CN203800134U - 一种卷绕式锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种卷绕式锂离子电池，包括由正极片、隔膜和负极片卷绕而成的电芯，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，所述电芯的中心空间内设置有密闭的、内部填充有保护剂的、可承受12-20个大气压且在该大气压下的形变率小于10%的硬质保护袋。相对于现有技术，本实用新型通过在电芯的中心空间设置内部填充有保护剂的硬质保护袋可以减少电池变形的可能性，而且可以减少当电池受到外力冲击或热冲击时的燃烧，同时，硬质保护袋还可以充当卷绕式电池的卷针而无需拔出，可以减少内圈隔膜起皱现象的发生。

Description

一种卷绕式锂离子电池

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卷绕式锂离子电池。 

背景技术

卷绕式锂离子电池是将正极片、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，然后将其置于包装袋中，经过注液、抽真空、封装和活化等工序，制成锂离子电池。由于卷针一般是采用金属条，因此在抽出卷针的过程中，容易使得内圈的隔离膜起皱，影响电池的厚度一致性。 

而且，由上述的制备过程可以看出：现有技术中的卷绕式锂离子电池的内部是没有任何保护结构的，当有外力撞击电池时，由于电池本身不具有缓冲物质，因此很容易变形。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卷绕式锂离子电池。 

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种卷绕式锂离子电池，包括由正极片、隔膜和负极片卷绕而成的电芯，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，所述电芯的中心空间内设置有密闭的、内部填充有保护剂的、可承受12-20个大气压且在该大气压下的形变率小于10%的硬质保护袋。若硬质保护袋可承受的压力太大，则当电池受到冲击或者热烘烤时，硬质保护袋很难破裂，保护剂就很难释放出来起到保护作用；而若硬质保护袋可承受的压力太小，则在电池的制备过程中（如在整形步骤中）硬质保护袋就容易被压破，使得硬质保护袋无法形同虚设。保护剂对硬质保护袋应当具有一定的压强，使得当硬质保护袋破裂时，保护剂能够喷出来。 

其中，中心空间即现有技术中的锂离子电池在卷绕时拔出卷针后留下的空间，本实用新型中硬质保护袋充当卷针。 

作为本实用新型卷绕式锂离子电池的一种改进，所述硬质保护袋设置为致密的金属袋或致密的塑胶袋，这两种材质的硬质保护袋能够承受较大的压强。而且致密的结构使得硬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包装袋内。而当电池受到冲击或者热烘烤时，金属袋或塑胶袋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。 

硬质保护袋的透气度小于或等于20μm/pa·s，硬质保护袋的透气度不能太大，否则硬质保护袋内外的物质容易发生交换，影响硬质保护袋作用的发挥。 

作为本实用新型卷绕式锂离子电池的一种改进，所述硬质保护袋设置为镍合金袋。 

作为本实用新型卷绕式锂离子电池的一种改进，所述硬质保护袋设置为聚四氟乙烯塑胶袋。 

作为本实用新型卷绕式锂离子电池的一种改进，所述硬质保护袋的壁厚为5-100μm。硬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，包装袋不易破裂；硬质保护袋的厚度也不能太小，否则在正常使用时包装袋也容易破裂。 

作为本实用新型卷绕式锂离子电池的一种改进，所述硬质保护袋的壁厚为10-50μm。 

作为本实用新型卷绕式锂离子电池的一种改进，所述硬质保护袋的壁厚为30μm。 

作为本实用新型卷绕式锂离子电池的一种改进，所述硬质保护袋的形状为圆柱形或长方体形，硬质保护袋的形状可以根据电池的形状来选择。 

作为本实用新型卷绕式锂离子电池的一种改进，所述硬质保护袋的长度与所述中心空间的长度相等，所述硬质保护袋的宽度与所述中心空间的宽度相等，所述硬质保护袋的厚度与所述中心空间的厚度相等。 

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、液态、固态、胶体状和凝胶状中的至少一种。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硬质保护袋，然后及时密封包装袋的方法来制备；当保护剂为固态、溶胶或凝胶时，可以直接将保护剂加入硬质保护袋内，然后将硬质保护袋密封；当保护剂为液态时，可以将保护剂注入硬质保护袋内，然后将硬质保护袋密封。其中，优选的液体和气体，因为这两种形态的保护剂容易在硬质保护袋破裂时喷出。 

阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、氯化铵、磷酸三苯酯、聚四氟乙烯和氟苯中的至少一种，这几种物质阻燃效果好，而且廉价易得。 

防腐剂为铝硅酸盐、六甲基二硅胺烷、氧化钙和三氧化二铝中的至少一种，这几种物质能够与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的中心空间设置内部填充有保护剂的硬质保护袋而至少具有以下有益效果： 

第一，硬质保护袋能够提供从内到外的支撑力，减少电池变形的可能性；

第二，当电池受到外部冲击时，硬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，硬质保护袋被压破，由于硬质保护袋内的压力使得阻燃剂快速及时地被释放，从而以防止电池燃烧（保护剂包括阻燃剂时）；

第三，当电池受到热冲击，使得电池内部温度大于硬质保护袋（当硬质保护袋为塑胶袋时）的熔融温度时，硬质保护袋破裂，由于硬质保护袋内的压力使得保护物质（如惰性气体）快速释放，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；

第四，当受到冲击或者热烘烤时，锂离子电池可能发生泄漏，此时，硬质保护袋破裂，由于硬质保护袋内的压力使得能够防止HF对电芯产生腐蚀的防腐剂快速释放出来，从而减少电解液对外的腐蚀；

