CN114583107A - 一种电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池，其特征在于，包括：电芯、电解液和铝塑膜，其中，铝塑膜设有封层，封层用于密封电解液和电芯；封层的第一边密封电芯的第一侧，封层第二边密封电芯的第二侧，第一侧为沿电池长度方向上的任意一侧，第二侧为沿电池宽度方向上的任意一侧；电芯由正极片、隔膜和负极片组成，负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极涂层，负极涂层包括硬碳，负极涂层的比表面积与第一边、第二边之间的关系为：
Figure DDA0003556534320000011
其中，A1为负极涂层的材料的比表面积，B为第一边的宽度值，C为第二边的宽度值，x1和x2为常数，且x1小于x2。本发明实施例通过限制负极涂层的比表面积，减少了负极片的含水量，从而抑制电池产生气体，提高了电池的使用寿命。

Description

一种电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池。
背景技术
锂电池具有高能量密度和高放大倍率，被广泛应用于移动通讯设备或电子设备领域。相关技术中，锂电池的电芯由正极片、负极片和隔膜组成，其中负极片通常为水系负极片，负极片表面的负极活性物质会存储水分，而较高的水分含量将与电池内的电解液发生副反应，产生气体，导致电池的封装容易被破坏，造成电池的寿命较低。
可见，相关技术中存在着电池的寿命较低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种电池，以解决相关技术中存在着电池的寿命较低的问题。
为达到上述目的，本发明实施例提供一种电池，包括：电芯、电解液和铝塑膜，其中，
所述铝塑膜设有封层，所述封层用于密封所述电解液和所述电芯；
所述封层的第一边密封所述电芯的第一侧，所述封层第二边密封所述电芯的第二侧，所述第一侧为沿所述电池长度方向上的任意一侧，所述第二侧为沿所述电池宽度方向上的任意一侧；
所述电芯由正极片、隔膜和负极片组成，所述负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体表面的负极涂层，所述负极涂层包括硬碳，所述负极涂层的比表面积与所述第一边、所述第二边之间的关系为：
Figure BDA0003556534300000011
其中，所述A1为所述负极涂层的材料的比表面积，所述B为所述第一边的宽度值，所述C为所述第二边的宽度值，所述x1和所述x2为常数，且所述x1小于所述x2。
作为一种可选的实施方式，所述A1的取值范围为3.8-5.3m2/g。
作为一种可选的实施方式，所述x1的取值为不小于0.4，所述x2的取值为不大于6.625。
作为一种可选的实施方式，所述负极涂层内设有多个核壳件，所述核壳件包括核心和包覆在所述核心表面的外壳；
所述核心至少包括天然石墨材料或人造石墨材料中的一种，所述外壳为无定型炭材料。
作为一种可选的实施方式，所述无定型炭材料和所述铝塑膜的所述第一边、所述第二边之间的关系为：
Figure BDA0003556534300000021
其中，所述A2为所述无定型炭材料在拉曼光谱中的1300cm-1-1360cm-1位置的特征峰强度与1530cm-1-1580cm-1位置的特征峰强度的比值，所述x3和所述x4为常数，且所述x3小于所述x4。
作为一种可选的实施方式，所述A2的取值范围为1-1.5。
作为一种可选的实施方式，所述x3的取值为不小于0.1，所述x4的取值为不大于1.875。
作为一种可选的实施方式，所述第一边的宽度值B不小于设定值Y，所述Y满足：
Figure BDA0003556534300000022
其中，H为所述第一边或所述第二边的厚度，所述x5、所述x6、所述x7和所述x8均为常数。
作为一种可选的实施方式，所述B的取值范围为0.8-10mm，所述C的取值范围为4-10mm。
作为一种可选的实施方式，所述x5的范围为0.001-0.01，所述x6的范围为0.001-0.01，所述x7的范围为0.001-0.01，所述x8的范围为0.001-0.01。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明实施例通过限制负极涂层的比表面积，减少了负极片的含水量，从而抑制电池产生气体，提高了电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电池的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的厚度变化曲线示意图；
