CN210156473U - 锂电池的石墨烯隔膜结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锂电池的石墨烯隔膜结构，其包括聚丙烯多孔隔膜层，且聚丙烯多孔隔膜层的微孔在其厚度方向上呈“X”字形；在聚丙烯多孔隔膜层厚度方向的两侧贴设有PP膜，且相对于聚丙烯多孔隔膜层，在两PP膜外侧面上覆盖有陶瓷覆盖层，并于陶瓷覆盖层上粘贴有陶瓷覆盖层，于加强纤维膜的外表面构造有沿其宽度方向延伸布置的支撑条，且支撑条为沿加强纤维膜的长度方向间隔设置的多个。本实用新型所述的锂电池的石墨烯隔膜结构，通过设置PP膜、陶瓷覆盖层和陶瓷覆盖层、加强纤维膜以及其上的支撑条，可显著提高石墨烯隔膜结构的使用安全性。

Description

锂电池的石墨烯隔膜结构

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂电池的石墨烯隔膜结构。

背景技术

在锂电池中，通常使用隔膜将电芯中的正极极片和负极极片隔开，其中，隔膜的作用是阻止正极极片和负极极片间电子的穿过。同时，允许锂离子通过，而可实现锂离子在正极极片和负极极片间的快速移动。隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池安全性能的好坏。隔膜越薄、孔隙率越高，电池的内阻越小，高倍率放电性能就越好。目前，隔膜在使用时容易出现因外力或电池内部刺穿，而使电池内部会发生短路的问题，不利于电池使用的安全性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种锂电池的石墨烯隔膜结构，以提高电池的安全性能。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种锂电池的石墨烯隔膜结构，绕设在电芯内相邻的正极极片和负极极片间，以构成两者间的绝缘设置，所述石墨烯隔膜结构包括聚丙烯多孔隔膜层，且所述聚丙烯多孔隔膜层的微孔在其厚度方向上呈“X”字形；在所述聚丙烯多孔隔膜层厚度方向的两侧贴设有PP膜，且相对于所述聚丙烯多孔隔膜层，在两所述PP膜外侧面上覆盖有陶瓷覆盖层，并于所述陶瓷覆盖层上粘贴有加强纤维膜，于所述加强纤维膜的外表面构造有沿其宽度方向延伸布置的支撑条，且所述支撑条为沿所述加强纤维膜的长度方向间隔设置的多个。

进一步的，于所述正极极片的极耳上连接有正极连接片，所述正极连接片包括连接所述正极极耳的极耳连接段，和可与正极极柱连接的极柱连接段，以及构成所述极柱连接段和所述极耳连接段两者间连接的中间连接段，所述中间连接段在所述正极连接片上的宽度最小，以可因电流超负载而熔断。

进一步的，所述极耳连接段在其宽度方向的两侧均具有垂直布置的侧板，各所述侧板抵接在正极极耳的外表面，并可随所述正极极耳的翻折而翻折，而可构成所述极耳与所述正极连接片间的连接。

进一步的，于所述中间连接段外套设有橡胶套，以在所述中间连接段熔断后保持所述极耳连接段与所述极柱连接段间的连接。

进一步的，所述橡胶套的两端呈尖部朝外设置的锥状。

进一步的，所述PP膜的厚度为3～4μm。

进一步的，所述陶瓷覆盖层的厚度为1.5～3μm。

进一步的，所述支撑条的横截面呈圆弧状。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)本实用新型所述的锂电池的石墨烯隔膜结构，通过设置PP膜可在电池内部温度过高时，防止聚丙烯多孔隔膜层发生破裂后使正极极片和负极极片发生接触而短路，进而可提高聚丙烯多孔隔膜层的使用安全性。并通过设置“X”字形的微孔，在便于锂离子通过的同时，还可延长锂离子的流动路径，进而有利于提高对电解液的吸附性，取得较好的挂液效果。另外，陶瓷覆盖层因其本身的耐高温性能，可显著提高聚丙烯多孔隔膜层的应用安全性，此外，加强纤维膜能够提高聚丙烯多孔隔膜层的抗拉强度，其上的支撑条可增大与正极极片、负极极片的间距，而可有效防止正极极片和负极极片上的毛刺对聚丙烯多孔隔膜层的损伤而影响聚丙烯多孔隔膜层的正常使用。

