CN114865171A - 一种包裹内绝缘膜的电芯结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包裹内绝缘膜的电芯结构及其制备方法，属于锂离子电池技术领域，包括裸电芯及包裹在其上的内绝缘膜保护套，所述内绝缘膜保护套通过加热的方式包裹在裸电芯外表面，所述内绝缘膜保护套与裸电芯之间设置有加阻燃式云母贴片，用于防止电芯顶部被激光焊接漏光灼伤及减少电芯间的内部热传导。本发明通过将裸电芯放入大小合适的内绝缘膜保护套，并使用高温对内绝缘膜保护套进行加热，使之紧密包裹裸电芯，之后再将裸电芯放入电池壳内，进行密封；该电芯结构可以有效地防止电芯内部裸电芯松动现象，以及防止电芯激光焊接漏光导致安全隐患，进一步可以延缓电芯热失控速度。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种包裹内绝缘膜的电芯结构及其制备方法。
背景技术
近年来，锂离子动力电池发展迅速，尤其是方型动力电池，因其容量高、易模块化的优点占据了大部分市场，其内部采用叠片式或卷绕式裸电芯，普通裸电芯在入金属电池壳后，裸电芯易松散，造成界面接触不良，影响长期使用；现在裸电芯多采用点胶隔膜，使用点胶隔膜的裸电芯经过热压可以有效整形，界面粘结在一起，但在循环后期会因膨胀分离；裸电芯并联后还需要大量胶带包裹，使用热塑性内绝缘膜保护套能够在热塑后固定裸电芯，能够限制裸电芯膨胀厚度，对界面接触起到有效的改善作用，进而提高电芯长期循环寿命，减少因极片界面问题造成的电芯容量衰减。
在裸电芯组装时，需要将裸电芯放入内绝缘膜中进行包覆，再通过胶带对内绝缘膜进行粘贴，进而完成裸电芯与电池壳体之间的绝缘封装，但是由于电芯在充满电后负极极片会发生较大反弹，随着电芯的老化，正负极材料会发生活性物质脱落，副反应导致气体产生，都会导致裸电芯内极片的界面状态会发生变化，进而影响电芯性能，并且电芯在内绝缘膜内长期使用，易受到震动等因素而产生松动现象，从而降低了整体裸电芯的稳定性。并且传统锂离子电池内绝缘膜需要与电芯顶盖板的上塑胶进行热熔，热熔过程中可能产生热熔拉丝，导致电池顶盖板与壳体激光焊接时产生漏光，激光漏光可能导致电芯内部结构损伤进而产生短路等安全隐患。
发明内容
为了解决现有技术中存在的因裸电芯内极片的界面接触不良导致的副反应等问题，本发明提供了一种包裹内绝缘膜的电芯结构及其制备方法，通过将裸电芯放入大小合适的内绝缘膜保护套，并使用高温对内绝缘膜保护套进行加热，使之紧密包裹裸电芯，之后再将裸电芯放入电池壳内，进行密封；该电芯结构可以有效地防止电芯内部裸电芯松动现象，以及防止电芯激光焊接漏光导致安全隐患，进一步可以延缓电芯热失控速度。
本发明通过如下技术方案实现：
一种包裹内绝缘膜的电芯结构，包括裸电芯及包裹在其上的内绝缘膜保护套，所述内绝缘膜保护套通过加热的方式包裹在裸电芯外表面，所述内绝缘膜保护套与裸电芯之间设置有加阻燃式云母贴片，用于防止电芯顶部被激光焊接漏光灼伤及减少电芯间的内部热传导。
进一步地，所述裸电芯为热压后成型的单个的裸电芯或并联的裸电芯，具有一定的硬度和成型性；所述裸电芯为卷绕结构或叠片结构，内部包括正极、负极及隔膜。
进一步地，所述阻燃式云母贴片与热塑性内绝缘膜保护套的底部和侧面接触，通过胶粘结。
进一步地，所述热塑性内绝缘膜保护套的材质为PET或PP，厚度为50μm-150μm。
进一步地，所述内绝缘膜保护套的整体加热温度为130℃-140℃，内绝缘膜保护套顶部的的加热温度为140-170℃。
进一步地，所述内绝缘膜保护套的整体加热时间为30-75s，对内绝缘膜保护套顶部的加热时间为20-40s。
