CN203690386U - 电芯及电化学装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电芯及电化学装置。电芯包括：正极极片；负极极片，宽度不小于正极极片的宽度；以及隔离膜，置于正极极片和负极极片之间且宽度大于负极极片的宽度；其中，在宽度方向的同一侧超出负极极片的区域的隔离膜的边缘涂有胶体，以将相邻层的隔离膜的边缘粘结在一起。电化学装置包括：上述电芯；电解液；以及包装袋，封装电芯并容纳电解液。在本实用新型中，利用胶体将相邻层的隔离膜的边缘粘结在一起，可有效防止电芯跌落时电压下降的风险，大大提高了电芯的可靠性和适应性，电芯设计工艺简单，成本低廉，胶体对电芯电化学性能无明显影响，保证电芯高能量密度。
Description
技术领域
本实用新型涉及储能器件领域，尤其涉及一种电芯及电化学装置。
背景技术
目前软包装锂离子电池具有能量密度高、安全性好、厚度薄、可定制任意形状等优势，在高端电子消费品市场占据主导地位。便携式电子产品在装机测试中，会模拟进行跌落测试实验，以验证电子产品在消费者手中使用时的可靠性。
在传统的软包装锂离子电池中，参照图1，电芯1由正极极片11、负极极片12和隔离膜13组成，其中负极极片宽度大于正极极片，隔离膜宽度大于负极极片。当电池沿电芯的宽度方向跌落时，电芯的极片由于惯性作用，会有一段位移。若电池向相反方向跌落时，极片则将向相反方向位移。隔离膜13在整个跌落过程中，两面受到的正极极片11和负极极片12的摩擦力不同，加上本身材质柔软，反复跌落会造成隔离膜13收缩起皱而不能有效隔离正极极片11和负极极片12，导致电池内部短路，如图1所示。目前，于2012年1月11日授权公告的中国专利CN101351906B公开了一种使用顶部密封的隔膜的电池组件及包含其的二次电池，其采用了通过固定隔膜以提高电池安全性的方法，将突出电极上端之外的隔膜向一个方向弯曲，热处理使所述隔膜的弯曲状态得以固定，并在弯曲表面形成绝缘覆盖层。防止外部物质进入电极组件，提高安全性。但此方法存在两个问题：一是采用与隔膜材料相同的聚烯烃进行热处理固定，聚烯烃熔融温度很高（120℃-160℃），粘结力差，易导致隔膜变形，工艺难度大。二是绝缘覆盖层厚度为1mm-3mm，将大大降低电池的能量密度。
实用新型内容
鉴于背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种电芯及电化学装置，其能有效防止电芯跌落时电压下降的风险。
为了实现上述目的，在第一方面，本实用新型提供了一种电芯，其包括：正极极片；负极极片，宽度不小于正极极片的宽度；以及隔离膜，置于正极极片和负极极片之间且宽度大于负极极片的宽度；其中，在宽度方向的同一侧超出负极极片的区域的隔离膜的边缘涂有胶体，以将相邻层的隔离膜的边缘粘结在一起。
为了实现上述目的，在第二方面，本实用新型提供了一种电化学装置，其包括：电芯；电解液；以及包装袋，封装电芯并容纳电解液；其中，所述电芯为根据本实用新型第一方面所述的电芯。
本实用新型的有益效果如下：
利用胶体将相邻层的隔离膜的边缘粘结在一起，使相邻层的隔离膜之间形成良好的相互力，保证电芯反复跌落时，电芯中的隔离膜不会因两面受到正极极片和负极极片的摩擦力不同而收缩起皱，从而有效地将正极极片与负极极片隔绝开来，避免正极极片与负极极片接触造成电芯内部短路。同时，由于胶体具有良好的弹性，可以起到良好的缓冲作用。本实用新型的电芯设计工艺简单，成本低廉，胶体对电芯电化学性能无明显影响，保证电芯高能量密度。由此，本实用新型的电芯可有效防止电芯跌落时电压下降的风险，大大提高了电芯的可靠性和适应性。
附图说明
图1为现有的软包装锂离子电池由于跌落导致隔离膜收缩起皱的结构示意图；
图2为根据本实用新型一实施例的电芯及电化学装置的结构示意图；
图3为根据本实用新型一实施例的电芯及电化学装置的结构示意图；
图4为根据本实用新型一实施例的电芯及电化学装置的结构示意图；以及
图5为根据本实用新型一实施例的电芯及电化学装置的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1电芯 131边缘
11正极极片 132胶体
12负极极片 2包装袋
13隔离膜 W宽度方向
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芯及电化学装置。
首先说明根据本实用新型第一方面的电芯1。
参照图2至图5，根据本实用新型的电芯1包括：正极极片11；负极极片12，宽度不小于正极极片11的宽度；以及隔离膜13，置于正极极片11和负极极片12之间且宽度大于负极极片12的宽度；其中，在宽度方向W的同一侧超出负极极片12的区域的隔离膜13的边缘131涂有胶体132，以将相邻层的隔离膜13的边缘131粘结在一起。
