共聚物、聚氧化乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚脂、羧甲基纤维素钠-丁苯橡胶，聚丙烯酸和海藻酸钠中的至少一种。
9.根据权利要求4所述的一种防短路的软包锂电池结构，其特征在于，所述负极片包括集流体，所述柔性止逆弹片和封盖板的材质为橡胶，所述固定板和极耳夹紧块的材质为塑料。
10.一种防短路的软包锂电池结构的制作方法，其特征在于，包括制正负极片工序、裁切正负极片工序、电芯壳体加工工序，电芯组装工序，预充电工序、热成像检测工序和封装芯片工序；
所述制正负极片工序为：利用冷压设备对现有的正负极片进行压制，制成符合厚度要求的正极片和负极片；
所述裁切正负极片工序为：利用裁剪设备对压制后的正负极片进行裁切，制成符合长宽要求的正极片和负极片；
电芯壳体加工工序为：加工得到电芯壳体，并在电芯壳体的底部加工电解液注入口，电解液注入口的内外侧分别安装柔性止逆弹片和封盖板；
电芯组装工序为：将正极片、负极片以及隔膜叠置在电芯壳体内，并通过电解液注入口注入电解液；
所述预充电工序为：将制得的电芯放入到预充电设备中，进行预充电；
所述热成像检测工序为：在预充电设备上设置热像仪，对预充电中的电芯进行温度检测，并做记录；
所述封装芯片工序为：在真空环境下，将所述预充电后的芯片置入真空箱内，往真空箱内充氮气直至与外界气压平衡；最后，将芯片取出置入封口手套箱内进行封装，制得锂电池。
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