进一步地，位于裸电芯侧面的阻燃式云母贴片的厚度为 0.2-0.5mm，位于裸电芯顶部的阻燃式云母贴片的厚度为0.5mm-1mm，位于电芯底部的阻燃式云母贴片的厚度为1mm-1.5mm。
进一步地，所述内绝缘膜保护套的上部开口，用于导出极耳，下部设置具有开孔的超高填充陶瓷粉体和玻璃纤维复合材料的高导热绝缘片，可以有效降低裸电芯与壳体间的传热热阻，提升电芯散热性能，并且通过开孔结构，可以保障电解液可以有效浸润电芯。
进一步地，所述裸电芯内绝缘膜保护套的高度高于裸电芯顶部阻燃式云母贴片2-3mm，底部长度比裸电芯底部导热绝缘片高2-3mm，，长度和宽度为比裸电芯长度和宽度大5mm。
另一方面，本发明还提供了一种包裹内绝缘膜的电芯结构的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：在内绝缘膜保护套内加入阻燃式云母贴片，阻燃式云母贴片与内绝缘膜保护套的顶部、底部和侧面接触，通过胶粘结；
步骤S2：将裸电芯放入大小合适的内绝缘膜保护套内；使用高温对内绝缘膜保护套整体进行加热，使之紧密包裹裸电芯；
其中，内绝缘膜保护套的整体加热温度为130℃-140℃，内绝缘膜保护套顶部的的加热温度为140-170℃；
其中，所述内绝缘保护套的材质和厚度，通过如下步骤获得：
S11：确认电池的电化学体系和使用工况；
S12：根据电池的电化学体系和使用的工况确认所需的一体成型的热塑性内绝缘保护套对裸电芯的压力；
S13：根据一体成型的内绝缘保护套对裸电芯的压力确认一体成型的热塑性内绝缘保护套的材质和厚度。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明的一种包裹内绝缘膜的电芯结构及其制备方法，可有效降低电池裸电芯的厚度，提高入壳效率，降低循环过程中的膨胀力；在完成电芯内绝缘膜热处理后，通过在内绝缘膜顶部添加阻燃式云母贴片，保护电芯顶部防止被激光焊接漏光灼伤；通过在内绝缘膜内部添加阻燃式云母贴片，减少电芯间内部热传导，延缓电芯热失控过程，降低电芯内短路导致电芯爆炸的风险。之后将裸电芯放入电池壳内，省去了传统内绝缘膜与电池上盖板下塑胶的热熔工序，减少内绝缘膜与下塑胶热熔后产生拉丝的风险，进而影响激光焊接，产生激光焊接漏光，有效提升裸电芯入壳效率，完成入壳之后对电池进行密封，焊接电池壳体与上盖板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的一种包裹内绝缘膜的电芯结构的示意图；
图2为本发明的一种包裹内绝缘膜的电芯结构的制备流程图；
图3为本发明的一种包裹内绝缘膜的电芯结构的内绝缘膜保护套的底部示意图；
图中：顶部的阻燃式云母贴片1、内部的阻燃式云母贴片2、内绝缘膜保护套3。
具体实施方式
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
一种包裹内绝缘膜的电芯结构，包括裸电芯及包裹在其上的内绝缘膜保护套，所述内绝缘膜保护套通过加热的方式包裹在裸电芯外表面，所述内绝缘膜保护套与裸电芯之间设置有加阻燃式云母贴片，用于防止电芯顶部被激光焊接漏光灼伤及减少电芯间的内部热传导。
进一步地，所述裸电芯为热压后成型的单个的裸电芯或并联的裸电芯，具有一定的硬度和成型性；所述裸电芯为卷绕结构或叠片结构，内部包括正极、负极及隔膜。
进一步地，所述阻燃式云母贴片与热塑性内绝缘膜保护套的底部和侧面接触，通过胶粘结。
进一步地，所述热塑性内绝缘膜保护套的材质为PET或PP，厚度为50μm-150μm。
进一步地，所述内绝缘膜保护套的整体加热温度为130℃-140℃，内绝缘膜保护套顶部的的加热温度为140-170℃。
