CN204156031U - 带液囊和夹板装置的软包装锂离子电池 - Google Patents

带液囊和夹板装置的软包装锂离子电池 Download PDF

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宗继月
郭章飞
张敬捧
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Abstract

本实用新型涉及一种带液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，属于电池领域。解决软包装锂离子电池极片之间容易变得疏松，引起电池变形进而产生电解液过快消耗和析锂，使电池循环性能迅速降低的问题。本实用新型采用的技术方案为：包括软包电池体、液囊及夹紧电池体和液囊的两夹板；液囊设置在软包电池本体的一侧或底部。本实用新型通过在软包装锂离子电池上设置夹板装置，可以使电池极片间接触更加紧密，降低了电池内阻随循环增加的速度，降低析锂速度和电解液的消耗速度，电池内部产生的气体也可以及时通过夹板的挤压排出到液囊中；通过增加液囊结构，电池内部电解液的消耗的同时，液囊内的富余电解液可以为电池提供电解液的补充，极大地提高了电池的循环寿命。

Description

带液囊和夹板装置的软包装锂离子电池
技术领域
本专利涉及一种带液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，属于电池领域。
背景技术
软包装锂离子电池由于具有较高的能量密度、电池体积和容量可随意设计、更加适合大电流放电等优点，近年来得到快速的发展。现有的软包装锂离子电池主要通过卷绕和叠片两种方式制作，其工作原理相同，都是通过锂离子在电池体内正负极间的迁移实现电池的充放电。
相较于圆柱电池而言，软包装锂离子电池存在诸多优点的同时也存在一些缺陷，如电池体缺少钢壳保护，电池内部因电解液的分解产生少量气体就可以使软包电池极片间变得较为疏松，从而增大电池的内阻，加速电解液的分解，进而影响到电池的循环寿命。为了尽量使软包电池极片间接触更加紧密，生产上常用热冷压的方式对软包电池进行整型，这种方法可以起到一定的作用，但结果也并不十分理想。电池充放电过程中由于锂离子的迁入和迁出，正负极片均会有一定程度的膨胀，这将会使电池极片间接触变得比初始状态更加疏松。另外，影响电池循环寿命的一个主要因素是负极片上析锂现象的存在，电解液不同程度的消耗。
发明内容
本专利的目的在于提供一种带液囊和夹板装置的软包装锂离子电池,解决软包装锂离子电池极片之间容易变得疏松，引起电池变形进而产生电解液过快消耗和析锂，使电池循环性能迅速降低的问题。
为实现上述目的,本专利采用的技术方案为: 一种带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，其结构包括软包电池体、液囊及夹紧电池体和液囊的两夹板；液囊设置在软包电池本体的一侧或底部。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述软包电池体是聚合物软包电池或液体软包电池；所述软包电池体正负极耳分布于电池的同一条边上或分布于电池的两条边上，其中正极的活性物质是镍钴锰三元材料、锰酸锂材料、磷酸铁锂材料、钴酸锂材料等含锂化合物或锂单质的其中一种。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述液囊和软包电池体之间设有封装区域和未封装区域，未封装区域为液囊和软包电池体之间相联通处。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述囊宽度范围为5-50mm，液囊长度等于或小于软包电池侧边长或底边长，液囊厚度略小于软包电池体厚度。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述囊宽度范围优选8-12mm。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述两夹板尺寸不小于且完全覆盖软包电池本体和液囊区域。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述夹板材质是硬质塑料板、带涂层的轻质合金板、钢化玻璃板、电木板中的一种。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述两夹板夹紧采用螺栓螺帽加弹簧垫片紧固或采用弹簧夹紧固中的一种，且两夹板间距大于软包电池本体厚度。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述两夹板中应至少有1块有刻槽，所述刻槽深度0.1-1mm。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述刻槽深度为0.2-0.5mm。
本专利通过在软包装锂离子电池上设置夹板装置，可以使电池极片间接触更加紧密，降低了电池内阻随循环增加的速度，降低析锂速度和电解液的消耗速度，电池内部产生的气体也可以及时通过夹板的挤压排出到液囊中；通过增加液囊结构，可以为电池提供部分富余电解液，电池内部电解液的消耗的同时，液囊内的富余电解液可以为电池提供电解液的补充，极大地提高了电池的循环寿命。
附图说明
图1是带液囊和夹板装置的软包装锂离子电池结构分解示意图,
图2是软包装锂离子电池和液囊剖面示意图,
图3是带有凹槽结构的夹板示意图,
图4是铝塑膜冲坑示意图,
图5是软包电池ASI（面积比阻抗）随循环变化曲线,
图6是容量随循环衰减曲线,
附图标记:1、夹板，2、夹板，11、刻槽,12、螺栓，31、软包电池体、32、封装区，34、液囊结构，35、电池正负极耳，41、锂离子电池电芯坑，42、液囊冲坑，43、液囊也电池体之间的未封区冲坑，44、液囊与电池体之间的封装区，45、暂时储存电池预充电产生气体的气囊。
具体实施方式
下面将对本发明的具体实施方式进行说明。在本说明书中提到的事项，操作者可按本说明书中的方法进行操作，对于本说明书中未提到的事项，操作者可依据技术常识和经验积累进行操作。