(2)通过设置中间连接段的宽度最小，可在电流超负载时熔断而使电芯与极柱间断开连接，起到提高电池的安全性能的效果。

(3)侧板的结构设置便于极耳连接板与极耳间的连接，而可提高正极极片的使用效果。

(4)橡胶套能够有助于对熔断后的极片状态进行保持，防止熔断后的极片的位置变化而导致的内部短路。

(5)橡胶套的两端呈锥状，可利于提高两端与正极极片的连接效果，而可提高橡胶套的保持效果。

(6)支撑条的截面呈圆弧状，可减少加强纤维膜与正极极片间的接触面积，为锂离子的流动提高更大的空间。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的锂电池的石墨烯隔膜结构的结构示意图；

图2为图1中的A部放大图；

图3为本实用新型实施例所述的极片连接片与极耳连接状态的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的正极极片的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所述的绝缘板的结构示意图；

附图标记说明：

1-壳体本体，2-负极极耳，3-负极极片，4-负极极柱，5-负极绝缘板；

6-盖板，601-注液孔；

7-正极绝缘板，701-凸柱，702-侧板，703-卡头，704-防爆通孔；

8-正极连接片，801-极柱连接段，802-中间连接段，803-极耳连接段，804-缺口；

9-正极极柱，10-电芯，11-橡胶套，12-正极极耳；

13-石墨烯隔膜结构，1301-聚丙烯多孔隔膜层，1302-微孔，1303-陶瓷覆盖层，1304-加强纤维膜，1305-PP膜，1306-支撑条；

14-正极极片，15-负极极片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例中涉及一种锂电池的石墨烯隔膜结构如图1和图2中所示，该石墨烯隔膜结构13绕设在电芯内相邻的正极极片14和负极极片15间，以构成两者间的绝缘设置。具体结构上，石墨烯隔膜结构13包括聚丙烯多孔隔膜层1301，且聚丙烯多孔隔膜层1301的微孔1302在其厚度方向上呈“X”字形，在便于锂离子通过的同时，还可延长锂离子的流动路径，进而有利于提高对电解液的吸附性，取得较好的挂液效果。

在聚丙烯多孔隔膜层1301厚度方向的两侧贴设有PP膜1305，本实施例中，PP膜1305的厚度为3～4μm，如其可为3.5μm。此处，通过设置PP膜1305可在电池内部温度过高时，防止聚丙烯多孔隔膜层1301发生破裂后使正极极片14和负极极片15发生接触而短路，进而可提高聚丙烯多孔隔膜层1301的使用安全性。

另外，相对于聚丙烯多孔隔膜层1301，在两PP膜1305外侧面上覆盖有陶瓷覆盖层1303，本实施例中，陶瓷覆盖层1303的厚度为1.5～3μm，此处的陶瓷覆盖层1303的厚度具体为2μm。陶瓷覆盖层1303因其本身的耐高温性能，可显著提高聚丙烯多孔隔膜层1301的应用安全性。并在陶瓷覆盖层1303上粘贴有加强纤维膜1304，并在加强纤维膜1304的外表面构造有沿其宽度方向延伸布置的支撑条1306，且支撑条1306为沿加强纤维膜1304的长度方向间隔设置的多个。且支撑条1306的截面呈圆弧状可减少加强纤维膜1304与正极极片14间的接触面积，为锂离子的流动提高更大的空间。

该加强纤维膜1304能够提高聚丙烯多孔隔膜层1301的抗拉强度，其上的支撑条1306可增大与正极极片14、负极极片15的间距，而可有效防止正极极片14和负极极片15上的毛刺对聚丙烯多孔隔膜层1301的损伤而影响聚丙烯多孔隔膜层1301的正常使用。

