CN203800131U - 卷绕式电芯及电化学装置 - Google Patents
卷绕式电芯及电化学装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203800131U CN203800131U CN201420112749.0U CN201420112749U CN203800131U CN 203800131 U CN203800131 U CN 203800131U CN 201420112749 U CN201420112749 U CN 201420112749U CN 203800131 U CN203800131 U CN 203800131U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- active material
- diaphragm
- battery core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 title abstract 9
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 62
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 30
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract 11
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 abstract 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 abstract 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 12
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000006257 cathode slurry Substances 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011076 safety test Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- QGHDLJAZIIFENW-UHFFFAOYSA-N 4-[1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-(4-hydroxy-3-prop-2-enylphenyl)propan-2-yl]-2-prop-2-enylphenol Chemical group C1=C(CC=C)C(O)=CC=C1C(C(F)(F)F)(C(F)(F)F)C1=CC=C(O)C(CC=C)=C1 QGHDLJAZIIFENW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTYYBJNSLLBAGE-UHFFFAOYSA-N CN1C(CCC1)=O.[N] Chemical compound CN1C(CCC1)=O.[N] OTYYBJNSLLBAGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N Propionic acid Chemical compound CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N butadiene-styrene rubber Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1 MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本实用新型提供了一种卷绕式电芯及电化学装置。卷绕式电芯包括：阴极极片，其阴极集流体的至少一个表面设置有含阴极活性材料的阴极膜片且阴极集流体在卷绕式电芯的卷绕收尾处未设置阴极膜片；阳极极片，其阳极集流体的至少一个表面设置有含阳极活性材料的阳极膜片且阳极集流体在卷绕式电芯的卷绕收尾处未设置阳极膜片；隔离膜，位于阴阳极片之间；自未设置阴极膜片的阴极集流体的末端起在未设置阴极膜片的阴极集流体的表面和/或自未设置阳极膜片的阳极集流体的末端起在未设置阳极膜片的阳极集流体的表面涂覆有NTC金属材料层，隔离膜向卷绕式电芯的卷绕收尾处的尾端延伸至NTC金属材料层的位置，以与NTC金属材料层一起使得阴阳极片电绝缘隔离开。
Description
技术领域
本实用新型涉及储能器件领域，尤其涉及一种卷绕式电芯及电化学装置。
背景技术
锂离子电池作为一种绿色的环保电池，具有高能量密度，高工作电压和长使用寿命的优点，在很多电子产品，如移动电话，手提电脑、摄像机、移动通讯等领域应用广泛。但锂离子电池行业存在机遇的同时也面临巨大挑战，要求兼顾能量密度又保证安全性能。
