CN203377299U - 电化学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电化学装置，其包括：电芯，包括正极极片、负极极片、以及置于正极极片和负极极片之间的隔离膜；电解液；以及包装袋，封装电芯并容纳电解液；其中，电芯的隔离膜延伸超出电芯的正极极片和负极极片并与包装袋封装在一起。本实用新型的电化学装置中的电芯与包装袋固定在一起，因此在电化学装置经受振动、跌落、碰撞时能够避免电芯与包装袋之间的相对移动。当设置于电芯的极耳所在封装区域时，防止电芯冲破封装区域；同时靠近封装区域一侧的延伸超出电芯的正极极片和负极极片的隔离膜可以对电化学装置的极耳起到保护作用，防止极耳断裂，因此提高电化学装置的安全性能；封装工艺简单，易于实现。

Description

电化学装置

技术领域

本实用新型涉及电化学领域，尤其涉及一种电化学装置。

背景技术

锂离子电池和电容器等电化学装置在手机、笔记本电脑等消费电子产品中的应用需求越来越大，手机、笔记本电脑在移动、使用过程中经常会经受跌落、撞击以及振动等恶劣情况，对其采用的锂离子电池或电容器的安全造成挑战。

当发生上述恶劣情况时，由于锂离子电池或电容器中的电芯1（见图1）相对于包装袋2没有完全固定，电芯1会相对于包装袋2发生移动，存在于包装袋2中的电解液的润滑作用更加剧了这种移动。轻微时会导致极片错位、引发短路，严重时造成极耳14断裂、电芯1冲破封装区域R，产生严重的安全隐患。

于2012年4月25日公布的中国专利申请公布号CN202205852U公布了一种软包装锂离子电池，该方法采用在电池包装袋和电芯之间增加环氧胶的方法，将包装袋和电芯粘结固定在一起，从而避免电池内电芯与包装袋的相对滑动，提高电池的安全性；但是该方法在电池内部添加了有机胶，该有机物会少量溶解在有机电解液中，对电池的基本电化学性能造成损害。尤其在电池经受高温的情况下，原本凝固的有机胶会重新融化，并与电解液混合，导致粘结性失效，液态的有机胶与电解液混合后严重恶化电池的电化学性能。另外由于锂离子电池采用的包装袋很薄，而在包装袋上添加有机胶时无法做到绝对均匀分布，会在电池表面留下凹凸不平的痕迹，增大电池厚度，造成外观不良。

实用新型内容

鉴于背景技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种电化学装置，其能改善电化学装置在跌落、振动、碰撞等情况下的安全性能。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种电化学装置，其包括：电芯，包括正极极片、负极极片、以及置于正极极片和负极极片之间的隔离膜；电解液；以及包装袋，封装电芯并容纳电解液；其中，电芯的隔离膜延伸超出电芯的正极极片和负极极片并与包装袋封装在一起。

本实用新型的有益效果如下：

在本实用新型的电化学装置中，电芯与包装袋封装在一起，当电化学装置经受振动、跌落、碰撞时能够避免电芯与包装袋之间的相对移动。当电芯与包装袋在电芯的极耳所在的封装区域封装在一起时，能够防止电芯冲破封装区域；同时靠近极耳一侧的延伸超出电芯的正极极片和负极极片的隔离膜可以对电化学装置的极耳起到保护作用，防止极耳断裂，因此提高电化学装置的安全性能；封装工艺简单，易于实现。

附图说明

图1为现有的电化学装置的部分正视透视图，所述电化学装置选用软包装锂离子电池；

图2为根据本实用新型的电化学装置的部分正视透视图，所述电化学装置选用软包装锂离子电池；

图3为图2沿A-A面作出的放大截面示意图。

其中，附图标记说明如下：

1电芯                   2包装袋

  11正极极片            R、R1、R2封装区域

  12负极极片            T1、T2厚度

  13隔离膜              L、L0、L1、L2长度

  14极耳

具体实施方式

下面参照附图来详细说明根据本实用新型的电化学装置。

在详细说明根据本实用新型的电化学装置之前，需要说明的是，参照图2，包装袋2的长度方向指的是纸面的水平方向，包装袋2的宽度方向指的是纸面的竖直方向，包装袋2的厚度方向指的是与纸面垂直的方向；而隔离膜13的厚度和包装袋2的厚度与这些方向无关，指的是隔离膜13的膜厚和包装袋2的壁厚。但是在图3中，因图3是图2沿A-A面作出的放大截面示意图，所以在图3中，包装袋2的厚度方向为纸面的竖直方向，包装袋2的宽度方向为与纸面垂直的方向，包装袋2的长度方向依然为纸面的水平方向。