本实施例中，由上述的正极极片14和负极极片15构成的电芯安装在电池壳体1内的状态如图3中所示，上述的正极极片14和负极极片15上的极耳分别构成整个电芯10的正极极耳12和负极极耳2。在正极极耳12上连接有正极连接片8，并在负极极耳2上连接有负极连接片3。相对于极耳，在正极连接片8和负极连接片3的另一端电联接有正极极柱9和负极极柱4，另外，在电池壳体1的开口端还封堵有盖板6，极柱可穿经盖板6，以使极柱的顶部外露设置。另外，与现有技术中的盖板6结构一样，靠近于正极极柱9在盖板6上还通透的形成有注液孔601，以便于电解液的注入。

本实施例中的正极连接片8与负极连接片3的形状相同，此处以正极连接片8的结构为例进行说明。参照图3和图4中所示的，该正极连接片8整体包括连接正极极耳12的极耳连接段803，连接于正极极柱9的极柱连接段801，以及构成极柱连接段801和极耳连接段803两者间连接的中间连接段802。其中，极柱连接段801呈平面状，以便于正极极柱9在上面放置。为便于翻折，本实施例中的极耳连接段803在宽度方向的两侧均具有垂直布置的侧板702，该侧板702抵接在极耳2的外表面，并可因极耳2的翻折而翻折，而可保持两者间的连接。中间连接段802的宽度在整个正极连接片8中宽度最小，该中间连接段802可在超负载的电流流经中间连接段802时发生熔断，从而使得极耳连接段803和极柱连接段801两者间断开连接，最终提高电池的安全性。

另外，在极耳连接段803的端部构造有可插设并定位固定在下述凸柱701上的缺口804，该缺口804被构造成横置的“U”字形，以便于其在凸柱701上进行安装。

继续参照图3中所示，在中间连接段802上的橡胶套11，其作用是在中间连接段802发生熔断后，保持极柱连接段801和极耳连接段803间的连接状态，防止因两者发分离而导致的电池短路。为提高橡胶套11的使用效果，本实施例中橡胶套11的两端呈尖部朝外设置的锥状。另外，在橡胶套11的内周面上构造由沿其长度方向间隔布置的多条环状凸起，以增大橡胶套11与正极连接片8间的摩擦力，即增大极柱连接段801和极耳连接段803在分离后各自由橡胶套11内脱出的摩擦力。

本实施例中，为提高极片连接片和盖板6间的绝缘效果，在盖板6与极片连接片间设有构成两者绝缘的绝缘板，上述的两极柱的顶部依次穿经对应的绝缘板和盖板6而暴露于外部。为减少橡胶套11的空间占用，本实施例中在对应的绝缘板的底部构造由供橡胶套11嵌入的嵌入槽。

基于绝缘板的设计思想，本实施例中绝缘板的一种示例性结构如图3和图中5所示，该绝缘板为两个，其一为对应于正极连接片8的正极绝缘板7，其二为对应于负极连接片3的负极绝缘板5。其中，对应于极柱，在绝缘板上构造有与其形状相适配的型腔。另外，对应于两极片连接片，在两绝缘板的底部构造有凸柱701，且对应于注液孔601，凸柱701上贯通有进液通道，由注液孔601进入的电解液可通过进液通道流入电池壳体1内。此处的进液通道设置在凸柱701上，可提高空间利用率，且该进液通道还能够对电解液的进入进行导向，而具有较好的使用效果。

在凸柱701的周向上构造有卡头703，上述的极片连接片的具有连接极耳2的一端均插设于对应的凸柱701上的，且极片连接片保持在卡头703与绝缘板之间。为确保卡头703对极片连接片的支撑效果，本实施例中的卡头703被设置为沿凸柱701周向间隔分布的至少两个，如其为图5中的两个。在此值得说明的是，本实施例中的绝缘板由树脂材料注塑成型，以具有较好的绝缘效果。另外，正极绝缘板7上的凸柱701为中空结构，且与盖板6上的注液孔601相对应，以便于电解液的注入。当然，也可将凸柱701设置成实心结构，此时，凸柱701应与注液孔601的位置相错开，电解液的注液需要借助在正极绝缘板7上开设的另一通孔。

本实施例中通过橡胶套11和凸柱701的设置可在极耳连接段803和极柱连接段801发生分离后，极耳连接段803可因橡胶套11和凸柱701的作用而保持原始的状态，从而防止其掉落后引发电池内部短路问题。