对于高容量的电芯，特别需要通过一些规定的安全性能检测指标，例如现在消费电子类电芯都要求高能量密度、高电压设计，而这类电芯在客户端是要经过150℃或者更高温度的长时间烘烤（baking）测试。为了顺利通过这类苛刻的安全测试。传统的做法是需要选择更安全的阴极极片、阳极极片、电解液、隔离膜以及更可靠的外界保护电路。然而对于活性材料的选择和体系的优化受到材料发展的制约，往往是比较有限的。对于选择外界保护电路，这种做法不仅使得电芯的成本增加，而且占用了外部空间，影响了电池的设计和能量密度；此外，额外增加外界保护电路还可能存在因外界保护电路失效带来的风险。
通过对电芯内热冲击实验测试的过程分析，可以看到高电压满充状态下的电芯进行150℃高温烘烤1小时，通常包括外部烘箱的热量传递、阳极化学反应的放热、阴极化学反应的放热、隔离膜在高温下收缩或融化导致阴极极片和阳极极片短路而释放出热等几个过程，其中造成热失控的主要是集中在140℃以后隔离膜开始闭孔，内部满嵌锂的阳极极片和阴极极片接触会出现激烈的放热反应导致电芯失效。
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卷绕式电芯及电化学装置，在所述卷绕式电芯应用于电化学装置时能避免热失控。
本实用新型的另一目的在于一种卷绕式电芯及电化学装置，其结构简单、可靠性强且成本低。
为了实现上述目的，在第一方面，本实用新型提供了一种卷绕式电芯，其包括：阴极极片，包括阴极集流体，阴极集流体的至少一个表面设置有含阴极活性材料的阴极膜片且阴极集流体在卷绕式电芯的卷绕收尾处未设置有含阴极活性材料的阴极膜片；阳极极片，包括阳极集流体，阳极集流体的至少一个表面设置有含阳极活性材料的阳极膜片且阳极集流体在卷绕式电芯的卷绕收尾处未设置有含阳极活性材料的阳极膜片；以及隔离膜，位于阴极极片和阳极极片之间；其中，自未设置有含阴极活性材料的阴极膜片的阴极集流体的末端起在未设置有含阴极活性材料的阴极膜片的阴极集流体的表面和/或自未设置有含阳极活性材料的阳极膜片的阳极集流体的末端起在未设置有含阳极活性材料的阳极膜片的阳极集流体的表面涂覆有NTC金属材料层，隔离膜向卷绕式电芯的卷绕收尾处的尾端延伸至NTC金属材料层的位置，以与NTC金属材料层一起使得阴极极片与阳极极片电绝缘隔离开。
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，其包括根据本实用新型第一方面所述的卷绕式电芯。
本实用新型的有益效果如下：
通过设置NTC金属材料层，在所述卷绕式电芯应用于电化学装置时能避免热失控；
结构简单、可靠性强且成本低。
附图说明
图1为根据本实用新型的卷绕式电芯的结构示意图，其中为了清楚起见，NTC金属材料层以透明方式示出。
其中，附图标记说明如下：
1阴极极片 211末端
11阴极集流体 22阳极膜片
111末端 3隔离膜
12阴极膜片 4 NTC金属材料层
2阳极极片 5卷绕收尾处
21阳极集流体
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卷绕式电芯及电化学装置。
首先说明根据本实用新型第一方面的卷绕式电芯。
参照图1，根据本实用新型第一方面的卷绕式电芯包括：阴极极片1，包括阴极集流体11，阴极集流体11的至少一个表面设置有含阴极活性材料的阴极膜片12且阴极集流体11在卷绕式电芯的卷绕收尾处5未设置有含阴极活性材料的阴极膜片12；阳极极片2，包括阳极集流体21，阳极集流体21的至少一个表面设置有含阳极活性材料的阳极膜片22且阳极集流体21在卷绕式电芯的卷绕收尾处5未设置有含阳极活性材料的阳极膜片22；以及隔离膜3，位于阴极极片1和阳极极片2之间。其中，自未设置有含阴极活性材料的阴极膜片12的阴极集流体11的末端111起在未设置有含阴极活性材料的阴极膜片12的阴极集流体11的表面和/或自未设置有含阳极活性材料的阳极膜片22的阳极集流体21的末端211起在未设置有含阳极活性材料的阳极膜片22的阳极集流体21的表面涂覆有NTC（Negative TemperatureCoefficient，负温度系数，缩写为NTC）金属材料层4，隔离膜3向卷绕式电芯的卷绕收尾处5的尾端延伸至NTC金属材料层4的位置，以与NTC金属材料层4一起使得阴极极片1与阳极极片2电绝缘隔离开。应注意的是，阴极集流体11可以仅在一个表面设置有含阴极活性材料的阴极膜片12，也可以在两个表面（正反表面）设置有含阴极活性材料的阴极膜片12；阳极集流体12可以仅在一个表面设置有含阳极活性材料的阳极膜片22，也可以在两个表面（正反表面）设置有含阳极活性材料的阳极膜片22；NTC金属材料层4可以涂覆在相应未设置有活性材料的膜片的集流体（阴极集流体11和/或阳极集流体12）的一个表面或两个表面，可以视具体的实际情况来确定，只要能达到与相应的隔离膜3一起将阴极极片1和阳极极片2电隔离即可。
