CN114678634A - 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：卷芯，卷芯由正极片、隔膜和负极片组成，负极片包括集流体和涂敷在集流体的表面的负极活性物质，负极活性物质包括人造石墨负极材料和天然石墨负极材料；铝塑膜封层，铝塑膜封层用于密封卷芯，且铝塑膜封层的第一边密封卷芯的第一侧，铝塑膜封层的第二边密封卷芯的第二侧；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；第一边的宽度值W1不小于预设值Y，Y满足：
Figure DDA0003556154580000011
其中，W2为第二边的宽度值，H为第一边或第二边的厚度，x1、x2、x3和x4均为常数。本发明实施例中通过限定电池的封装宽度，抑制水汽进入，减小了膨胀后的体积，从而降低了电池封装被体积破坏的可能性。

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
锂电池是目前被广泛应用于移动电池设备和新能源领域，具有高容量和高能量密度。相关技术中，电池在使用过程中会与水汽发生副反应产生气体，导致电池内部的体积增大，电池内部的体积增大使锂电池的封装区域受到不断增加的拉伸应力，在拉伸应力过大时破坏电池的封装，使电池的使用寿命较短。
可见，相关技术中存在着锂电池的使用寿命较短的问题。
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锂电池的使用寿命较短的问题。
为达到上述目的，本发明实施例提供一种电池，包括：
卷芯，所述卷芯由正极片、隔膜和负极片组成，所述负极片包括集流体和涂敷在所述集流体的表面的负极活性物质，所述负极活性物质包括人造石墨负极材料和天然石墨负极材料；
铝塑膜封层，所述铝塑膜封层用于密封所述卷芯，且所述铝塑膜封层的第一边密封所述卷芯的第一侧，所述铝塑膜封层的第二边密封所述卷芯的第二侧；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；
所述第一边的宽度值W1不小于预设值Y，所述Y满足：
Figure BDA0003556154560000011
其中，所述W2为所述第二边的宽度值，所述H为所述第一边或所述第二边的厚度，所述x1、所述x2、所述x3和所述x4均为常数。
作为一种可选的实施方式，所述负极活性物质满足：
Figure BDA0003556154560000021
其中，所述A1为所述负极活性物质的取向度，所述x5和所述x6为常数，且所述x5小于所述x6。
作为一种可选的实施方式，所述x5的范围为不小于0.1，所述x6的范围为不大于4.4。
作为一种可选的实施方式，所述A1的范围为1-3.5。
作为一种可选的实施方式，所述负极活性物质的粒径分布比值A2满足：
Figure BDA0003556154560000022
其中，所述A2为所述负极活性物质的粒径分布为99％时最大的粒径与平均粒径的比值，所述x7和所述x8为常数，且所述x7小于所述x8。
作为一种可选的实施方式，所述x7的范围为不小于0.1，所述x8的范围为不大于3.125。
作为一种可选的实施方式，所述A2的范围为1-2.5。
作为一种可选的实施方式，所述负极活性物质的粒径分布的平均粒径范围为10-20μm。
作为一种可选的实施方式，所述W1的范围为0.8-10mm，所述W2的范围为4-10mm。
作为一种可选的实施方式，所述x1的范围为0.001-0.01，所述x2的范围为0.001-0.01，所述x3的范围为0.001-0.01，所述x4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：
本发明实施例中通过限定电池的封装宽度，抑制水汽进入，使电池在循环过程中能够减小膨胀后的体积，降低了电池封装被体积破坏的可能性。
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第一边的宽度和第二边的宽度关系图；
图3是本发明实施例提供的取向度和膨胀率的关系图；
图4是本发明实施例提供的Dv99/Dv50和膨胀率的关系图。
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。
请参见图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：
卷芯10，卷芯10由正极片、隔膜和负极片组成，负极片包括集流体和涂敷在集流体的表面的负极活性物质，负极活性物质包括人造石墨负极材料和天然石墨负极材料；
铝塑膜封层30，铝塑膜封层30用于密封卷芯10，且铝塑膜封层30的第一边301密封卷芯10的第一侧，铝塑膜封层30的第二边302密封卷芯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；
第一边301的宽度值W1不小于预设值Y，Y满足：
Figure BDA0003556154560000031
其中，W2为第二边302的宽度值，H为第一边301或第二边302的厚度，x1、x2、x3和x4均为常数。
本实施方式中，通过限定电池的第一边301与第二边302的封装宽度，实现有效抑制水汽进入的目的，使电池在循环过程中能够减小膨胀后的体积，降低了电池封装被体积破坏的可能性。
其中，在电池使用过程中，水汽能通过铝塑膜封层30的第一边301和第二边302渗入到电池的内部，并与电解液20中的锂盐六氟磷酸锂反应产生氢氟酸，导致电池内部的压强变大，电池发生膨胀。六氟磷酸锂会与水汽发生如下反应：