进一步地，所述内绝缘膜保护套的整体加热时间为30-75s，对内绝缘膜保护套顶部的加热时间为20-40s。
进一步地，位于裸电芯侧面的阻燃式云母贴片的厚度为 0.2-0.5mm，位于裸电芯顶部的阻燃式云母贴片的厚度为0.5mm-1mm，位于电芯底部的阻燃式云母贴片的厚度为1mm-1.5mm。
进一步地，所述内绝缘膜保护套的上部开口，用于导出极耳，下部设置具有开孔的超高填充陶瓷粉体和玻璃纤维复合材料的高导热绝缘片，可以有效降低裸电芯与壳体间的传热热阻，提升电芯散热性能，并且通过开孔结构，可以保障电解液可以有效浸润电芯。
进一步地，所述裸电芯内绝缘膜保护套高度高于裸电芯顶部阻燃式云母贴片2-3mm，底部长度比裸电芯底部高导热绝缘片2-3mm，，长度和宽度为比裸电芯长度和宽度大5mm。
另一方面，本发明还提供了一种包裹内绝缘膜的电芯结构的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：在内绝缘膜保护套内加入阻燃式云母贴片，阻燃式云母贴片与内绝缘膜保护套的顶部、底部和侧面接触，通过胶粘结；
步骤S2：将裸电芯放入大小合适的内绝缘膜保护套内；使用高温对内绝缘膜保护套整体进行加热，使之紧密包裹裸电芯；
其中，内绝缘膜保护套的整体加热温度为130℃-140℃，内绝缘膜保护套顶部的的加热温度为140-170℃；
其中，所述内绝缘保护套的材质和厚度，通过如下步骤获得：
S11：确认电池的电化学体系和使用工况；
S12：根据电池的电化学体系和使用的工况确认所需的一体成型的热塑性内绝缘保护套对裸电芯的压力；
S13：根据一体成型的内绝缘保护套对裸电芯的压力确认一体成型的热塑性内绝缘保护套的材质和厚度。
实施例1
在本实施例中，一种包裹内绝缘膜的电芯结构，包括裸电芯及包裹在其上的内绝缘膜保护套，所述裸电芯采用95℃、0.4MPa热压1min 后的裸电芯，裸电芯厚度为14.40mm；两只裸电芯并联后使用超声焊与电池盖焊接在一起，使用胶带进行固定；并联后的裸电芯放入热塑性内绝缘膜保护套，所述热塑性内绝缘膜保护套与裸电芯之间设置有加阻燃式云母贴片，所述阻燃式云母贴片与热塑性内绝缘膜保护套的底部和侧面接触，通过胶粘结；位于裸电芯侧面的阻燃式云母贴片的厚度为0.2mm，位于裸电芯顶部的阻燃式云母贴片的厚度为0.5mm，位于电芯底部的阻燃式云母贴片的厚度为1mm；位于裸电芯侧面的阻燃式云母贴片的数量根据电芯内部裸电芯JR数量确定，阻燃式云母贴片数量＝电芯内部裸电芯JR数量-1。
然后将包覆有热塑性内绝缘膜保护套的裸电芯在130℃热箱内进行均匀加热60s，使内绝缘膜保护套与裸电芯紧密包裹，对电芯顶部 150℃加热30s，对电芯底部140℃加热30s；之后裸电芯放入电池铝壳，进行封装。
对本实施例1的一种包裹内绝缘膜的电芯结构与未采用内绝缘膜包覆的电芯结构进行存储容量保持率和循环容量保持率测试，结果如表1所示；
表1为性能测试表
从表1中可以看出，本实施例1的一种包裹内绝缘膜的电芯结构的电芯循环及存储性能均高于未采用内绝缘膜包覆的电芯结构。
实施例2
在本实施例中，一种包裹内绝缘膜的电芯结构，包括裸电芯及包裹在其上的内绝缘膜保护套，所述裸电芯采用95℃、0.4MPa热压1min 后的裸电芯，裸电芯厚度为14.40mm；两只裸电芯并联后使用超声焊与电池盖焊接在一起，使用胶带进行固定；并联后的裸电芯放入热塑性内绝缘膜保护套，所述热塑性内绝缘膜保护套与裸电芯之间设置有加阻燃式云母贴片，所述阻燃式云母贴片与热塑性内绝缘膜保护套的底部和侧面接触，通过胶粘结；位于裸电芯侧面的阻燃式云母贴片的厚度为0.2mm，位于裸电芯顶部的阻燃式云母贴片的厚度为0.5mm，位于电芯底部的阻燃式云母贴片的厚度为1mm；位于裸电芯侧面的阻燃式云母贴片的数量根据电芯内部裸电芯JR数量确定，阻燃式云母贴片数量＝电芯内部裸电芯JR数量-1。