NTC金属材料层4代替了背景技术中的部分隔离膜3，在电化学装置正常使用的温度下可以保持绝缘性质，并与隔离膜3一起将阴极极片1和阳极极片2隔离开。而当电化学装置为二次电池且使用时卷绕式电芯的温度高于热失控的温度时，NTC金属材料层4的电阻值会急剧降低到一定可设计阻值，该状态下可以实现阴极极片1和阳极极片2以一个稳定的倍率电流进行短路放电（即自放电），卷绕式电芯电压下降，故能保证在一些特殊安全测试，诸如热冲击、高温短路、过充等测试中避免由于隔离膜收缩、高氧化态的阴极与电解液的反应放热等导致的热失控，提高电化学装置的安全性。
在根据本实用新型第一方面的卷绕式电芯的一实施例中，阴极集流体11为铝箔，阳极集流体21为铜箔。当然不限于此，阴极集流体11以及阳极集流体21的材质的选用可以依据实际应用的电化学装置来确定。
在根据本实用新型第一方面的卷绕式电芯的一实施例中，隔离膜3向卷绕式电芯的卷绕收尾处5的尾端延伸至NTC金属材料层4的位置处，以使隔离膜3与NTC金属材料层4部分重叠。当然不限于此，理论上可以隔离膜3向卷绕式电芯的卷绕收尾处5的尾端延伸至NTC金属材料层4的位置对接，以形成一体式的使阴极极片1和阳极极片2电隔离即可。
在根据本实用新型第一方面的卷绕式电芯的一实施例中，当自未设置有含阴极活性材料的阴极膜片12的阴极集流体11的末端111起在未设置有含阴极活性材料的阴极膜片12的阴极集流体11的表面涂覆有NTC金属材料层4时，自未设置有含阴极活性材料的阴极膜片12的阴极集流体11的末端111起在未设置有含阴极活性材料的阴极膜片12的阴极集流体11的表面涂覆的NTC金属材料层4涂覆在部分或全部的未设置有含阴极活性材料的阴极膜片12的阴极集流体11的该表面上。
在根据本实用新型第一方面的卷绕式电芯的一实施例中，当自未设置有含阳极活性材料的阳极膜片22的阳极集流体21的末端211起在未设置有含阳极活性材料的阳极膜片22的阳极集流体21的表面涂覆有NTC金属材料层4时，自未设置有含阳极活性材料的阳极膜片22的阳极集流体21的末端起在未设置有含阳极活性材料的阳极膜片22的阳极集流体21的表面涂覆的NTC金属材料层4涂覆在部分或全部的未设置有含阳极活性材料的阳极膜片22的阳极集流体21的该表面上。
在根据本实用新型第一方面的卷绕式电芯的一实施例中，NTC金属材料层4的总厚度可为0.05mm～10.0mm。
在根据本实用新型第一方面的卷绕式电芯的一实施例中，NTC金属材料层4的材料可为锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌的金属氧化物的其中之一。
在根据本实用新型第一方面的卷绕式电芯的一实施例中，NTC金属材料层4可具有在100℃时100-1000欧姆的电阻。
下面说明根据本实用新型第二方面的电化学装置。
根据本实用新型第二方面的电化学装置包括根据本实用新型第一方面所述的卷绕式电芯。
根据本实用新型第二方面的电化学装置中，所述电化学装置可为电池或电容器。电池可以但不限于锂离子电池，电容器可以但不限于锂离子超级电容器。
最后给出根据本实用新型的卷绕式电芯以及电化学装置的实施例及检测结果。
实施例
按照常规锂离子电池（为电化学装置的一种）制作方法和工序，将钴酸锂（LiCoO2）、导电碳、粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）以质量比96:2:2加入氮甲基吡咯烷酮（NMP）中混合搅拌均匀制成阴极活性材料浆料涂覆在12μm厚的阴极集流体铝箔的正反两个表面上，之后进行辊压、烘干、裁剪，成为阴极极片。该阴极极片包括由阴极活性材料浆料形成的单面厚度为111μm的阴极膜片以及尾部的未设置有含阴极活性材料的阴极膜片的阴极集流体（留有一圈），在未设置有含阴极活性材料的阴极膜片的阴极集流体的末端的正反两个表面上熔融涂覆0.05mm总厚度的NTC金属材料层（即二氧化锰层），之后冷却。
将石墨、导电碳、粘结剂丁苯橡胶、增稠剂羧甲基纤维素钠（CMC）以质量比95.7:1:3.1:0.2加入去离子水中混合搅拌均匀制成阳极活性材料浆料，将阳极活性材料浆料涂覆在8μm厚的阳极集流体铜箔的正反两个表面上，之后进行辊压、烘干、裁剪，成为阳极极片。该阳极极片包括阳极活性材料浆料形成的单面厚度为111μm的阳极膜片以及尾部的未设置有含阳极活性材料的阳极膜片的阳极集流体（留有一圈），在设置有含阳极活性材料的阳极膜片的阳极集流体的末端的正反两个表面上熔融涂覆0.05mm总厚度的NTC金属材料层（即氧化铜层），之后冷却。
隔离膜采用16μm的聚丙烯（PP）隔离膜。
将带有NTC金属材料层的阴极极片以及带有NTC金属材料层的阳极极片以及一定长度的隔离膜卷绕成的裸电芯，隔离膜与NTC金属材料层（二者的重叠长度为3mm）一起将阳极极片和阴极极片间隔开。
然后将卷绕成的裸电芯装入铝塑膜制成的包装壳体中，向壳体内注入电解液，以六氟磷酸锂（LiPF6）为锂盐，乙烯碳酸酯(EC)和丙烯碳酸酯(PC)、二甲基碳酸酯(DMC)，甲基乙酸酯(MA)的质量比为1:1:2:1，形成电解液，再经化成、陈化、排气、整形等工艺制得锂离子电池，容量为4.0Ah。