一种带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，其结构包括软包电池体、液囊及夹紧电池体和液囊的两夹板；液囊设置在软包电池本体的一侧或底部。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述软包电池体是聚合物软包电池或液体软包电池；所述软包电池体正负极耳分布于电池的同一条边上或分布于电池的两条边上，其中正极的活性物质是镍钴锰三元材料、锰酸锂材料、磷酸铁锂材料、钴酸锂材料等含锂化合物或锂单质的其中一种。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述液囊和软包电池体之间设有封装区域和未封装区域，未封装区域为液囊和软包电池体之间相联通处。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述囊宽度范围为5-50mm，液囊长度等于或小于软包电池侧边长或底边长，液囊厚度略小于软包电池体厚度。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述囊宽度范围优选8-12mm。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述两夹板尺寸不小于且完全覆盖软包电池本体和液囊区域。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述夹板材质是硬质塑料板、带涂层的轻质合金板、钢化玻璃板、电木板中的一种。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述两夹板夹紧采用螺栓螺帽加弹簧垫片紧固或采用弹簧夹紧固中的一种，且两夹板间距大于软包电池本体厚度。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述两夹板中应至少有1块有刻槽，所述刻槽深度0.1-1mm。
根据所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述刻槽深度为0.2-0.5mm。
软包电池体容量大小没有限定,软包电池体中电芯可以是卷绕或叠片方式制做，对于容量10Ah以上电芯推荐叠片方式制作。软包电池正负极耳可同时分布在电池一条边上，也可分别分布在电池的两条边上，具体根据电池的使用场景和性能要求而定。若电池使用场景没有特别要求，在要求大倍率放电的情况下，为便于电池体的热分散，优选正负极耳分布于电池相对应的两条边上。
软包装使用铝塑膜冲坑方式，可选择冲单面冲坑也可选择双面冲坑，一般而言电池体厚度小于8mm优选单面冲坑，大于8mm优选双面冲坑，图4为铝塑膜双面冲坑示意图，41为锂离子电池电芯坑，42为液囊冲坑，43为液囊也电池体之间的未封区冲坑，44为液囊与电池体之间的封装区，45为暂时储存电池预充电产生气体的气囊，气囊可冲坑也可不冲坑。冲坑模具冲出的铝塑膜坑应是电池体和液囊部分相联通的，以保证液囊中的电解液可以自由补充到电池体部分。
注液前封装包括顶端封装、侧边封装和液囊与电池体之间的封装区32封装。封装区封装目的是固定电池体，其长度不宜过大，优选小于等于电池体侧边长度的一半。
液囊宽取决于所设计电池富余电解液的量和电池的厚度，考虑到液囊宽度过大会影响到电池整体体积容量密度，液囊宽度优选电池体宽度的3%-8%，相应电池注液富余量应小于液囊容积，优选液囊容积70-90%。
电池预封装后，待电解液充分浸润极片，对电池预充电。电池预充电可采用常压方式也可采用加压方式，为保证电池SEI成膜均匀和电池外观平整，优选加压方式预充。
 真空封装需设置特定夹具，使电池体在真空箱内保持竖立，液囊位于电池体的上方以避免富余电解液流出。
带有液囊结构的电池体真空封装后即可安装夹板，夹板紧固方式可采用螺栓、螺帽加弹簧垫方式，也可采用弹簧夹或其他方式，但无论哪种紧固方式，都应确锂离子电池循环的衰减很大程度上是由于电解液的消耗引起的，当电解液量不足时会引起电池循环性能急剧恶化，本专利中设有液囊结构，目的就是当电池中电解液随循环的进行被消耗时，液囊中电解液不断补充到电池体中。液囊结构的另一个作用是，当电池体内产生气体时，可以通过夹板的压力将气体从电池体挤压到液囊中，不至于电池因内部气体的产生而出现性能的急剧恶化。
图3为带有刻槽和螺孔的夹板示意图
以下根据实施例对本发明进行详细介绍，但本发明不局限于下述实施案例。
实施例1
采用叠片方式制作10Ah软包装锂离子电池，极耳分布于电池体的同一条边上。液囊宽度8mm，富余电解液的量为总注液量的10%。加压方式预充电后给电池体和液囊部分安装夹板，夹板压力为200N。
实施例2
采用叠片方式制作10Ah软包装锂离子电池，极耳分布于电池体的同一条边上。液囊宽度8mm，富余电解液的量为总注液量的10%。加压方式预充电后给电池体和液囊部分安装夹板，夹板压力为500N。
实施例3
采用叠片方式制作10Ah软包装锂离子电池，极耳分布于电池体的同一条边上。液囊宽度8mm，富余电解液的量为总注液量的10%。加压方式预充电后电池体及液囊部分不安装夹板装置。
比较例
采用叠片方式制作10Ah软包装锂离子电池，极耳分布于电池体的同一条边上。锂离子电池侧边不设置液囊结构，加压方式预充电后电池体不安装夹板装置。
案例分析
由以上案例分别测出各电池的容量随循环衰减曲线和ASI（面积比阻抗）随循环变化曲线，见图5、图6所示。
由图5可以看出，按实施例1和实施例2方法制作的软包装锂离子电池循环500周后ASI增加值分别为18.1、19.7%，而按比较例方法制作的软包装锂离子电池循环500周后ASI增加值为27.0%。这表明，带有液囊和夹板结构的软包装锂离子电池内阻的增加速度要明显小于普通结构的软包装锂离子电池。比较实施例1和实施例2的ASI的增加值可以看出，适当增加夹板间的压力可减小电池内阻的增加速度。
由图6可以看出，按实施例1和实施例2方法制作的软包装锂离子电池循环性能明显好于按比较例1方法制作的软包装锂离子电池。比较实施例3和比较例可以看出，只带液囊结构而没有夹板装置的软包装锂离子电池循环性能稍有提高，但并不明显。
由以上案例可以看出，一种带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池可有效降低软包电池循环过程中内阻的增加速度，提高电池的循环寿命。