图3是本发明实施例提供的一种负极片的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的含水量与硬碳的比表面积的关系示意图；
图5是本发明实施例提供的第一边宽度和第二边宽度的关系示意图；
图6是本发明实施例提供的第一边宽度和第二边宽度的范围示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1是本发明实施例提供的一种电池的结构示意图，如图1所示，电池包括：电芯10、电解液20和铝塑膜30，其中，
铝塑膜30设有封层，封层用于密封电解液20和电芯10；
封层的第一边301密封电芯10的第一侧，封层第二边302密封电芯10的第二侧，第一侧为沿电池长度方向上的任意一侧，第二侧为沿电池宽度方向上的任意一侧；
电芯10由正极片、隔膜和负极片组成，负极片包括负极集流体101和涂覆在负极集流体101表面的负极涂层102，负极涂层102包括硬碳，负极涂层102的比比奥米茄与第一边301、第二边302之间的关系为：
Figure BDA0003556534300000041
其中，A1为负极涂层102的材料的比表面积，B为第一边301的宽度值，C为第二边302的宽度值，x1和x2为常数，且x1小于x2。
该实施方式中，硬碳是一种典型的无定型炭材料，通常水系负极片也使用硬碳为主材制作电池。但硬碳具有较强的吸水性，使负极片的水分含量随着硬碳含量发生变化。而在电池循环过程中，水会与电解液20中的六氟磷酸锂发生副反应生成氢氟酸，氢氟酸将造成电池封边的腐蚀，使电池封装加速老化，造成电池寿命无法达到设计需求。故在本发明实施例中，需要对硬碳的参数进行限定，从而延长电池的使用寿命以满足设计要求。
其中，公式中min(B,C)代表第一边301的宽度和第二边302的宽度中最小值，第一边301用于封装电芯10的第一侧，而电芯10的第一侧通常设有极耳，极耳表面设有极耳胶，能够增强第一边301的封装强度，故通常第一边301的宽度会小于第二边302的宽度。另外，A1为负极涂层102的材料的比表面积，负极片的含水量将随着比表面积的增加而增加，故需要对负极涂层102的材料的比表面积的上限进行限定；负极片的比表面积减小会导致用于电循环的碳元素减少，过小的比表面积会导致电池的循环性能难以满足需求，故需要对负极涂层102的材料的比表面积的下限进行限定。
另外，由于不同宽度的第一边301或第二边302能够承受的氢氟酸含量不一样，需要对不同宽度条件下的硬碳比表面积进行限定。通过本发明实施例的实验测试获得在硬碳的比表面积、第一边301和第二边302满足上述公式的情况下，电池能够到达设计预期使用寿命。
作为一种可选的实施方式，A1的取值范围为3.8-5.3m2/g。
该实施方式中，在硬碳的比表面积较大的情况下，硬碳的吸水性能较强，对硬碳的比表面积进行限制能够有效的减少电池副反应产生氢氟酸的含量，从而延长电池的使用寿命。在本发明实施例中，通过实验测试硬碳在不同比表面积下负极片的含水量如图2所示，其中，比表面积的单位为m2/g，含水量的单位为ppm。从图2可知，在硬碳的比表面积A1小于3.8-5.3m2/g的情况下负极片的含水量能够满足电池的设计需求。
作为一种可选的实施方式，x1的取值为不小于0.4，x2的取值为不大于6.625。
该实施方式中，通过实验测试获得A1与B、C之间的关系需要满足x1的取值为不小于0.4，x2的取值为不大于6.625，即A1与B、C之间满足公式：
Figure BDA0003556534300000051
在满足上述公式的情况下，电池实现在设定预期寿命内的正常使用。
作为一种可选的实施方式，负极涂层102内设有多个核壳件，核壳件包括核心1022和包覆在核心表面1022的外壳1021；
核心1022至少包括天然石墨材料或人造石墨材料中的一种，外壳1021为无定型炭材料。
该实施方式中，通过在石墨材料表面包覆无定型炭材料，使电解液20不直接和石墨材料接触，而是与无定型炭材料接触，而无定型炭材料能提高锂离子在石墨材料中的迁移速率，从而有效的改善电池的循环性能。