然后将包覆有热塑性内绝缘膜保护套的裸电芯在180℃热箱内进行均匀加热30s，使内绝缘膜保护套与裸电芯紧密包裹，对电芯顶部160℃加热30s，对电芯底部145℃加热30s；之后裸电芯放入电池铝壳，进行封装。
实施例3
如图2所示，为一种包裹内绝缘膜的电芯结构的制备方法的流程示意图，将裸电芯放入大小合适的热塑性裸电芯内绝缘膜保护套；使用高温对内绝缘膜保护套整体进行加热，再对内绝缘膜保护套顶部进行二次加热处理，使电芯内绝缘膜紧密包裹裸电芯。并通过在内绝缘膜顶部添加阻燃式云母贴片，保护电芯顶部防止被激光焊接漏光灼伤；通过在内绝缘膜内部添加阻燃式云母贴片，减少电芯间内部热传导，延缓电芯热失控过程，降低电芯内短路导致电芯爆炸的风险。之后将裸电芯放入电池壳内，省去了传统内绝缘膜与电池上盖板下塑胶的热熔工序，减少内绝缘膜与下塑胶热熔后产生拉丝的风险，进而影响激光焊接，产生激光焊接漏光，有效提升裸电芯入壳效率，完成入壳之后对电池进行密封，焊接电池壳体与上盖板。
具体包括如下步骤：
S1：在热塑性内绝缘膜保护套内加入阻燃式云母贴片，阻燃式云母贴片与热塑性内绝缘膜保护套顶部、底部和侧面接触，通过胶粘结；内部云母贴片可以有效降低相邻裸电芯的热量传递速度，顶部阻燃式云母贴片可以防止顶盖板激光焊接时漏光灼伤电芯内部产生安全风险，通过阻燃式云母贴片，有效提升电芯的安全性能；内部云母贴片可以有效降低相邻裸电芯的热量传递速度；
位于内部的阻燃式云母贴片数量根据电芯内部裸电芯JR数量确定，阻燃式云母贴片数量＝电芯内部裸电芯JR数量-1，内部阻燃式云母贴片厚度为0.2-0.5mm；
所述裸电芯内绝缘膜保护套材质为PET或PP热塑性材质；
S2：将裸电芯放入大小合适的热塑性裸电芯内绝缘膜保护套；使用高温对内绝缘膜保护套整体进行加热，使之紧密包裹裸电芯。热塑性裸电芯内绝缘膜保护套顶部高度高于裸电芯顶部阻燃式云母贴片 2-3mm，在用对内绝缘膜保护套整体进行加热后，再次对电芯顶部进行局部加热，使电芯顶部热收缩率大于电芯整体，以保证热塑性保护套可以有效包覆云母顶贴片；
S3：所述裸电芯应当具有一定的硬度和成型性，其中优选的为热压后成型裸电芯；可以为单个裸电芯或多个裸电芯并联；
S4.所述裸电芯内绝缘膜保护套高度高于裸电芯顶部阻燃式云母贴片2-3mm，底部长度于裸电芯底部高导热绝缘片2-3mm，长度和宽度为比裸电芯长度和宽度大5mm；厚度为50μm-150μm；
S5.所述内绝缘膜保护套整体加热温度范围为130℃-140℃，电芯顶部加热温度范围为140-170℃，电芯顶部加热温度范围为 140-170℃；
S6.所述对内绝缘膜保护套整体的加热时间为30-75s，对内绝缘膜保护套顶部局部加热时间为20-40s；
S7.对于完成热处理的电芯，在电芯顶部加入阻燃式云母贴片，顶部阻燃式云母贴片厚度为0.5mm-1mm；在电芯底部加入高导热绝缘片，底部高导热绝缘片厚度为1mm-1.5mm。
其中，所述热塑性内绝缘保护套的材质和厚度，通过如下步骤获得：
S1：确认电池的电化学体系和使用工况；
S2：根据电池的电化学体系和使用的工况确认所需的一体成型的热塑性内绝缘保护套对裸电芯的压力；
S3：根据一体成型的热塑性内绝缘保护套对裸电芯的压力确认一体成型的热塑性内绝缘保护套的材质和厚度。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种包裹内绝缘膜的电芯结构，其特征在于，包括裸电芯及包裹在其上的内绝缘膜保护套，所述内绝缘膜保护套通过加热的方式包裹在裸电芯外表面，所述内绝缘膜保护套与裸电芯之间设置有加阻燃式云母贴片，用于防止电芯顶部被激光焊接漏光灼伤及减少电芯间的内部热传导。