Claims (10)

1.一种带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，其结构包括软包电池体、液囊及夹紧电池体和液囊的两夹板；液囊设置在软包电池本体的一侧或底部。
2.根据权利要求1所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述软包电池体是聚合物软包电池或液体软包电池；所述软包电池体正负极耳分布于电池的同一条边上或分布于电池的两条边上，其中正极的活性物质是镍钴锰三元材料、锰酸锂材料、磷酸铁锂材料、钴酸锂材料含锂化合物或锂单质的其中一种。
3.根据权利要求1所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述液囊和软包电池体之间设有封装区域和未封装区域，未封装区域为液囊和软包电池体之间相联通处。
4.根据权利要求1或3所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述囊宽度范围为5-50mm，液囊长度等于或小于软包电池侧边长或底边长，液囊厚度略小于软包电池体厚度。
5.根据权利要求4所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述囊宽度范围为8-12mm。
6.根据权利要求1所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述两夹板尺寸不小于且完全覆盖软包电池本体和液囊区域。
7.根据权利要求1所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述夹板材质是硬质塑料板、带涂层的轻质合金板、钢化玻璃板、电木板中的一种。
8.根据权利要求1所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述两夹板夹紧采用螺栓螺帽加弹簧垫片紧固或采用弹簧夹紧固中的一种，且两夹板间距大于软包电池本体厚度。
9.根据权利要求1所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述两夹板中应至少有1块有刻槽，所述刻槽深度0.1-1mm。
10.根据权利要求9所述的带有液囊和夹板装置的软包装锂离子电池，其特征是，所述刻槽深度为0.2-0.5mm。
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