参照图2和图3，根据本实用新型的电化学装置包括：电芯1，包括正极极片11、负极极片12、以及置于正极极片11和负极极片12之间的隔离膜13；电解液（未示出）；以及包装袋2，封装电芯1并容纳电解液；其中，电芯1的隔离膜13延伸超出电芯1的正极极片11和负极极片12并与包装袋2封装在一起。

在根据本实用新型所述的电化学装置中，通过隔离膜13与包装袋2封装在一起进而将电芯1与包装袋2固定在一起，在电化学装置经受振动、跌落、碰撞时能够避免电芯1与包装袋2之间的相对移动。

在电芯1的一实施例中，参照图3，电芯1为卷绕式电芯或叠片式电芯。

在根据本实用新型所述的电化学装置的一实施例中，参照图2和图3，电芯1的隔离膜13延伸超出电芯1的正极极片11和负极极片12并在电芯1的极耳14所在封装区域R与包装袋2封装在一起。从而可防止电芯1冲破封装区域，同时靠近极耳14所在封装区域R一侧的延伸超出电芯1的正极极片11和负极极片12的隔离膜13可以对电化学装置的极耳14起到保护作用，防止极耳14断裂。

在隔离膜13的一实施例中，参照图2和图3，电芯1在极耳14所在的封装区域R形成封装有隔离膜13的封装区域R1，其中隔离膜13在包装袋2的长度方向上延伸超出电芯1的正极极片11和负极极片12的长度L0与封装有隔离膜13的封装区域R1的长度L1之间的比值为1.5～2.5。该比值小于1.5时，封装区域R1长度过长，没有完全利用电化学装置内部空间，降低了电化学装置的能量密度；该比值大于2.5时，封装区域R1长度太短，无法达到良好的封装效果，电化学装置存在安全隐患。

在根据本实用新型的电化学装置中，参照图2和图3，在一实施例中，电芯1在极耳14所在的封装区域R形成有封装有隔离膜13的封装区域R1以及未封装有隔离膜13的封装区域R2，其中，封装有隔离膜13的封装区域R1的厚度T1与未封装有隔离膜13的封装区域R2的厚度T2之间的比值大于1且小于等于6。封装区域R1将包装袋2与隔离膜13封装在一起，其厚度T1大于只封装包装袋的封装区域R2的厚度T2，即厚度T1与厚度T2之间的比值大于1，厚度T1决定于封装区域R1的隔离膜13的厚度和层数；该比值大于6时，封装区域R1的厚度T1过大，封装区域R1的封装效果会受到影响，会出现因封装不良而影响电化学装置性能或安全的情况。图2和图3中，封装区域R1为封装有隔离膜13的封装区域，即延伸超出电芯1的正极极片11和负极极片12的部分隔离膜13被封装于封装区域R内的区域，也即隔离膜13和包装袋2被封装在一起的区域；封装区域R2为未封装有隔离膜13的封装区域，即仅为包装袋2封装在一起的区域。封装区域R1和封装区域R2组成电芯1的对应封装区域R。当然，依照实际生产工艺，电芯1的封装区域R也可以只形成有封装有隔离膜13的封装区域R1。

在根据本实用新型的电化学装置中，参照图3，在一实施例中，电芯1在极耳14所在的封装区域R形成封装有隔离膜13的封装区域R1，其中封装有隔离膜13的封装区域R1的长度L1与封装区域R的总长度L之间的比值为0.3～1。该比值越大，即封装区域R2的长度L2越小，封装区域出现封装不良的可能性越高；该比值越小，即封装区域R2的长度L2越大，电化学装置的内部空间利用率越低，电化学装置的能量密度越小。优选地，封装有隔离膜13的封装区域R1的长度L1与封装区域R的总长度L之间的比值为0.5。该比值选取0.5时，即长度L1与长度L2相等，此时封装区域R1和封装区域R2的长度均选取能够达到良好封装效果的最小值，既可以实现良好的封装效果，又可以实现电化学装置能量密度的最大化。

在根据本实用新型的电化学装置中，电芯1的隔离膜13延伸超出电芯1的正极极片11和负极极片12并在电芯1的底封处和/或侧封处与包装袋2封装在一起。从而可以进一步防止电芯1在包装袋2内的移动。