2.如权利要求1所述的一种包裹内绝缘膜的电芯结构，其特征在于，所述裸电芯为热压后成型的单个的裸电芯或并联的裸电芯，具有一定的硬度和成型性；所述裸电芯为卷绕结构或叠片结构，内部包括正极、负极及隔膜。
3.如权利要求1所述的一种包裹内绝缘膜的电芯结构，其特征在于，所述阻燃式云母贴片与热塑性内绝缘膜保护套的底部和侧面接触，通过胶粘结。
4.如权利要求1所述的一种包裹内绝缘膜的电芯结构，其特征在于，所述热塑性内绝缘膜保护套的材质为PET或PP，厚度为50μm-150μm。
5.如权利要求1所述的一种包裹内绝缘膜的电芯结构，其特征在于，所述内绝缘膜保护套的整体加热温度为130℃-140℃，内绝缘膜保护套顶部的的加热温度为140-170℃。
6.如权利要求1所述的一种包裹内绝缘膜的电芯结构，其特征在于，所述内绝缘膜保护套的整体加热时间为30-75s，对内绝缘膜保护套顶部的加热时间为20-40s。
7.如权利要求1所述的一种包裹内绝缘膜的电芯结构，其特征在于，位于裸电芯侧面的阻燃式云母贴片的厚度为0.2-0.5mm，位于裸电芯顶部的阻燃式云母贴片的厚度为0.5mm-1mm，位于电芯底部的阻燃式云母贴片的厚度为1mm-1.5mm。
8.如权利要求1所述的一种包裹内绝缘膜的电芯结构，其特征在于，所述内绝缘膜保护套的上部开口，用于导出极耳，下部设置具有开孔的超高填充陶瓷粉体和玻璃纤维复合材料的高导热绝缘片，可以有效降低裸电芯与壳体间的传热热阻，提升电芯散热性能，并且通过开孔结构，可以保障电解液可以有效浸润电芯。
9.如权利要求1所述的一种包裹内绝缘膜的电芯结构，其特征在于，所述裸电芯内绝缘膜保护套的高度高于裸电芯顶部阻燃式云母贴片2-3mm，底部长度比裸电芯底部导热绝缘片高2-3mm，，长度和宽度为比裸电芯长度和宽度大5mm。
10.如权利要求1所述的一种包裹内绝缘膜的电芯结构的制备方法，其特征在于，
具体包括如下步骤：
步骤S1：在内绝缘膜保护套内加入阻燃式云母贴片，阻燃式云母贴片与内绝缘膜保护套的顶部、底部和侧面接触，通过胶粘结；
步骤S2：将裸电芯放入大小合适的内绝缘膜保护套内；使用高温对内绝缘膜保护套整体进行加热，使之紧密包裹裸电芯；
其中，内绝缘膜保护套的整体加热温度为130℃-140℃，内绝缘膜保护套顶部的的加热温度为140-170℃；
其中，所述内绝缘保护套的材质和厚度，通过如下步骤获得：
S11：确认电池的电化学体系和使用工况；
S12：根据电池的电化学体系和使用的工况确认所需的一体成型的热塑性内绝缘保护套对裸电芯的压力；
S13：根据一体成型的内绝缘保护套对裸电芯的压力确认一体成型的热塑性内绝缘保护套的材质和厚度。
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| CN202210411722.0A CN114865171A (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 一种包裹内绝缘膜的电芯结构及其制备方法 |
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2022
- 2022-04-19 CN CN202210411722.0A patent/CN114865171A/zh active Pending
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