其中，如图3所示，核心1022的材料可以为天然石墨材料或人造石墨材料中的一种，也可以为按照一定比例混合的天然石墨材料和人造石墨材料的混合物。其中，天然石墨材料具有容量大、能量密度高的特点，但其循环寿命较差；人造石墨材料具有更优良的循环寿命，但其容量和能量密度要差于天然石墨材料，因此，可以按照一定比例混合天然石墨材料和人造石墨材料使混合物同时达到容量、能量密度和循环寿命满足电池设计要求。
作为一种可选的实施方式，无定型炭材料和铝塑膜30的第一边301、第二边302之间的关系为：
Figure BDA0003556534300000052
其中，A2为无定型炭材料在拉曼光谱中的1300cm-1-1360cm-1位置的特征峰强度与1530cm-1-1580cm-1位置的特征峰强度的比值，x3和x4为常数，且x3小于x4。
该实施方式中，无定型炭材料包覆石墨材料，而无定型炭容易造成电解液20分解产生气体，在无定型炭材料的包覆量过大时产生气体的量过多，将导致电池的内部压力增大，对封装电池的铝塑膜30造成较大的拉伸应力，使电池封装出现破坏的可能性，造成电池的寿命无法达到设计的预期寿命。故在本发明实施例中，通过对无定型炭材料的包覆量进行限定来实现延长电池的使用寿命。
其中，如图4所示，随着A2的增加，负极片的厚度膨胀率也增加，导致电池膨胀后的体积增加，容易造成第一边301或第二边302的损坏，使电池的使用寿命较低；而A2减小导致将导致电池的电循环性能减小，故需要对A2的上下限进行限定。
其中，由于不同宽度的第一边301或第二边302能够承受的电池膨胀的程度不一致，需要对不同宽度条件下的负极材料的Id/Ig进行限定。通过本发明实施例的实验测试获得在无定型炭材料、第一边301和第二边302满足上述公式的情况下，电池能够到达设计预期使用寿命。
作为一种可选的实施方式，A2的取值范围为1-1.5。
该实施方式中，将无定型炭材料包覆石墨材料后的混合物进行拉曼光谱表征，获得在拉曼光谱中的1300cm-1-1360cm-1位置的特征峰Id与1530cm-1-1580cm-1位置的特征峰Ig，其中，特征峰Id表示材料的缺陷程度，特征峰Ig表示材料的石墨化程度，通过二者比值Id/Ig能够有效的表示出无定型炭材料包覆石墨材料的包覆量。通过本发明实施例实验测试，获得不同Id/Ig的材料在60℃、100％荷电状态下存储30天后的厚度膨胀率，单位为％，如图3所示，在Id/Ig≤1.5的情况下电池的厚度膨胀度能够满足电池设计需求。
另外，由于进行在电池的循环过程中由石墨材料承担电循环，无定型炭材料起到改善作用，不能作为活性物质，故无定型炭材料的含量不能过大。综合电池的各项需求，对于混合后的材料，需要满足关系为1<Id/Ig≤1.5，使电池在保持循环性能的同时有效控制产生气体后电池膨胀的体积。
作为一种可选的实施方式，x3的取值为不小于0.1，x4的取值为不大于1.875。
该实施方式中，通过实验测试获得A2与B、C之间的关系需要满足x3的取值为不小于0.1，x4的取值为不大于1.875，即A1与B、C之间满足公式：
Figure BDA0003556534300000071
在满足上述公式的情况下，电池实现在设定预期寿命内的正常使用。
作为一种可选的实施方式，第一边301的宽度值B不小于设定值Y，Y满足：
Figure BDA0003556534300000072
其中，H为第一边301或第二边302的厚度，x5、x6、x7和x8均为常数。
该实施方式中，由于电池膨胀将导致电池的第一封层和第二封层之间产生拉伸应力，在第一边301或第二边302的宽度过小的情况下会导致拉伸应力超过阈值导致第一封层和第二封层之间出现空隙破坏，造成电池失效。另外，电池外界的水汽存在通过第一边301和第二边302渗透进入电池内部的可能性，故需要对第一边301的宽度和第二边302的宽度进行限定。
作为一种可选的实施方式，B的取值范围为0.8-10mm，C的取值范围为4-10mm。
该实施方式中，在铝塑膜30厚度为250μm的情况下，对第一边301和第二边302的宽度测试结果如图5所示，通过图5可知在第一边301的宽度不小于0.8mm，第二边302的宽度不小于4mm的情况下，电池实现在设定预期寿命内的正常使用。
另外，由于电池的封层不能无限度增加，需要通过生产工艺对产品的封层进行限定。在本实施例中提供第一边301的宽度不大于10mm，第二边302的宽度不大于10mm，如图6所示，以满足生产的设计需求。
