CN202585643U - 一种卷绕结构的软包装锂离子电池 - Google Patents

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方宏新
张柏清
何平
汪云龙
史仲
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Abstract

本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有卷绕结构的软包装锂离子电池，包括包装袋、收容于包装袋内的极片组和填充于包装袋内的电解液，极片组由正极极片、负极极片和间隔于正极极片和负极极片之间的隔膜卷绕而成，正极极片在弯折处的内侧设有碳酸乙烯酯层。相对于现有技术，本实用新型新软包装锂离子电池的正极极片在弯折处的内侧设有碳酸乙烯酯层，注液后，碳酸乙烯酯溶解在电解液中，相当于在负极极片与其外层的正极极片间“储存”了一定的间隙，在充电过程中负极极片发生厚度膨胀，此时负极极片与其外层正极极片间的间隙可以使转角部位负极极片的厚度膨胀得到有效的释放，消除了软包装锂离子电池在循环充放电后的变形。

Description

一种卷绕结构的软包装锂离子电池
技术领域
本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种能够有效改善变形的具有卷绕结构的软包装锂离子电池。
背景技术
随着现代社会的发展，手机、笔记本电脑和数码相机等移动设备有了越来越广泛的使用。而软包装锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长、尺寸(长度、宽度和厚度)设计灵活等优点，因此在移动设备中被广泛的应用。
软包装锂离子电池有两种生产工艺：叠片工艺和卷绕工艺。其中，卷绕工艺具有生产效率高，直通率高，制成的电池一致性好的优势，逐渐成为软包装锂离子电池的主要生产工艺。如图1所示，由卷绕工艺生产的锂离子电池包括具有卷绕结构的极片组10，极片组10由正极极片11、负极极片12和间隔于正极极片11和负极极片12之间的隔膜13卷绕而成，具有卷绕结构的极片组10装入铝塑复合膜做成的包装袋20中并充入电解液，最后密封包装袋20，得到软包装锂离子电池。
通常，卷绕工艺制备的极片组，各组成部分(正极极片11、负极极片12和隔膜)在卷绕过程中受到恒拉力的作用，以保证各组成部分的平整和精确定位，进而保证各组成部分在卷绕时不发生偏斜和错位。但是这种卷绕工艺制备的极片组10至少具有以下缺陷：如图2所示，上述极片组10可以简化为这样一种结构模型：里圈是充电膨胀的负极极片12(在充电过程中负极的石墨嵌锂厚度膨胀达到8％～12％)，外圈是尺寸固定的正极极片11(正极极片11和负极极片12由柔性隔膜13间隔开，柔性隔膜13可自由延伸和收缩，其并对极片以及极片组10的影响可以忽略)，这种负极极片12/隔膜13/正极极片11的结构够成了一个基本单元；极片组10由这种基本单元环环叠加组成(基本单元之间也由柔性隔膜间隔开)。当电池充电时，负极极片12厚度膨胀，而紧密包裹在外的正极极片11束缚了负极极片2的膨胀。经过反复的充放电循环后，这种外圈周长固定，内圈体积膨胀的应力状态使得基本单元在宽度方向变窄，厚度方向增厚，最终表现出极片组10和整个软包装锂离子电池的变形，影响了电池的外观和性能。
有鉴于此，确有必要提供一种能够解决电池循环充放电后的变形问题的具有卷绕结构的软包装锂离子电池。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够解决电池循环充放电后的变形问题的具有卷绕结构的软包装锂离子电池。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种卷绕结构的软包装锂离子电池，包括包装袋、收容于所述包装袋内的极片组和填充于所述包装袋内的电解液，所述极片组由正极极片、负极极片和间隔于正极极片和负极极片之间的隔膜卷绕而成，所述正极极片在弯折处的内侧设有碳酸乙烯酯层，所述弯折处的内侧是指朝向电芯中心的一侧。
作为本实用新型卷绕结构的软包装锂离子电池的一种改进，所述碳酸乙烯酯层的厚度为0.1-30μm。若碳酸乙烯酯层的厚度太大，则会使正极片和负极片之间的间隙过大，影响电池的能量密度；而若碳酸乙烯酯层的厚度太小，则对电池的变形改善效果不明显。
作为本实用新型卷绕结构的软包装锂离子电池的一种改进，所述碳酸乙烯酯层的厚度为1-20μm。
作为本实用新型卷绕结构的软包装锂离子电池的一种改进，所述碳酸乙烯酯层的厚度为10μm。
作为本实用新型卷绕结构的软包装锂离子电池的一种改进，不同卷绕层的碳酸乙烯酯层的厚度相同。
作为本实用新型卷绕结构的软包装锂离子电池的一种改进，不同卷绕层的碳酸乙烯酯层的厚度不同。
作为本实用新型卷绕结构的软包装锂离子电池的一种改进，不同卷绕层的碳酸乙烯酯层的面积相同。
作为本实用新型卷绕结构的软包装锂离子电池的一种改进，不同卷绕层的碳酸乙烯酯层的面积不同。
相对于现有技术，本实用新型新卷绕结构的软包装锂离子电池的正极极片在弯折处的内侧设有碳酸乙烯酯层，当注液后，碳酸乙烯酯溶解在电解液中，相当于在负极极片与其外层的正极极片间“储存”了一定的间隙，在充电过程中负极极片发生厚度膨胀，此时“储存”在负极极片与其外层正极极片间的间隙可以使转角部位负极极片的厚度膨胀得到有效的释放，避免了负极极片向里压缩、将内圈的基本单元压缩成S形情况的发生，即消除了软包装锂离子电池在循环充放电后的变形。
此外，由于EC本身是电解液中的主要成分之一，因此不会向电芯体系中引入其他杂质，不会对电芯性能产生负面影响。本实用新型结构简单，易于实现工业化生产。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型卷绕结构的软包装锂离子电池及其有益技术效果进行详细说明，其中：
图1为现有技术软包装锂离子电池的卷绕结构示意图；
图2为图1中极片组转弯处的简化模型；
图3为本实用新型的结构示意图；
图4为图3中极片组转弯处的简化模型。
具体实施方式
请参阅图3，本实用新型卷绕结构的软包装锂离子电池，包括包装袋3、收容于所述包装袋3内的极片组4和填充于所述包装袋3内的电解液，所述极片组4由正极极片41、负极极片42和间隔于正极极片41和负极极片42之间的隔膜43卷绕而成，所述正极极片41在弯折处的内侧设有碳酸乙烯酯层5，所述弯折处的内侧是指朝向电芯中心的一侧。
其中，所述碳酸乙烯酯层5的厚度为0.1-30μm。优选为1-20μm，更优选的为10μm。
不同卷绕层的碳酸乙烯酯层5的厚度可以相同，也可以不同。
不同卷绕层的碳酸乙烯酯层5的面积可以相同，也可以不同。
极片组4是由正极极片41、负极极片42和间隔于正极极片41和负极极片42之间的隔膜卷绕而成，极片组4的具体制备过程如下：
正极极片41的制备：以钴酸锂(LiCoO2)作为正极活性物质，以碳黑作为导电剂，以聚偏二氟作乙烯作为粘结剂，以N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀形成正极浆料；将正极浆料涂布在正极集流体铝箔的两面，然后经干燥、轧制、切割等工序制备成预定尺寸的正极极片41；
负极极片42的制备：以石墨作为负极活性物质，以丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)作为粘结剂，以去离子水作为溶剂，将上述原料搅拌混合均匀，形成负极浆料；将负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两面，干燥后，经轧制、切割形成预定尺寸的负极极片42。
隔膜43采用聚丙烯多孔膜。
极片组4的制备：将根据前述工艺制备的正极极片41、负极极片42和隔膜43按照一定的堆叠顺序在卷针上卷绕成极片组4。在卷绕过程中，将液体状态的碳酸乙烯酯涂覆(或采用喷、涂、滴、刷等方式)于内圈已卷绕完成的基本单元的转角，碳酸乙烯酯在室温下迅速凝固并被卷入，从而将其外层的正极极片41支撑起来，随着卷绕的进行，基本单元向外圈增殖，形成极片组4，最后移除用于卷绕极片组4的卷针。
软包装锂离子电池的制备：将按照前述工艺制备的极片组4置于包装袋3中，注入电解液后密封包装袋3，制得本实用新型软包装锂离子电池。其中，电解液的配制如下：将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯(DMC)按照质量比1∶3∶6混合，得到混合溶剂，然后加入六氟磷酸锂(LiFP6)，并使LiFP6的浓度为1M。注入电解液后，碳酸乙烯酯完全溶解在电解液中，从而在正极极片41和负极极片42之间形成可以释放负极极片42膨胀的间隙。
请参阅图4，本实用新型极片组4的基本单元的转角处可以简化为这样的模型：极片组4由基本单元环环叠加组成，极片组4的基本单元的转角处，负极极片42与其外层的正极极片41间存在一定的间隙，在充电过程中负极极片42厚度膨胀，此时“储存”在负极极片42与其外层正极极片41间的间隙可以有效的释放转角处负极极片42的厚度膨胀，避免了负极极片42向里压缩，将内圈的基本单元压缩成S形情况的发生，即消除了软包装锂离子电池在循环充放电后的变形问题。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (8)