第五，由于保护剂不是直接添加至电解液中，从而能够保证电池倍率及充放电效率等方面性能的完好发挥。

第六，本实用新型中的硬质保护袋充当了卷绕式锂离子电池的卷针，卷绕完成后，无需拔出卷针，从而不会使得内圈的隔离膜起皱，保证电池厚度的一致性。 

附图说明

图1为本实用新型的剖视图。 

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发及其有益效果，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硬质保护袋6，硬质保护袋6内填充有保护剂。

硬质保护袋6设置为致密的镍铬合金袋，并且硬质保护袋6的壁厚为10μm，硬质保护袋6的透气度为10μm/pa·s，保护剂为阻燃剂氢氧化铝溶胶、防腐剂六甲基二硅胺烷和氮气，硬质保护袋6的形状为长方体形，且硬质保护袋6设置于电芯4的中心空间内，并且硬质保护袋6的长度与中心空间的长度相等，硬质保护袋的宽度6与中心空间的宽度相等，硬质保护袋6的厚度与中心空间的厚度相等。 

制备本实施例的电池时，先准备一个壁厚为10μm、透气度为10μm/pa·s的镍铬合金袋，然后将氢氧化铝溶胶加入一边开口的镍铬合金袋内，然后注入六甲基二硅胺烷，最后再通入氮气，将开口边密封，即制得硬质保护袋6。 

然后将正极片1、隔膜2和负极片3的一端均固定在硬质保护袋6上，通过卷绕制成电芯4，在尾部用胶带固定，再将整个电芯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：硬质保护袋6设置为致密的镍锆合金袋，并且硬质保护袋6的壁厚为50μm，硬质保护袋6的透气度为15μm/pa·s，保护剂为阻燃剂氯化铵水溶液、防腐剂氧化钙和氩气，其余同实施例1，这里不再赘述。

制备本实施例的电池时，先准备一个壁厚为50μm、透气度为15μm/pa·s的镍锆合金袋，然后将氧化钙颗粒加入一边开口的镍锆合金袋内，然后注入氯化铵水溶液，再通入氩气，将开口边密封，即制得硬质保护袋6。 

然后将正极片1、隔膜2和负极片3的一端均固定在硬质保护袋6上，通过卷绕制成电芯4，在尾部用胶带固定，再将整个电芯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：硬质保护袋6设置为致密的聚四氟乙烯塑胶袋，并且硬质保护袋6的壁厚为5μm，硬质保护袋6的透气度为5μm/pa·s，保护剂为阻燃剂氟苯、防腐剂三氧化二铝和氮气，其余同实施例1，这里不再赘述。

制备本实施例的电池时，先准备一个壁厚为5μm、透气度为5μm/pa·s的聚四氟乙烯塑胶袋，然后将三氧化二铝加入一边开口的聚四氟乙烯塑胶袋内，然后注入氟苯，最后再通入氮气，将开口边密封，即制得硬质保护袋6。 

然后将正极片1、隔膜2和负极片3的一端均固定在硬质保护袋6上，通过卷绕制成电芯4，在尾部用胶带固定，再将整个电芯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：硬质保护袋6为结构致密的聚四氟乙烯塑胶袋，并且硬质保护袋6的壁厚为30μm，硬质保护袋6的透气度为3μm/pa·s，保护剂为阻燃剂氢氧化镁凝胶和氮气，其余同实施例1，这里不再赘述。

制备本实施例的电池时，先准备一个壁厚为30μm、透气度为3μm/pa·s的聚四氟乙烯塑胶袋，然后将氢氧化镁凝胶加入一边开口的聚四氟乙烯塑胶袋内，然后通入氮气，将开口边密封，即制得硬质保护袋6。 

然后将正极片1、隔膜2和负极片3的一端均固定在硬质保护袋6上，通过卷绕制成电芯4，在尾部用胶带固定，再将整个电芯4置于包装袋5内，按照常规工序制得锂离子电池。 

小压力冲击测试：分别从实施例1-4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只未设置硬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（以不弄破电池为限），观察电池变形情况，所得结果见表1。 

大压力冲击测试：分别从实施例1-4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只未设置硬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3-4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只未设置硬质保护袋的常规电池，同样做温度冲击测试：将电池置于200℃的烘箱中，观察电池燃烧情况，所得结果见表1。 

表1：实施例1-4和对比组的电池测试情况。 

 由表1可知，本实用新型可以减少电池的变形，而且可以阻止电池在受到外力冲击或热冲击时的燃烧。 

此外，由于本实用新型中的硬质保护袋充当了卷绕式锂离子电池的卷针，卷绕完成后，无需拔出卷针，因此不会使得内圈的隔离膜起皱，进而可以较好地保证电池厚度的一致性。 

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 (10)

1.一种卷绕式锂离子电池，包括由正极片、隔膜和负极片卷绕而成的电芯，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：所述电芯的中心空间内设置有密闭的、内部填充有保护剂的、可承受12-20个大气压且在该大气压下的形变率小于10%的硬质保护袋。

2.根据权利要求1所述的卷绕式锂离子电池，其特征在于：所述硬质保护袋设置为致密的金属袋或致密的塑胶袋。

3.根据权利要求2所述的卷绕式锂离子电池，其特征在于：所述硬质保护袋设置为镍合金袋。

4.根据权利要求2所述的卷绕式锂离子电池，其特征在于：所述硬质保护袋设置为聚四氟乙烯塑胶袋。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述硬质保护袋的壁厚为5-100μm。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于：所述硬质保护袋的壁厚为10-50μm。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于：所述硬质保护袋的壁厚为30μm。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述硬质保护袋的形状为圆柱形或长方体形。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于：所述硬质保护袋的长度与所述中心空间的长度相等，所述硬质保护袋的宽度与所述中心空间的宽度相等，所述硬质保护袋的厚度与所述中心空间的厚度相等。

10.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述硬质保护袋设置为所述电芯的卷针。