比较例
除了不设置NTC金属材料层以及调整隔离膜长度以使隔离膜将阴极极片和阳极极片隔开外，其他与实施例相同。
卷绕式电芯以及电化学装置的实施例及比较例的检测过程如下：
将比较例的锂离子电池满充到4.2V并静置1小时，将电池放置在烘箱中，并用每分钟5±2℃的升温速度加热到150℃，然后保持30分钟，电池表面温升至140℃持续60min，锂离子电池出现爆炸燃烧。
实施例：与比较例的测试条件相同，实施例的测试结果是当电池表面温度升至120℃时，电芯的电压已降为0V左右，由此可初步认为电芯通过内部稳定电流短路避免出现热失控。
从上述测试可以看出，150℃热箱试验中，没有外部电能的输入，只有内部烘箱的加热和电池内部的活性材料的内能以及贮存在锂离子电池中的电能。从着火温度实验上看，烘箱的温度不足达到处于满充状态的活性材料的着火点。那么电池着火的原因是锂离子电池内部的物质电能或者是内能的释放，如比较例中的电芯必须升温到140℃以上，隔离膜才会出现收缩，从而形成短路，并且这种短路是不可控的，因为隔离膜的收缩是不均匀和不可控的。所以电芯在这样一个高温态下存在有外部烘箱的热量传递、阳极化学反应的放热、阴极化学反应的放热、隔离膜在高温下收缩或融化导致阴极极片和阳极极片短路而放热等因素，当足够的热量被释放后，将引起锂离子电池内部剧烈的化学反应，最后热失控而着火。
在实施例中通过设置NTC金属材料层（即取代了部分隔离膜），相对于完全直接用隔离膜绝缘阴极极片和阳极极片的传统方式，可以通过对涂覆NTC金属材料层中的金属材料的种类、涂覆厚度和长度的控制，使得电芯在预设的温度下，NTC金属材料的电阻开始变为预设的阻值，从而使得锂离子电池的阴极极片和阳极极片短路并以一个稳定的电流倍率来放电，而且在达到高温的时候电池基本将电放完，从而避免了在更高温度下，电芯的阴极活性材料由于结构稳定性出现析氧反应、阳极满嵌锂的石墨放热反应、电解液激烈分解等各种各样的放热反应导致电芯失效。
Claims (10)
1.一种卷绕式电芯，包括：
阴极极片（1），包括阴极集流体（11），阴极集流体（11）的至少一个表面设置有含阴极活性材料的阴极膜片（12）且阴极集流体（11）在卷绕式电芯的卷绕收尾处（5）未设置有含阴极活性材料的阴极膜片（12）；
阳极极片（2），包括阳极集流体（21），阳极集流体（21）的至少一个表面设置有含阳极活性材料的阳极膜片（22）且阳极集流体（21）在卷绕式电芯的卷绕收尾处（5）未设置有含阳极活性材料的阳极膜片（22）；以及
隔离膜（3），位于阴极极片（1）和阳极极片（2）之间；
其特征在于，自未设置有含阴极活性材料的阴极膜片（12）的阴极集流体（11）的末端（111）起在未设置有含阴极活性材料的阴极膜片（12）的阴极集流体（11）的表面和/或自未设置有含阳极活性材料的阳极膜片（22）的阳极集流体（21）的末端（211）起在未设置有含阳极活性材料的阳极膜片（22）的阳极集流体（21）的表面涂覆有NTC金属材料层（4），隔离膜（3）向卷绕式电芯的卷绕收尾处（5）的尾端延伸至NTC金属材料层（4）的位置，以与NTC金属材料层（4）一起使得阴极极片（1）与阳极极片（2）电绝缘隔离开。
2.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，阴极集流体（11）为铝箔，阳极集流体（21）为铜箔。
3.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，隔离膜（3）向卷绕式电芯的卷绕收尾处（5）的尾端延伸至NTC金属材料层（4）的位置处，以使隔离膜（3）与NTC金属材料层（4）部分重叠。
4.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，当自未设置有含阴极活性材料的阴极膜片（12）的阴极集流体（11）的末端（111）起在未设置有含阴极活性材料的阴极膜片（12）的阴极集流体（11）的表面涂覆有NTC金属材料层（4）时，自未设置有含阴极活性材料的阴极膜片（12）的阴极集流体（11）的末端（111）起在未设置有含阴极活性材料的阴极膜片（12）的阴极集流体（11）的表面涂覆的NTC金属材料层（4）涂覆在部分或全部的未设置有含阴极活性材料的阴极膜片（12）的阴极集流体（11）的该表面上。
5.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，当自未设置有含阳极活性材料的阳极膜片（22）的阳极集流体（21）的末端（211）起在未设置有含阳极活性材料的阳极膜片（22）的阳极集流体（21）的表面涂覆有NTC金属材料层（4）时，自未设置有含阳极活性材料的阳极膜片（22）的阳极集流体（21）的末端起在未设置有含阳极活性材料的阳极膜片（22）的阳极集流体（21）的表面涂覆的NTC金属材料层（4）涂覆在部分或全部的未设置有含阳极活性材料的阳极膜片（22）的阳极集流体（21）的该表面上。