此外，绝缘板采用分体式的结构，可便于在局部发生问题更换时进行单独的更换，进而利于节约维修成本。在正极绝缘板7和负极绝缘板5的连接端构造有凹槽，并在凹槽的底部分别开设有若干防爆通孔704，其可配合现有技术中动力电池上的防爆装置使用，而提高电池的使用安全性。

为提高两者间的连接效果，本实施例中的正极绝缘板7和负极绝缘板5间采用插接相连，即在正极绝缘板7的远离极柱的端部构造有外凸设置的插接头，对应于所示插接头，在负极绝缘板5的端部设置有与插接头相匹配的插接槽，通过插接头在插接槽内的插装二实现两者间的连接，而且，插接的形式安装和拆卸方便，并有利于生产效率的提高。当然，此处的绝缘板采用一体式的结构也可，但相比于分体式的结构，在一体式的在维修成本上更大。

本实施例中，通过在盖板6和极片连接片之间设置绝缘板，可构成对极片连接片与盖板9之间的绝缘设置，防止因两者间绝缘不彻底而导致的短路。并通过设置中间连接段可在电流超负载时熔断而使电芯10与极柱间断开，而可提高电池的安全性能。此外，橡胶套11可借助凸柱701实现对熔断后的极片连接片状态的保持，防止熔断后的极片连接片的位置变化而导致的内部短路。同时，凸柱701还可对极片连接片进行定位，在一定程度上提高极片连接片的使用效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂电池的石墨烯隔膜结构，绕设在电芯(10)内相邻的正极极片(14)和负极极片(15)间，以构成两者间的绝缘设置，其特征在于，所述石墨烯隔膜结构包括聚丙烯多孔隔膜层(1301)，且所述聚丙烯多孔隔膜层(1301)的微孔(1302)在其厚度方向上呈“X”字形；在所述聚丙烯多孔隔膜层(1301)厚度方向的两侧贴设有PP膜(1305)，且相对于所述聚丙烯多孔隔膜层(1301)，在两所述PP膜(1305)外侧面上覆盖有陶瓷覆盖层(1303)，并于所述陶瓷覆盖层(1303)上粘贴有加强纤维膜(1304)，于所述加强纤维膜(1304)的外表面构造有沿其宽度方向延伸布置的支撑条(1306)，且所述支撑条(1306)为沿所述加强纤维膜(1304)的长度方向间隔设置的多个。

2.根据权利要求1所述的锂电池的石墨烯隔膜结构，其特征在于：于所述正极极片(14)的极耳上连接有正极连接片(8)，所述正极连接片(8)包括连接所述正极极耳(12)的极耳连接段(803)，和可与正极极柱(9)连接的极柱连接段(801)，以及构成所述极柱连接段(801)和所述极耳连接段(803)两者间连接的中间连接段(802)，所述中间连接段(802)在所述正极连接片(8)上的宽度最小，以可因电流超负载而熔断。

3.根据权利要求2所述的锂电池的石墨烯隔膜结构，其特征在于：所述极耳连接段(803)在其宽度方向的两侧均具有垂直布置的侧板，各所述侧板抵接在所述正极极耳(12)的外表面，并可随所述正极极耳(12)的翻折而翻折，而可构成所述正极极耳(12)与所述正极连接片(8)间的连接。

4.根据权利要求2所述的锂电池的石墨烯隔膜结构，其特征在于：于所述中间连接段(802)外套设有橡胶套(11)，以在所述中间连接段(802)熔断后保持所述极耳连接段(803)与所述极柱连接段(801)间的连接。

5.根据权利要求4所述的锂电池的石墨烯隔膜结构，其特征在于：所述橡胶套(11)的两端呈尖部朝外设置的锥状。

6.根据权利要求1所述的锂电池的石墨烯隔膜结构，其特征在于：所述PP膜(1305)的厚度为3～4μm。

7.根据权利要求1所述的锂电池的石墨烯隔膜结构，其特征在于：所述陶瓷覆盖层(1303)的厚度为1.5～3μm。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的锂电池的石墨烯隔膜结构，其特征在于：所述支撑条(1306)的横截面呈圆弧状。

Images