LiPF6+2H2O→LiPO2F2+4HF；
LiPF6→LiF+PF5；
PF5+H2O→POF3+2HF。
通过对电池的铝塑膜封层30的第一边301和第二边302进行宽度限定，在节省材料的情况下尽可能的使水汽难以进入电池内部。本发明实施例通过实验测试在第一边301和第二边302满足上述公式条件的情况下，电池能够在设计预期寿命能安全使用。
其中，公式反应了第一边301和第二边302之间的关联关系，在铝塑膜封层30厚度可以确定的情况下，第二边302宽度设计不同，通过公式所得到的第一边301的预设值也存在区别。例如，在本实施例中提供铝塑膜封层30厚度为250μm的情况下第一边301和第二边302的关系曲线如图2所示，在不小于该曲线的范围内电池能够在设计预期寿命内正常使用。
作为一种可选的实施方式，负极活性物质满足：
Figure BDA0003556154560000041
其中，A1为负极活性物质的取向度，x5和x6为常数，且x5小于x6。
本实施方式中，石墨为片状的层结构，在电循环过程中不同取向的石墨膨胀的方向不一致，需要对负极活性物质的取向度进行限定，使电池在循环过程中石墨材料能够同时沿着不同方向膨胀，避免石墨材料沿着同一方向过度增大造成电池封装应力过大，进而减小因膨胀造成的封装破坏，提高电池的使用寿命。在不同膨胀情况下电池受到的应力存在区别，需要对不同膨胀情况下的第一边301和第二边302进行相应参数设计。在本实施例中，在负极活性物质的取向度满足上述公式的情况下，电池能够在设计预期寿命内正常使用，不出现由于电池膨胀导致的失效问题。
其中，min(W1,W2)表示第一边301和第二边302中的最小值，通常第一边301用于封装电池的极耳，设有加强固定的极耳胶，通常第一边301的宽度要小于第二边302的宽度。
另外，通过将人造石墨负极材料和天然石墨负极材料混合，能够有效的负极活性物质在电池循环过程中的膨胀度，使电池在循环过程中能够减小膨胀后的体积，降低了电池封装被体积破坏的可能性。同时，混合人造石墨负极材料和天然石墨负极材料也能增加电池的循环寿命，从而延长了锂电池的使用寿命。
其中，天然石墨负极材料具有能量密度高循环性能好等特点，是作为负极活性物质的优良材料。但天然石墨负极材料在循环过程中膨胀度较大，在使用过程中容易造成负极片组成的电芯膨胀，对电池的封装封闭产生作用力，进而引起蠕变破坏，造成电池的使用寿命缩短。但人造石墨负极材料相对于天然石墨负极材料，人造石墨负极材料在电池循环过程中膨胀度较小，将人造石墨负极材料和天然石墨负极材料混合能够有效的改善负极片在电池循环过程中的膨胀体积，使膨胀后的电芯能够控制在一定范围内，降低对封边的应力，减少应力引起的蠕变破坏，从而延长电池的使用寿命。
另外，天然石墨负极材料的循环寿命较差，而相对于天然石墨负极材料，人造石墨负极材料的循环寿命优于天然石墨负极材料，通过将将人造石墨负极材料和天然石墨负极材料混合能够延长负极片的循环寿命，进而延长电池的使用寿命。
作为一种可选的实施方式，x5的范围为不小于0.1，x6的范围为不大于4.4。
本实施方式中，通过实验测试获得负极活性物质的取向度与铝塑膜封层30之间的关系需要满足x5的范围为不小于0.1、x6的范围为不大于4.4，即负极活性物质的取向度A1与铝塑膜封层30之间满足公式：
Figure BDA0003556154560000051
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，A1的范围为1-3.5。
本实施方式中，通过X射线衍射仪对石墨材料进行表征测试，获得不同衍射峰的强度，其中衍射峰I004的强度与衍射峰I110的强度的比值为取向度，如图3所示，能够反映出石墨材料向不同方向的膨胀情况，横坐标为取向度，纵坐标为膨胀率。其中，衍射峰I004对应的石墨材料在电池循环过程中向石墨的层结构之间膨胀，即纵向膨胀；衍射峰I110对应的石墨材料在电池循环中向石墨片状方向上膨胀，即横向膨胀。为了使负极片在使用过程中能够在不同方向上较均匀的膨胀，本发明实施例通过实验测试，将取向度A1即I004/I110的值范围设为1-3.5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，负极活性物质的粒径分布比值A2满足：
Figure BDA0003556154560000061
其中，A2为负极活性物质的粒径分布为99％时最大的粒径与平均粒径的比值，x7和x8为常数，且x7小于x8。
本实施方式中，在负极活性物质的粒径分布中，若粒径的分布在不同尺寸中较均匀时，在电池的循环过程中的膨胀率过高，在多次电循环后膨胀体积过大，电池的封装受到应力较大，造成封装封边的蠕变破坏；而在电池粒径分布集中时，在电池循环过程中的膨胀率较低，在多次电循环后能够将体积控制在设计范围内，从而减小电池封装受到的应力，降低电池封装封边的破坏可能性。
其中，在不同膨胀情况下的电池受到的应力存在区别，需要对不同膨胀情况下的第一边301和第二边302进行相应的参数设计。在满足上述公式的情况下，能够达到在设计预期寿命内电池正常使用，不出现膨胀导致的电池失效问题。
作为一种可选的实施方式，x7的范围为不小于0.1，x8的范围为不大于3.125。
本实施方式中，通过实验测试获得负极活性物质的粒径分布比值与铝塑膜封层30之间的关系需要满足x7的范围为不小于0.1，x8的范围为不大于3.125，即负极活性物质的粒径分布比值A2与铝塑膜封层30之间满足公式：
Figure BDA0003556154560000062