在隔离膜13的一实施例中，隔离膜13的材料可为聚烯烃膜。优选地，隔离膜13的材料为聚丙烯膜、聚乙烯膜或聚丙烯和聚乙烯的多层复合膜。

在包装袋2的一实施例中，优选地，包装袋2的材料为铝塑膜。

本实用新型的电化学装置可以为但不限制于锂离子电池、超级电容器。锂离子电池可以为软包装锂离子电池。

下面以软包装锂离子电池为例简单介绍根据本实用新型的电化学装置的封装工艺。

由于封装区域R2和R1两部分厚度不同，且两部分封装的物质不同，对两部分进行封装时需要采用不同的工艺参数，所以软包装锂离子电池的封装工序分两步进行。首先进行封装区域R1的封装，将超出电芯1的正极极片11和负极极片12的隔离膜13与包装袋2封装在一起，然后在其形成的封装区域R1的外部封装区域R2再进行一次封装，仅将包装袋2封装在一起，形成全部封装区域R。封装区域R1和封装区域R2所采用的封装工艺参数如表1所示。

表1封装区域R1和封装区域R2的封装工艺参数

封装区域	封装时间	封装压力	封装温度
				封装区域Rl	6-8s	0.5MPa	210-230℃
封装区域R2	3-4s	0.3MPa	170-190℃

如表1所示，封装区域R2的封装工艺参数与传统的软包装锂离子电池的封装工艺参数相同，封装区域R1的封装由于所封的物质较封装区域R2封装的层数更多、厚度更厚，需要加长封装时间、增大封装压力，并升高封装温度，以保证封装效果。经过多次实验，确定了表1中规定的封装区域R1的封装工艺参数，按照上述工艺参数既可以保证本实用新型的软包装锂离子电池封装区域良好的密封性、隔绝软包装锂离子电池内外环境，又可以保证将隔离膜和包装袋牢固连接在一起、避免电芯相对包装袋运动、保证软包装锂离子电池的安全性。

以下以软包装锂离子电池为例来对本实用新型的电化学装置的安全性能效果进行举例说明。下述各实施例和对比例制备的软包装锂离子电池所使用的正极材料、负极材料、电解液完全相同，除封装工艺外其他制备工序的工艺相同。

实施例1

按照本实用新型的软包装锂离子电池的封装工艺制备宽度57mm、长度56mm、厚度4.0mm的软包装锂离子电池，其中隔离膜13的厚度为0.014mm，隔离膜13层数为24层，使用的包装袋2的厚度为0.086mm。制成成品软包装锂离子电池后其正面透视图如图2所示，其中隔离膜13在包装袋2的长度方向上延伸超出电芯1的正极极片11和负极极片12的长度L0为5.3mm，封装有隔离膜13的封装区域R1的厚度T1为0.50mm-0.51mm，封装有隔离膜13的封装区域R1的长度L1为2.3mm，未封装有隔离膜13的封装区域R2的厚度T2为0.17mm-0.18mm，未封装有隔离膜13的封装区域R2的长度L2为2.3mm，封装区域R的总长度L为4.6mm。

对比例1

与实施例1不同的是，按照传统软包装锂离子电池的封装工艺制备，制成成品软包装锂离子电池后其正面透视图如图1所示。其封装区域R未封装有隔离膜13，封装区域R的厚度为0.17mm-0.18mm，封装区域R的长度为2.3mm（换句话说，对比例1的封装区域R仅采用实施例1的未封装有隔离膜13的封装区域R2）。

实施例2

按照本实用新型的软包装锂离子电池的封装工艺制备宽度34mm、长度82mm、厚度4.2mm的软包装锂离子电池，其中隔离膜13的厚度为0.012mm，隔离膜13的层数为26层，使用的包装袋2的厚度为0.115mm。制成成品软包装锂离子电池后其正面透视图如图2所示，其中隔离膜13在包装袋2的长度方向上延伸超出电芯1的正极极片11和负极极片12的长度L0为4.8mm，封装有隔离膜13的封装区域R1的厚度T1为0.54mm-0.55mm，封装有隔离膜13的封装区域R1的长度L1为2.3mm，未封装有隔离膜13的封装区域R2的厚度T2为0.22mm-0.23mm，未封装有隔离膜13的封装区域R2的长度L2为5.3mm，封装区域R的总长度L为7.6mm。

