CN203800092U - 锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有自我保护能力的锂离子电池，锂离子电池，包括由正极片、隔膜和负极片组装成的电芯，用于容置所述电芯的包装袋，以及填充于所述软质保护袋和所述电芯内的电解液，所述电芯内设置有密闭的且填充有保护剂的软质保护袋。相对于现有技术，本实用新型通过在电芯内部设置内部填充有保护剂的软质保护袋可以减少当电池受到外力冲击或热冲击时的燃烧，提高电池的安全性能。

Description

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，尤其涉及一种具有自我保护能力的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池一般分为两类：卷绕式和叠片式。顾名思义，卷绕式电池就是将正极片、隔膜和负极片的一端依次固定在卷针上，卷绕成电芯后，用胶带将尾部固定住，再抽出卷针，然后将其置于软质保护袋中，经过注液、抽真空、封装和活化等工序，制成锂离子电池；而叠片式电池则是将正极片、隔膜和负极片依次堆叠，形成电芯，然后将其置于软质保护袋中，经过注液、抽真空、封装和活化等工序，制成锂离子电池。

由上述的制备过程可以看出：现有技术中的卷绕式和叠片式锂离子电池的内部是没有任何保护结构的，当电池受到外部冲击时，电池主体直接受力而没有任何的缓冲结构，从而很容易造成电池的变形。此外，电池的阻燃性一般是由添加到电解液中的阻燃剂来实现的，抑制电池内HF的腐蚀则是通过在电解液中添加“防腐剂”来实现的，但是当电解液中的阻燃剂或者“防腐剂”过多时，电池的倍率及充放电效率等方面会受到影响。

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，而提供一种具有自我保护能力的锂离子电池。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：锂离子电池，包括由正极片、隔膜和负极片组装成的电芯，用于容置所述电芯的包装袋，以及填充于所述包装袋和所述电芯内的电解液，所述电芯内设置有密闭的且填充有保护剂的软质保护袋。

作为本实用新型锂离子电池的一种改进，所述软质保护袋设置为聚丙烯袋、聚乙烯袋、聚氯乙烯袋、聚苯乙烯袋或聚碳酸酯袋，这些材质的软质保护袋具有致密的结构，从而使得软质保护袋内的保护剂在正常使用情况下不会泄漏到电池内部，电池内部的电解液也不会浸入到软质保护袋内。而当电池受到冲击或者热烘烤时，这些膜又可以被压破或者因熔融而破裂，从而顺利地释放出其内部起到保护作用的保护剂，使电池具有自我保护功能。软质保护袋的透气度小于或等于20μm/pa·s，软质保护袋的透气度不能太大，否则软质保护袋内外的物质容易发生交换，影响软质保护袋作用的发挥。

作为本实用新型锂离子电池的一种改进，所述软质保护袋的壁厚为0.1-100μm。软质保护袋的厚度不能太大，否则当电池受到冲击或者热烘烤时，软质保护袋不易破裂；软质保护袋的厚度也不能太小，否则在正常使用时软质保护袋也容易破裂。

作为本实用新型锂离子电池的一种改进，所述软质保护袋的壁厚为2-50μm。

作为本实用新型锂离子电池的一种改进，所述软质保护袋的壁厚为10μm。

作为本实用新型锂离子电池的一种改进，所述电芯为卷绕式电芯，所述软质保护袋设置于所述电芯的中心空间内，并且所述软质保护袋的长度与所述中心空间的长度基本相等，所述软质保护袋的宽度与所述中心空间的宽度基本相等，所述软质保护袋的厚度与所述中心空间的厚度基本相等。其中，中心空间即卷绕时拔出卷针后留下的空间，软质保护袋正好填满该空间。当然，软质保护袋也可以设置在电芯的除中心空间以外的其他位置，此时，软质保护袋的大小可以根据用于容纳该软质保护袋的电芯内部的空间的大小灵活设定。

作为本实用新型锂离子电池的一种改进，所述电芯为叠片式电芯，所述软质保护袋的长度与所述负极片的长度基本相等，所述软质保护袋的宽度与所述负极片的宽度基本相等，并且所述软质保护袋的厚度小于或等于所述电芯厚度的十分之一。软质保护袋可以直接插入叠片式电池正极片与隔膜之间或者负极片与隔膜之间。

其中，保护剂为阻燃剂、防止HF对电芯产生腐蚀的防腐剂和惰性气体中的至少一种，保护剂的形态为气态或液态。其中，阻燃剂可以在电池发生短路或热冲击等意外情况时阻止电池燃烧；防腐剂可以起到当电解液泄露到电池外时，减少电解液对外的腐蚀；在电池起微火时，惰性气体可以将微火熄灭，避免火势扩大。当保护剂为气态时，可以通过将气体通入准备好的软质保护袋，然后及时密封软质保护袋的方法来制备；当保护剂为液态时，可以将保护剂注入软质保护袋内，然后将软质保护袋密封。液体和气体这两种形态的保护剂容易在软质保护袋破裂时喷出。