6.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，NTC金属材料层（4）的总厚度为0.05mm～10.0mm。
7.根据权利要求1所述的卷绕式电芯，其特征在于，NTC金属材料层（4）的材料为锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌的金属氧化物的其中之一。
8.根据权利要求5所述的卷绕式电芯，其特征在于，NTC金属材料层（4）具有在100℃时100～1000欧姆的短路电阻。
9.一种电化学装置，包括根据权利要求1-8中任一项所述的卷绕式电芯。
10.根据权利要求9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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420112749.0U CN203800131U (zh) | 2013-09-09 | 2014-03-13 | 卷绕式电芯及电化学装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201320560293.X | 2013-09-09 | ||
| CN201320560293 | 2013-09-09 | ||
| CN201420112749.0U CN203800131U (zh) | 2013-09-09 | 2014-03-13 | 卷绕式电芯及电化学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203800131U true CN203800131U (zh) | 2014-08-27 |
Family
ID=51382324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420112749.0U Expired - Lifetime CN203800131U (zh) | 2013-09-09 | 2014-03-13 | 卷绕式电芯及电化学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203800131U (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104868158A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-08-26 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池 |
| CN109473729A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-15 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置 |
| CN112259806A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-22 | 东莞市创明电池技术有限公司 | 卷绕型电池制作方法及卷绕型电池半成品结构 |
| CN112768623A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-07 | Oppo广东移动通信有限公司 | 电池及其电芯 |
| CN113497268A (zh) * | 2020-03-18 | 2021-10-12 | 荣盛盟固利新能源科技有限公司 | 一种软包电芯结构、软包电池及电化学装置 |
| CN113764835A (zh) * | 2020-05-27 | 2021-12-07 | 荣盛盟固利新能源科技有限公司 | 一种电池安全保护装置及叠片式锂离子电池 |
-
2014
- 2014-03-13 CN CN201420112749.0U patent/CN203800131U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104868158A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-08-26 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池 |
| CN109473729A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-15 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置 |
| CN109473729B (zh) * | 2018-11-05 | 2020-11-13 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置 |