对比例2

与实施例2不同的是，按照传统软包装锂离子电池的封装工艺制备，制成成品软包装锂离子电池后其正面透视图如图1所示。封装区域R的厚度为0.22mm-0.23mm，封装区域R的长度为5.3mm（换句话说，对比例2的封装区域R仅采用实施例2的未封装有隔离膜13的封装区域R2）。

实施例3

按照本实用新型的软包装锂离子电池的封装工艺制备宽度55mm、长度52mm、厚度5.2mm的软包装锂离子电池，其中隔离膜13在包装袋2的长度方向上延伸超出电芯1的正极极片11和负极极片12的长度L0为7.95mm，隔离膜13的厚度为0.020mm，隔离膜13的层数为36层，使用的包装袋2的厚度为0.086mm。制成成品电池后其正面透视图如图2所示，其中封装有隔离膜13的封装区域R1的厚度T1为0.91mm-0.92mm，封装有隔离膜13的封装区域R1的长度L1为5.3mm，未封装有隔离膜13的封装区域R2的厚度T2为0.17mm-0.18mm，未封装有隔离膜13的封装区域R2的长度L2为2.3mm，封装区域R的总长度L为7.6mm。

对比例3

与实施例3不同的是，按照传统软包装锂离子电池的封装工艺制备，制成成品软包装锂离子电池后其正面透视图如图1所示。封装区域R的厚度为0.17mm-0.18mm，封装区域R的长度为2.3mm（换句话说，对比例3的封装区域R仅采用实施例3的未封装有隔离膜13的封装区域R2）。

取上述各实施例和对比例的软包装锂离子电池按照国标GB-18287-2000规定的方法进行自由跌落、碰撞和振动测试，测试结果记录于表2中（具体测试方法参阅GB-18287-2000）。

表2实施例和对比例的测试结果

从表2可以看出，在测试过程中，对比例1-3的软包装锂离子电池出现极耳断裂或电芯冲出封装区域等情况，造成软包装锂离子电池功能失效或出现安全问题。本实用新型的实施例1-3的所有软包装锂离子电池均顺利通过三项测试。由此可以看出，本实用新型的软包装锂离子电池在经受碰撞、跌落、撞击等恶劣情况时的安全性能得到了明显改善。

Claims (10)

1.一种电化学装置，包括：

电芯（1），包括正极极片（11）、负极极片（12）、以及置于正极极片（11）和负极极片（12）之间的隔离膜（13）；

电解液；以及

包装袋（2），封装电芯（1）并容纳电解液；其特征在于，

电芯（1）的隔离膜（13）延伸超出电芯（1）的正极极片（11）和负极极片（12）并与包装袋（2）封装在一起。

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，电芯（1）的隔离膜（13）延伸超出电芯（1）的正极极片（11）和负极极片（12）并在电芯（1）的底封处和/或侧封处和/或顶封处与包装袋（2）封装在一起。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，电芯（1）的隔离膜（13）延伸超出电芯（1）的正极极片（11）和负极极片（12）并在电芯（1）极耳（14）所在的封装区域（R）与包装袋（2）封装在一起。

4.根据权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，电芯（1）在极耳（14）所在的封装区域（R）形成封装有隔离膜（13）的封装区域（R1），其中隔离膜（13）在包装袋（2）的长度方向上延伸超出电芯（1）的正极极片（11）和负极极片（12）的长度（L0）与封装有隔离膜（13）的封装区域（R1）的长度（L1）之间的比值为1.5～2.5。

5.根据权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，电芯（1）在极耳（14）所在封装区域（R）形成封装有隔离膜（13）的封装区域（R1）以及未封装有隔离膜（13）的封装区域（R2），其中封装有隔离膜（13）的封装区域（R1）的厚度（T1）与未封装有隔离膜（13）的封装区域（R2）的厚度（T2）之间的比值大于1且小于等于6。

6.根据权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，电芯（1）在极耳（14）所在的封装区域（R）形成封装有隔离膜（13）的封装区域（R1），其中封装有隔离膜（13）的封装区域（R1）的长度（L1）与封装区域（R）的总长度（L）的比值为0.3～1。

7.根据权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，封装有隔离膜（13）的封装区域（R1）的长度（L1）与封装区域（R）的总长度（L）的比值优选为0.5。

8.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，电芯（1）为卷绕式电芯或叠片式电芯；包装袋（2）的材料为铝塑膜。

9.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，隔离膜（13）的材料为聚烯烃膜。

10.根据权利要求9所述的电化学装置，其特征在于，隔离膜（13）的材料为聚丙烯膜、聚乙烯膜或聚丙烯和聚乙烯的多层复合膜。

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