CN216213553U - 电芯装置及二次电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，公开了一种电芯装置，包括正极片、负极片和隔膜，隔膜夹设于正极片和负极片之间，正极片、隔膜和负极片形成电芯；电芯装置还包括至少设置于负极片和隔膜之间的铁电体层。通过设置铁电体层既可以实现在物理层面阻止锂枝晶穿过隔膜，降低短路风险，还可以通过铁电体材料的自发极化现象，阻止锂枝晶的进一步生长，从根本上改善负极析锂现象，进而提高电池的安全性能。本实用新型还提供一种二次电池，包括上述的电芯装置，具有可靠的安全性能，能够有效保证电池的使用寿命。

Description

电芯装置及二次电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及电芯装置及二次电池。

背景技术

锂离子电池在循环过程中，随着电解液在负极表面的不断反应，负极表面的SEI(solid electrolyte interface，固体电解质界面)膜逐渐增厚，电池内阻增加，内部极化越来越大，负极表面易析锂形成锂枝晶，当锂枝晶刺穿隔膜造成电池正负极之间的短路、降低热失控引发温度，导致安全问题。

目前有很多识别电芯析锂的技术，例如从库伦效率、充放电曲线、气体成分的细微变化识别电芯是否析锂，但库伦效率和充放电曲线明显的变化代表已经大面积析锂，即已存在潜在的短路风险，而气体成分的探测则只能在电芯已经泄露气体的情况下才能识别，这个时候也已存在潜在风险。另一方面，有通过在隔膜靠近负极一侧涂覆陶瓷层，利用陶瓷层的硬度使析出的锂枝晶不能穿过隔膜生长，以降低短路风险，但这一方法只能改变析锂方向，而不能实际改善析锂问题，而只要析锂问题越来越严重，就会使负极SEI膜分解温度降低，进而降低热失控引发温度，存在严重安全问题。

因此，亟需一种电芯装置及二次电池，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电芯装置及二次电池，以改善电池循环过程中的负极析锂现象，保证电池的安全性能。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种电芯装置，所述电芯装置包括正极片、负极片和夹设于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片、所述隔膜和所述负极片形成电芯；

所述电芯装置还包括铁电体层，所述铁电体层至少设置于所述负极片和所述隔膜之间。

可选地，所述铁电体层设置于所述隔膜的表面。

可选地，所述铁电体层仅设置于所述隔膜靠近所述负极片的一侧。

可选地，所述铁电体层设置于所述负极片的表面。

可选地，所述铁电体层仅设置于所述负极片靠近所述隔膜的一侧。

可选地，沿垂直于所述负极片所在平面的方向，所述负极片和所述隔膜之间的所述铁电体层的厚度为1μm至15μm。

可选地，所述铁电体层涂覆形成。

可选地，所述铁电体层喷涂形成。

可选地，还提供一种二次电池，包括如上所述的电芯装置。

可选地，所述二次电池还包括壳体，所述电芯装置设置于所述壳体内。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提出的电芯装置，包括正极片、负极片和隔膜，隔膜夹设于正极片和负极片之间，正极片、隔膜和负极片形成电芯；还包括至少设置于负极片和隔膜之间的铁电体层。通过设置铁电体层既可以实现在物理层面阻止锂枝晶穿过隔膜，降低锂枝晶造成的短路风险，还可以通过铁电体材料的自发极化现象，阻止锂枝晶的进一步生长，从根本上改善负极析锂现象，进而提高电池的安全性能。

本实用新型提出的二次电池，包括如上所述的电芯装置，具有可靠的安全性能，能够有效保证电池的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的二次电池的结构示意图；

图2是图1中A处的放大图。

附图标记：

1、正极片；2、隔膜；3、负极片；4、铁电体层；5、锂枝晶；6、壳体。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

随着新能源的广泛应用，越来越多的汽车采用电池作为动力源，而电池厂家和整车厂在通过提高续航里程和快充性能以解决电动车的使用性能的同时，却会导致电池存在潜在的安全问题，主要表现为负极析锂现象，这会导致电池短路，造成电池冒烟、起火甚至爆炸，危及电子设备及使用人员的安全。为解决这一问题，本实施例提供一种电芯装置，通过抑制电池析锂现象，以提高电池的安全性能。

如图1所示，电芯装置包括正极片1、隔膜2和负极片3，隔膜2夹设于正极片1和负极片3之间，三者重叠设置，而后再通过卷绕或者叠片工艺形成电芯。电芯是电芯装置的重要部件，在电池装配完成后，电芯需浸没于电解液中，以使电解液作为电池正负极之间起传导作用的离子导体，在电池充放电过程中，在正负极间往返地传输锂离子，但是在电池充放电循环一定次数后，随着电解液在负极片3表面的不断反应，负极片3处即容易出现析锂现象，产生锂枝晶5。因而本实施例提供的电芯装置还包括铁电体层4，该铁电体层4至少设置于负极片3和隔膜2之间。可以理解的，设置铁电体层4为含有铁电体材料的涂层，可以防止锂枝晶5刺穿隔膜2，造成短路。进一步地，铁电体层4能够阻碍锂离子在负极片3表面聚集，以避免锂枝晶5的生长。