1.一种卷绕结构的软包装锂离子电池，包括包装袋、收容于所述包装袋内的极片组和填充于所述包装袋内的电解液，所述极片组由正极极片、负极极片和间隔于正极极片和负极极片之间的隔膜卷绕而成，其特征在于：所述正极极片在弯折处的内侧设有碳酸乙烯酯层。
2.根据权利要求1所述的卷绕结构的软包装锂离子电池，其特征在于：所述碳酸乙烯酯层的厚度为0.1-30μm。
3.根据权利要求2所述的卷绕结构的软包装锂离子电池，其特征在于：所述碳酸乙烯酯层的厚度为1-20μm。
4.根据权利要求3所述的卷绕结构的软包装锂离子电池，其特征在于：所述碳酸乙烯酯层的厚度为10μm。
5.根据权利要求2所述的卷绕结构的软包装锂离子电池，其特征在于：不同卷绕层的碳酸乙烯酯层的厚度相同。
6.根据权利要求2所述的卷绕结构的软包装锂离子电池，其特征在于：不同卷绕层的碳酸乙烯酯层的厚度不同。
7.根据权利要求1所述的卷绕结构的软包装锂离子电池，其特征在于：不同卷绕层的碳酸乙烯酯层的面积相同。
8.根据权利要求1所述的卷绕结构的软包装锂离子电池，其特征在于：不同卷绕层的碳酸乙烯酯层的面积不同。
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