作为一种可选的实施方式，x5的范围为0.001-0.01，x6的范围为0.001-0.01，x7的范围为0.001-0.01，x8的范围为0.001-0.01。
该实施方式中，x5、x6、x7和x8的取值不做限定，例如，在一些实施例中，x5的范围为0.001-0.01，x6的范围为0.001-0.01，x7的范围为0.001-0.01，x8的范围为0.001-0.01。
进一步的，通过本发明实施例的实验测试可以获得第一边301和第二边302之间能够满足预期寿命的关系曲线，通过图5所示拟合出的曲线为：
Figure BDA0003556534300000081
其中，公式中的x5的取值为0.0092721，x6的取值为0.0039685，x7的取值为0.0062564，x8的取值为0.0194843。在满足上述公式的情况下，电池实现在设定预期寿命内的正常使用。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，包括：电芯、电解液和铝塑膜，其中，
所述铝塑膜设有封层，所述封层用于密封所述电解液和所述电芯；
所述封层的第一边密封所述电芯的第一侧，所述封层第二边密封所述电芯的第二侧，所述第一侧为沿所述电池长度方向上的任意一侧，所述第二侧为沿所述电池宽度方向上的任意一侧；
所述电芯由正极片、隔膜和负极片组成，所述负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体表面的负极涂层，所述负极涂层包括硬碳，所述负极涂层的比表面积与所述第一边、所述第二边之间的关系为：
Figure FDA0003556534290000011
其中，所述A1为所述负极涂层的材料的比表面积，所述B为所述第一边的宽度值，所述C为所述第二边的宽度值，所述x1和所述x2为常数，且所述x1小于所述x2。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述A1的取值范围为3.8-5.3m2/g。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述x1的取值为不小于0.4，所述x2的取值为不大于6.625。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述负极涂层内设有多个核壳件，所述核壳件包括核心和包覆在所述核心表面的外壳；
所述核心至少包括天然石墨材料或人造石墨材料中的一种，所述外壳为无定型炭材料。
5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述无定型炭材料和所述铝塑膜的所述第一边、所述第二边之间的关系为：
Figure FDA0003556534290000012
其中，所述A2为所述无定型炭材料在拉曼光谱中的1300cm-1-1360cm-1位置的特征峰强度与1530cm-1-1580cm-1位置的特征峰强度的比值，所述x3和所述x4为常数，且所述x3小于所述x4。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述A2的取值范围为1-1.5。
7.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述x3的取值为不小于0.1，所述x4的取值为不大于1.875。
8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一边的宽度值B不小于设定值Y，所述Y满足：
Figure FDA0003556534290000021
其中，H为所述第一边或所述第二边的厚度，所述x5、所述x6、所述x7和所述x8均为常数。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述B的取值范围为0.8-10mm，所述C的取值范围为4-10mm。
10.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述x5的范围为0.001-0.01，所述x6的范围为0.001-0.01，所述x7的范围为0.001-0.01，所述x8的范围为0.001-0.01。
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