其中，阻燃剂为氯化铵水溶液和/或氟苯，这两种物质阻燃效果好，而且廉价易得，而且是液体形态。

防腐剂为六甲基二硅胺烷，其能够与HF发生反应，从而减少HF这种腐蚀性很强的酸对外界的污染和腐蚀；惰性气体为氮气或氩气，这两种气体廉价易得。

相对于现有技术，本实用新型通过在电芯内部设置内部填充有保护剂的软质保护袋而至少具有以下有益效果：

第一，当电池受到外部冲击时，软质保护袋的缓冲作用可以保护电池内部的极片和隔膜，使极片和隔膜不会轻易被折断或者破坏，而当冲击力达到一定程度以致于电池内部的极片受到损害而诱发短路时，软质保护袋被压破，从而释放阻燃剂以防止电池燃烧（保护剂包括阻燃剂时）；

第二，当电池受到热冲击，使得电池内部温度大于软质保护袋的熔融温度时，软质保护袋破裂，释放出保护物质（如惰性气体），从而可以减缓电池内部的发热反应，大大减小燃烧发生的可能性；

第三，当受到冲击或者热烘烤时，锂离子电池可能发生泄漏，此时，软质保护袋破裂，释放出能够防止HF对电芯产生腐蚀的防腐剂，从而减少电解液对外的腐蚀；

第四，由于保护剂不是直接添加至电解液中，能够保证电池倍率及充放电效率等方面性能的完好发挥。

第五，本实用新型中软质保护袋的位置没有局限性，既可以设置在电芯的中央区，也可以设置在非中央区，而且本实用新型的软质保护袋可以应用在卷绕式电池中，也可以应用在叠片式电池中，应用范围较广。

附图说明

图1为本实用新型实施例1-4的剖视图。

图2为本实用新型实施例5的剖视图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图详细描述本实用新型及其有益效果，但是，本实用新型的实施例并不局限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的锂离子电池，包括由正极片1、隔膜2和负极片3卷绕而成的电芯4，用于容置电芯4的包装袋5，以及填充于包装袋5和电芯4内的电解液，电芯4的中心空间设置有密闭的软质保护袋6，软质保护袋6内填充有保护剂。

软质保护袋6设置为聚丙烯袋，并且软质保护袋6的壁厚为10μm，软质保护袋6的透气度为10μm/pa·s，保护剂为阻燃剂氯化铵水溶液、防腐剂六甲基二硅胺烷和氮气，软质保护袋5设置于电芯4的中心空间内，并且软质保护袋6的长度与中心空间的长度基本相等，软质保护袋的宽度6与中心空间的宽度基本相等。

制备本实施例的电池时，先将正极片1、隔膜2和负极片3的一端均固定在卷针上，通过卷绕制成电芯4，在尾部用胶带固定，拔出卷针，形成中心空间。

然后，准备一个长度、宽度和厚度均与中心空间基本相等的且壁厚为10μm、透气度为10μm/pa·s的聚丙烯薄袋，先将氯化铵水溶液加入一边开口的聚丙烯薄袋内，然后注入六甲基二硅胺烷，最后再通入氮气，将开口边密封，即制得软质保护袋6。

最后，将软质保护袋6塞入电芯4的中心空间，将整个电芯4置于包装袋5内，按照常规工序制得锂离子电池。

实施例2

与实施例1不同的是：软质保护袋6设置为聚氯乙烯袋，并且软质保护袋6的壁厚为50μm，软质保护袋6的透气度为15μm/pa·s，保护剂为阻燃剂氯化铵水溶液、防腐剂六甲基二硅胺烷和氩气，其余同实施例1，这里不再赘述。

制备本实施例的电池时，先将正极片1、隔膜2和负极片3的一端均固定在卷针上，通过卷绕制成电芯4，在尾部用胶带固定，拔出卷针，形成中心空间。

然后，准备一个长度、宽度和厚度均与中心空间基本相等且壁厚为50μm、透气度为15μm/pa·s的聚氯乙烯袋，先将六甲基二硅胺烷加入一边开口的聚氯乙烯袋内，然后注入氯化铵水溶液，再通入氩气，将开口边密封，即制得软质保护袋6。

最后，将软质保护袋6塞入电芯4的中心空间，将整个电芯4置于包装袋5内，按照常规工序制得锂离子电池。

实施例3

与实施例1不同的是：软质保护袋6设置为聚苯乙烯袋，并且软质保护袋6的壁厚为1μm，软质保护袋6的透气度为5μm/pa·s，保护剂为阻燃剂氟苯和防腐剂六甲基二硅胺烷，其余同实施例1，这里不再赘述。