本实用新型的电芯利用胶体132将相邻层的隔离膜13的边缘131粘结在一起，使相邻层的隔离膜13之间形成良好的相互力，保证电芯反复跌落时，电芯中的隔离膜3不会因两面受到正极极片11和负极极片12的摩擦力不同而收缩起皱，从而有效地将正极极片11与负极极片21隔绝开来，避免正极极片11与负极极片21接触造成电芯内部短路。同时，由于胶体132具有良好的弹性，可以起到良好的缓冲作用。本实用新型的电芯设计工艺简单，成本低廉，胶体132对电芯电化学性能无明显影响，保证电芯高能量密度。由此，本实用新型的电芯可有效防止电芯跌落时电压下降的风险，大大提高了电芯的可靠性和适应性。
在根据本实用新型的电芯1的一实施例中，参照图2至图5，优选地，负极极片12的宽度大于正极极片11的宽度，从而防止析锂现象的发生。
在根据本实用新型的电芯1的一实施例中，参照图2和图5，仅位于电芯1的一侧的隔离膜13的边缘131（即沿宽度方向W的一侧，在图中为电芯1的底部，隔离膜13的边缘131在宽度方向W的该侧超出负极极片12）涂有胶体132，当然也可以仅位于电芯1的顶部的隔离膜13的边缘131（隔离膜13的边缘131在宽度方向W的该侧超出负极极片12）涂有胶体132；而在另一实施例中，参照图3和图4，隔离膜13的边缘131在宽度方向W的两侧超出负极极片12，位于电芯1的宽度方向W的两侧（即沿宽度方向W的两侧，在图中为电芯1的底部和顶部）的隔离膜13的边缘131涂有胶体132。
在根据本实用新型的电芯1的一实施例中，参照图3至图5，在宽度方向W的同一侧超出负极极片12的区域的隔离膜13的边缘131部分地（参见图3的顶部）或全部地（参见图3的底部、图4的顶部和底部、图5的底部）涂有胶体132。
在根据本实用新型的电芯1的一实施例中，参照图2至图4，在宽度方向W的同一侧超出负极极片12的区域的所有隔离膜13的边缘131全部粘结为一体（参见图4的顶部）或者多处粘结（参见图2的底部、图3的底部和图4的底部）。
在根据本实用新型的电芯1的一实施例中，参照图5，在宽度方向W的同一侧超出负极极片12的区域的隔离膜13的边缘131全部涂有胶体132并压平。压平后可以使隔离膜13的边缘131之间的粘结效果更好；另外，压平后可以避免涂有胶体132的隔离膜13的边缘131被封装入顶封区。
在根据本实用新型的电芯1的一实施例中，胶体132可为公知的聚丙烯酸类、有机硅胶类、聚乙烯醇（PVA）、环氧树脂、丁苯橡胶（SBR）、聚偏氟乙烯（PVDF）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚氧乙烯（PEO）、聚氧丙烯（PPO）、聚丙烯腈（PAN）、石蜡、聚氯乙烯（PVC）中的一种，当然，可以为这些中的几种。
在根据本实用新型的电芯1的一实施例中，胶体132可为采用热熔法制备的胶体132。在另一实施例中，胶体132可为采用溶解法制备的胶体132。在一实施例中，溶解法采用的溶剂可为纯水、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、环己烷中的一种或几种。涂覆后使胶体132固化（例如在室温通风条件下溶剂挥发，胶体132实现固化）从而将隔离膜13粘结在一起。
在根据本实用新型的电芯1的一实施例中，在宽度方向W的同一侧超出负极极片12的区域的隔离膜13的边缘131的长度可为0.5mm～1.25mm，隔离膜13的边缘131涂有的胶体132的长度可为0.1mm～0.5mm。在一实施例中，隔离膜13的边缘131涂有的胶体132的厚度可为5μm～50μm。
下面说明根据本实用新型第二方面的电化学装置。
参照图2至图5，根据本实用新型第二方面的电化学装置包括：电芯1；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，所述电芯1为根据本实用新型第一方面所述的电芯1。
在根据本实用新型第二方面的电化学装置的一实施例中，位于电芯1的至少一侧的隔离膜13的边缘131涂有胶体132，且边缘131通过胶体132与包装袋2粘结在一起。具体地，参照图3和图4，位于电芯1的顶部的隔离膜13的边缘131涂有胶体132，且所述边缘131通过所述胶体132与包装袋2粘结在一起（参照图3和图4的顶部），当然也可以位于电芯1的底部的隔离膜13的边缘131涂有胶体132，且所述边缘131通过所述胶体132与包装袋2粘结在一起。另外，也可以根据实际需要，使位于电芯1的两侧（顶部和底部）的隔离膜13的边缘131涂有胶体132，且所述两侧的边缘131通过所述胶体132与包装袋2粘结在一起，从而增强安全效果。
在根据本实用新型第二方面的电化学装置的一实施例中，所述电化学装置为电池或电容器。优选为锂离子电池或超级电容器。
以下以锂离子电池为例来对本实用新型第二方面的电化学装置的跌落安全效果进行举例说明。
实施例