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，A2的范围为1-2.5。
本实施方式中，如图4所示，负极活性物质的粒径分布为99％时最大的粒径为Dv99，平均粒径为Dv50，图中所示的横坐标为Dv99/Dv50，随着Dv99/Dv50的增加，其电池电芯的纵坐标膨胀率也不断增加。在电池电芯的膨胀率超过设计范围后，电池在电循环过程中体积膨胀将造成电池封装受到的应力过大，造成电池封装封边的蠕变破坏，导致电池的使用寿命降低。经过实验测试可知，在Dv99/Dv50的范围为1-2.5的情况下时能够有效的控制电芯的体积，使电池封装受到的应力在设定范围内。
作为一种可选的实施方式，负极活性物质的粒径分布的平均粒径范围为10-20μm。
本实施方式中，将负极活性物质的粒径分布的平均粒径范围设为10-20μm，使电池能够在保持较高能量密度和循环性能的同时，降低在循环过程中膨胀造成的负极活性物质之间的应力和膨胀率，进而降低对电池封装的蠕变破坏，增加电池的使用寿命。
作为一种可选的实施方式，W1的范围为0.8-10mm，W2的范围为4-10mm。
本实施方式中，在电池膨胀的大小不一致时，第一边301和第二边302收到的应力也会出现变化。为使电池能在设计寿命内不出现电芯结构40膨胀过大导致电池封边蠕变破坏，需要对电池的第一边301和第二边302进行不同设计。经过本发明实施例的测试获得，在铝塑膜封层30的第一边301的宽度范围为0.8-10mm，铝塑膜封层30的第二边302的宽度范围为4.1-10mm的情况下能够使电池在设计寿命内正常使用。
作为一种可选的实施方式，x1的范围为0.001-0.01，x2的范围为0.001-0.01，x3的范围为0.001-0.01，x4的范围为0.001-0.01。
在本实施例中，x1、x2、x3和x4的取值不做限定，例如，在一些实施例中，x4的范围为0.001-0.01，x5的范围为0.001-0.01，x3的范围为0.001-0.01，x4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2所示拟合出的曲线为：
Figure BDA0003556154560000071
其中，公式中的x1的取值为0.0092721，x2的取值为0.0039685，x3的取值为0.0062564，x4的取值为0.0194843。在满足上述公式的情况下，使用寿命能够达到预期目标。
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：
卷芯，所述卷芯由正极片、隔膜和负极片组成，所述负极片包括集流体和涂敷在所述集流体的表面的负极活性物质，所述负极活性物质包括人造石墨负极材料和天然石墨负极材料；
铝塑膜封层，所述铝塑膜封层用于密封所述卷芯，且所述铝塑膜封层的第一边密封所述卷芯的第一侧，所述铝塑膜封层的第二边密封所述卷芯的第二侧；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；
所述第一边的宽度值W1不小于预设值Y，所述Y满足：
Figure FDA0003556154550000011
其中，所述W2为所述第二边的宽度值，所述H为所述第一边或所述第二边的厚度，所述x1、所述x2、所述x3和所述x4均为常数。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述负极活性物质满足：
Figure FDA0003556154550000012
其中，所述A1为所述负极活性物质的取向度，所述x5和所述x6为常数，且所述x5小于所述x6。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述x5的范围为不小于0.1，所述x6的范围为不大于4.4。
4.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述A1的范围为1-3.5。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述负极活性物质的粒径分布比值A2满足：
Figure FDA0003556154550000013
其中，所述A2为所述负极活性物质的粒径分布为99％时最大的粒径与平均粒径的比值，所述x7和所述x8为常数，且所述x7小于所述x8。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述x7的范围为不小于0.1，所述x8的范围为不大于3.125。
7.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述A2的范围为1-2.5。
8.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述负极活性物质的粒径分布的平均粒径范围为10-20μm。
9.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述W1的范围为0.8-10mm，所述W2的范围为4-10mm。
10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述x1的范围为0.001-0.01，所述x2的范围为0.001-0.01，所述x3的范围为0.001-0.01，所述x4的范围为0.001-0.01。
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