| US11444333B2 (en) | 2018-11-05 | 2022-09-13 | Ningde Amperex Technology Limited | Electrochemical device |
| US11978862B2 (en) | 2018-11-05 | 2024-05-07 | Ningde Amperex Technology Limited | Electrochemical device |
| CN113497268A (zh) * | 2020-03-18 | 2021-10-12 | 荣盛盟固利新能源科技有限公司 | 一种软包电芯结构、软包电池及电化学装置 |
| CN113764835A (zh) * | 2020-05-27 | 2021-12-07 | 荣盛盟固利新能源科技有限公司 | 一种电池安全保护装置及叠片式锂离子电池 |
| CN112259806A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-22 | 东莞市创明电池技术有限公司 | 卷绕型电池制作方法及卷绕型电池半成品结构 |
| CN112768623A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-07 | Oppo广东移动通信有限公司 | 电池及其电芯 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN203800131U (zh) | 卷绕式电芯及电化学装置 | |
| US7833661B2 (en) | Electrolytes for lithium ion secondary batteries | |
| Wen et al. | Smart materials and design toward safe and durable lithium ion batteries | |
| CN100409464C (zh) | 锂充电电池 | |
| CN103117382B (zh) | 一种能提高安全性能的锂离子电池负极材料的制备方法 | |
| KR102179415B1 (ko) | 다중 저항 레벨을 갖는 재충전 배터리 | |
| WO2021253994A1 (zh) | 一种柔性电池组的制备方法及制得的柔性电池组 | |
| US20100119940A1 (en) | Secondary battery | |
| JP2954147B1 (ja) | 防爆型二次電池 | |
| JP2001176497A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| US20140030606A1 (en) | Separator for electrochemical device, method for producing the same, and electrochemical device | |
| JP7262605B2 (ja) | 内部短絡誘導のための電気化学素子及びそれを用いた安全性評価方法 | |
| CN109167099B (zh) | 一种高安全的电池及其制备方法 | |
| CN105322177A (zh) | 一种锂离子电池极片及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN101924243A (zh) | 锂离子电池 | |
| CN203119049U (zh) | 一种锂离子电池 | |
| KR102656799B1 (ko) | 전지의 내부단락 유도장치, 이를 포함하는 전지 및 전지의 내부단락을 통한 안전성 평가방법 | |
| CN101510597B (zh) | 锂离子电池及其隔离膜 | |
| CN101894971A (zh) | 锂离子二次电池 | |
| JP5699890B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| CN104538668A (zh) | 一种具有较高安全性锂离子电池及其制备方法 | |
| US20170084904A1 (en) | Cylindrical single-piece lithium-ion battery of 400Ah and its preparation method | |
| JP2000277176A (ja) | リチウム二次電池及び使用方法 | |
| CN202905908U (zh) | 一种使用卷绕式电芯的锂离子二次电池 | |
| CN202839867U (zh) | 一种卷绕式锂离子二次电池的电芯 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140827 |