可选地，铁电体层4设置于隔膜2的表面。为降低成本，铁电体层4可只设置于隔膜2靠近负极片3的一侧，以解决负极片3上的析锂现象。关于为何通过利用铁电体层4即可对锂枝晶5的生长进行抑制，则需要依靠铁电体材料的自发极化现象。在一定温度范围内，单位晶胞内正负电荷中心不重合，形成偶极矩，呈现极性，这种在无外电场作用下存在的极化现象即称为自发极化。当施加外界电场时，自发极化方向沿电场方向趋于一致；当外电场倒向，而且超过材料矫顽电场值时，自发极化随电场而反向；当电场移去后，陶瓷中保留的部分极化量，即剩余极化。本实施例中，铁电体层4的设置正是利用了铁电体材料的自发极化现象，针对前述的析锂现象，如图2所示，当电子在析锂点尖端聚集时，对应位置隔膜2上的铁电体材料即会由于电子聚集产生的电场发生极化，正电荷中心向电子聚集区移动，从而将电子聚集区包裹其中，同时该正电荷中心带正电，与Li+相斥，阻碍了Li+向电子聚集区的扩散，即可阻止进一步的析锂。

另外，因为析锂现象是产生于负极片3上，而锂枝晶5朝向隔膜2处生长，所以也可以将铁电体层4直接设置于负极片3上。可选地，铁电体层4也可只设置于负极片3靠近隔膜2的一侧。可知的，电池制造过程中，会在负极片本体的表面设置活性材料层，以保证电池性能，而铁电体层4则设置于前述活性材料层的外表面。上述设置可产生与在隔膜2上设置铁电体层4同样的效果，即一方面可通过自发极化现象抑制负极片3上锂枝晶5的产生，另一方面可将负极片3上产生的锂枝晶5与隔膜2隔断，避免锂枝晶5直接与隔膜2接触，而刺穿隔膜2引发短路。

可选地，沿垂直于负极片3所在平面的方向，负极片3和隔膜2之间的铁电体层4的厚度为1μm至15μm。如前文所述的，铁电体层4可以设置于隔膜2靠近负极片3的一侧，也可以直接设置于负极片3靠近隔膜2的一侧，也可以在隔膜2靠近负极片3的一侧以及负极片3靠近隔膜2的一侧上都设置铁电体层4，以使铁电体层4的厚度到达1μm至15μm。

可选地，铁电体层4可通过涂覆形成。利用涂覆工艺可在基质表面形成一种膜层，涂覆层的化学成分、组织结构可以与基质材料完全不同，可实现低至几微米的涂覆厚度。

进一步地，针对铁电体层4涂层轻薄，涂覆量少的特点，可通过在隔膜2、负极片3上需要设置铁电体层4的位置喷涂铁电体材料以形成。

可知的，铁电体材料是指具有铁电性的材料，具有铁电性的材料种类很多，有单晶、多晶、无机和有机等，钛酸钡、钛酸铅和铌酸钾等都是典型的铁电体材料，均可用于本实施例中以形成铁电体层4。在设置铁电体层4时，可选择某一种具有铁电性的材料进行涂覆，也可以选择多种具有铁电性的材料混合后进行涂覆，均可产生较为一致的抑制锂枝晶5生长的效果。

本实施例还提供一种二次电池，包括上述的电芯装置。可选地，该二次电池还包括壳体6，电芯装置设置于壳体6内。通过选用在负极片3和隔膜2之间设置有铁电体层4的电芯装置，可有效保证电池的使用性能，具有更高的安全性和经济性。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种电芯装置，其特征在于，所述电芯装置包括正极片(1)、负极片(3)和夹设于所述正极片(1)和所述负极片(3)之间的隔膜(2)，所述正极片(1)、所述隔膜(2)和所述负极片(3)形成电芯；

所述电芯装置还包括铁电体层(4)，所述铁电体层(4)至少设置于所述负极片(3)和所述隔膜(2)之间。

2.根据权利要求1所述的电芯装置，其特征在于，所述铁电体层(4)设置于所述隔膜(2)的表面。

3.根据权利要求1所述的电芯装置，其特征在于，所述铁电体层(4)仅设置于所述隔膜(2)靠近所述负极片(3)的一侧。

4.根据权利要求1所述的电芯装置，其特征在于，所述铁电体层(4)设置于所述负极片(3)的表面。

5.根据权利要求1所述的电芯装置，其特征在于，所述铁电体层(4)仅设置于所述负极片(3)靠近所述隔膜(2)的一侧。

6.根据权利要求1所述的电芯装置，其特征在于，沿垂直于所述负极片(3)所在平面的方向，所述负极片(3)和所述隔膜(2)之间的所述铁电体层(4)的厚度为1μm至15μm。

7.根据权利要求1所述的电芯装置，其特征在于，所述铁电体层(4)涂覆形成。

8.根据权利要求7所述的电芯装置，其特征在于，所述铁电体层(4)喷涂形成。

9.一种二次电池，其特征在于，包括根据权利要求1至8任一项所述的电芯装置。

10.根据权利要求9所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还包括壳体(6)，所述电芯装置设置于所述壳体(6)内。

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