正极材料为钴酸锂，负极材料为改性石墨，电解液为1mol/LLiPF6/EC+DEC+PC(质量比1:1:1)，隔离膜为16μm厚度的PE隔离膜，包装袋2为铝塑封装袋。电芯1由正极极片11、负极极片12和隔离膜13组成。胶体132采用聚丙烯酸胶，溶于丙酮溶剂，制成流动态胶液，胶液粘度控制在7000-12000cps，采用浸蘸法，将电芯1底部露出的隔离膜13在宽度方向W超出负极极片12的区域的边缘131（长度为1mm）浸入胶液，隔离膜13的边缘131浸入长度控制在约0.3mm，然后室温通风条件下使胶体132固化（胶体132的厚度为20μm），使相邻层的隔离膜13的边缘131部分粘结在一起。然后按照锂离子电池的制作工艺，即通过将电芯1密封在包装袋2中、注液等工序装配成锂离子电池进行测试。
对比例
与实施例不同的是，按照传统的锂离子电池的制作工艺装配成锂离子电池，即未采用利用胶体132将相邻层的隔离膜13的边缘粘结在一起的制作工艺。
实施例与对比例中的锂离子电池的充电条件为：使用0.5C恒流充电到4.2V，4.2V为进行1.5米跌落模拟测试的锂离子电池的额定电压，恒压充电到0.05C；静置时间为：5分钟。其放电条件为：使用0.5C恒流放电到3.0V。
分别对实施例与对比例中的锂离子电池进行1.5米跌落模拟测试。
测试设备：万用表。
测试方法：将锂离子电池用强力双面胶带固定在设计好的测试装置中内，保证锂离子电池和测试装置在跌落过程中没有相对移动。跌落所使用的锂离子电池为满电状态。将工装放置在1.5米高度的位置，按照六面和四角的顺序进行跌落测试，每个方向上各跌落3次。跌落前用万用表测量锂离子电池的初始电压，跌落后记录锂离子电池的最终电压。如果过程中出现电压差大于0.010V，则表示该锂离子电池不能通过跌落模拟测试。
表1实施例与对比例的跌落模拟测试结果
| 类别 | 跌落前电压（V） | 跌落后电压（V） | 电压差（V） | 结果 |
| 实施例 | 4.198 | 4.198 | 0 | 通过 |
| 对比例 | 4.197 | 4.165 | 0.032 | 失败 |
由表1可以看出，实施例中的锂离子电池的电压无异常，通过了1.5米电池跌落模拟测试；对比例中的锂离子电池在跌落时电压异常，电压下降0.032V，拆解电池，电池跌落失效的示意图如图1所示，其中，电池底端的部分隔离膜13起皱收缩，导致正极极片11与负极极片12出现接触而造成电池内部短路，该电池未能通过1.5米电池跌落模拟测试。
Claims (10)
1.一种电芯（1），包括：
正极极片（11）；
负极极片（12），宽度不小于正极极片（11）的宽度；以及
隔离膜（13），置于正极极片（11）和负极极片（12）之间且宽度大于负极极片（12）的宽度；
其特征在于，
在宽度方向（W）的同一侧超出负极极片（12）的区域的隔离膜（13）的边缘（131）涂有胶体（132），以将相邻层的隔离膜（13）的边缘（131）粘结在一起。
2.根据权利要求1所述的电芯（1），其特征在于，负极极片（12）的宽度大于正极极片（11）的宽度。
3.根据权利要求1所述的电芯（1），其特征在于，隔离膜（13）的边缘（131）在宽度方向（W）的两侧超出负极极片（12），且位于电芯（1）的宽度方向（W）的两侧的隔离膜（13）的边缘（131）涂有胶体（132）。
4.根据权利要求1所述的电芯（1），其特征在于，在宽度方向（W）的同一侧超出负极极片（12）的区域的隔离膜（13）的边缘（131）部分地或全部地涂有胶体（132）。
5.根据权利要求1所述的电芯（1），其特征在于，在宽度方向（W）的同一侧超出负极极片（12）的区域所有隔离膜（13）的边缘（131）全部粘结为一体或者多处粘结。
6.根据权利要求1所述的电芯（1），其特征在于，在宽度方向（W）的同一侧超出负极极片（12）的区域的隔离膜（13）的边缘（131）全部涂有胶体（132）并压平。
7.根据权利要求1所述的电芯（1），其特征在于，
在宽度方向（W）的同一侧超出负极极片（12）的区域的隔离膜（13）的边缘（131）的长度为0.5mm～1.25mm；
隔离膜（13）的边缘（131）涂有的胶体（132）的长度为0.1mm～0.5mm；
隔离膜（13）的边缘（131）涂有的胶体（132）的厚度为5μm～50μm。
8.一种电化学装置，包括：
电芯（1）；
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，所述电芯（1）为根据权利要求1-7中任一项所述的电芯（1）。
9.根据权利要求8所述的电化学装置，其特征在于，位于电芯（1）的至少一侧的隔离膜（13）的边缘（131）涂有胶体（132），且边缘（131）通过胶体（132）与包装袋（2）粘结在一起。
10.根据权利要求8所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置为电池或电容器。
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