制备本实施例的电池时，先将正极片1、隔膜2和负极片3的一端均固定在卷针上，通过卷绕制成电芯4，在尾部用胶带固定，拔出卷针，形成中心空间。

然后，准备一个长度、宽度和厚度均与中心空间基本相等且壁厚为1μm、透气度为5μm/pa·s的聚苯乙烯膜，先将六甲基二硅胺烷加入一边开口的聚苯乙烯袋内，然后注入氟苯，将开口边密封，即制得软质保护袋6。

最后，将软质保护袋6塞入电芯4的中心空间，将整个电芯4置于包装袋5内，按照常规工序制得锂离子电池。

实施例4

与实施例1不同的是：软质保护袋6设置为聚乙烯袋，并且软质保护袋6的壁厚为30μm，软质保护袋6的透气度为3μm/pa·s，保护剂为阻燃剂氟苯和氮气，其余同实施例1，这里不再赘述。

制备本实施例的电池时，先将正极片1、隔膜2和负极片3的一端均固定在卷针上，通过卷绕制成电芯4，在尾部用胶带固定，拔出卷针，形成中心空间。

然后，准备一个长度、宽度和厚度均与中心空间基本相等且壁厚为30μm、透气度为3μm/pa·s的聚乙烯膜，先将氟苯加入一边开口的聚乙烯袋内，然后通入氮气，将开口边密封，即制得软质保护袋6。

最后，将软质保护袋6塞入电芯4的中心空间，将整个电芯4置于包装袋5内，按照常规工序制得锂离子电池。

实施例5

如图2所示，本实施例提供的锂离子电池，包括由正极片10、隔膜20和负极片30经过叠片工艺而制成的电芯40，用于容置电芯40的包装袋50，以及填充于包装袋50和电芯40内的电解液，位于电芯40的中间位置的正极片10和隔膜20之间设置有密闭的软质保护袋60，软质保护袋60内填充有保护剂，软质保护袋60设置为聚碳酸酯袋，软质保护袋60的壁厚为70μm，软质保护袋60的透气度为20μm/pa·s，保护剂为氟苯、六甲基二硅胺烷和氮气，软质保护袋60的长度与负极片30的长度基本相等，软质保护袋60的宽度与负极片30的宽度基本相等，并且软质保护袋60的厚度小于或等于电芯40厚度的十五分之一。

制备本实施例的电池时，先将正极片1、隔膜2和负极片3依次堆叠，形成电芯40。

然后，准备一个长度和宽度均与负极片30基本相等且壁厚为70μm、透气度为20μm/pa·s的聚碳酸酯膜，先将氟苯、六甲基二硅胺烷加入一边开口的聚碳酸酯袋内，然后通入氮气，将开口边密封，即制得软质保护袋60。

最后，将软质保护袋60塞入电芯40的位于中间位置的一个正极片10及与其相邻的隔膜20之间，再将整个电芯40置于包装袋50内，按照常规工序制得锂离子电池。

大压力冲击测试：分别从实施例1-5提供的电池中随即抽取10只做压力冲击测试，作为对比，选取10只未设置软质保护袋的常规电池，同样做压力冲击测试：用压力夹具分别向电池两面施加同等的压力（该压力应当能弄破电池），观察电池燃烧情况，所得结果见表1。

温度冲击测试：分别从实施例1-5提供的电池中随即抽取10只做温度冲击测试，作为对比，选取10只未设置软质保护袋的常规电池，同样做温度冲击测试：将电池置于100℃的烘箱中，观察电池燃烧情况，所得结果见表1。

表1：实施例1-5和对比组的电池测试情况。

由表1可知，本实用新型可以阻止电池在受到外力冲击或热冲击时的燃烧，提高电池的安全性能。

需要说明的是，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等同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 (7)

1.锂离子电池，包括由正极片、隔膜和负极片组装成的电芯，用于容置所述电芯的包装袋，以及填充于所述包装袋和所述电芯内的电解液，其特征在于：所述电芯内设置有密闭的且填充有保护剂的软质保护袋。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述软质保护袋设置为聚丙烯袋、聚乙烯袋、聚氯乙烯袋、聚苯乙烯袋或聚碳酸酯袋。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述软质保护袋的壁厚为0.1-100μm。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于：所述软质保护袋的壁厚为2-50μm。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于：所述软质保护袋的壁厚为10μm。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述电芯为卷绕式电芯，所述软质保护袋设置于所述电芯的中心空间内，并且所述软质保护袋的长度与所述中心空间的长度基本相等，所述软质保护袋的宽度与所述中心空间的宽度基本相等，所述软质保护袋的厚度与所述中心空间的厚度基本相等。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述电芯为叠片式电芯，所述软质保护袋的长度与所述负极片的长度基本相等，所述软质保护袋的宽度与所述负极片的宽度基本相等，并且所述软质保护袋的厚度小于或等于所述电芯厚度的十分之一。