CN218996813U

CN218996813U - 一种电池

Info

Publication number: CN218996813U
Application number: CN202223177086.4U
Authority: CN
Inventors: 谢孔岩; 彭冲; 李俊义
Original assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-05-09
Anticipated expiration: 2032-11-29

Abstract

本实用新型提供了一种电池，包括电芯，电芯包括卷绕的第一极片、隔膜和第二极片，隔膜位于第一极片和第二极片之间，第一极片和第二极片的极性相反，第一极片上设有第一极耳，第二极片上设有第二极耳；第一极耳和隔膜之间设置有复合胶层，和/或，第二极耳和隔膜之间设置有复合胶层；所述复合胶层相对的两侧表面中的一侧表面与隔膜粘接、另一侧表面与第一极耳和/或第二极耳粘接。本实用新型的复合胶层能与隔膜粘接，在炉温测试的过程中能够对极耳处的隔膜起到束缚作用，改善极耳位置的隔膜的热缩现象，使电芯的热稳定性得到明显的改善，从而能够避免电芯的内短路，提升电芯的炉温测试的通过率和电芯的安全性。

Description

一种电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池。

背景技术

锂离子电池具有重量轻、安全性能好等优点，在蓝牙耳机、手机、笔记本电脑、平板电脑、摄像机等移动电子设备以及便携式移动电源等领域的应用已处于垄断地位。随着锂离子电池的大规模的应用，电池的安全温度日益凸显。

目前高电压快充体系电池的炉温(Hotbox)测试是比较难通过的测试之一，这严重影响锂离子电池的安全，其主要原因是高电压块充体系电池的负极片中非晶碳包覆量较大，导致石墨的热稳定性降低，且各大手机客户要求炉温测试需要升压，进一步导致高电压快充体系电池的负极片的热稳定性降低。为了改善现有技术中锂离子电池的安全性，目前主要通过化学体系如正极片、负极片、隔膜或电解液的优化，以提升电池的热稳定性，但这些改善措施又会对电池的电化学性能产生较大的影响，或者严重影响电池的能量密度。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有的电池的热稳定性不佳，影响电池的安全性的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种电池，包括电芯，所述电芯包括卷绕的第一极片、隔膜和第二极片，所述隔膜位于所述第一极片和所述第二极片之间，所述第一极片和所述第二极片的极性相反，所述第一极片上设有第一极耳，所述第二极片上设有第二极耳；

所述第一极耳和所述隔膜之间设置有复合胶层，和/或，所述第二极耳和所述隔膜之间设置有复合胶层；

所述复合胶层相对的两侧表面中的一侧表面与所述隔膜粘接、另一侧表面与所述第一极耳和/或所述第二极耳粘接。

进一步地，所述复合胶层包括依次层叠设置的热熔胶层、基层和粘结层，所述热熔胶层与所述隔膜粘接，所述粘结层与所述第一极耳和/或所述第二极耳粘接。

进一步地，所述第一极片包括第一集流体和涂敷在所述第一集流体的至少一个表面的第一活性物质层，所述第一活性物质层上设置有第一极耳安装槽，所述第一极耳位于所述第一极耳安装槽内；

和/或，所述第二极片包括第二集流体和涂敷在所述第二集流体的至少一个表面是第二活性物质层，所述第二活性物质层上设置有第二极耳安装槽，所述第二极耳位于所述第二极耳安装槽内。

进一步地，所述复合胶层完全覆盖所述第一极耳安装槽，和/或，所述复合胶层完全覆盖所述第二极耳安装槽。

进一步地，所述复合胶层超出所述第一极片设置所述第一极耳的一侧边缘，和/或，所述复合胶层超出所述第二极片设置所述第二极耳的一侧边缘。

进一步地，所述第一极片与所述第二极耳相对的位置覆盖第一胶层，所述第一胶层和设置在所述第二极耳上的复合胶层分别位于所述隔膜的相对的两侧。

进一步地，所述第一胶层沿电芯厚度方向的投影覆盖设置在所述第二极耳上的复合胶层沿电芯的厚度方向的投影。

进一步地，所述第二极片与所述第一极耳相对的位置覆盖第二胶层，所述第二胶层和设置在所述第一极耳上的复合胶层分别位于所述隔膜的相对的两侧。

进一步地，所述第一胶层为所述复合胶层。

进一步地，所述第二胶层为所述复合胶层。

进一步地，所述第一极片为正极片，所述第二极片为负极片。

本实用新型所述的电芯，在第一极耳和隔膜之间设置复合胶层，和/或在第二极耳和隔膜之间设置复合胶层，复合胶层中的一侧表面与第一极耳和/或第二极耳粘接，能够避免极耳上的毛刺或析锂形成锂枝晶刺穿隔膜，复合胶层中的另一侧表面与隔膜粘接，在炉温测试的过程中能够对极耳处的隔膜起到束缚作用，改善极耳位置的隔膜的热缩现象，使电芯的热稳定性得到明显的改善，从而能够避免电芯的内短路，提升电芯的炉温测试的通过率和电芯的安全性；本实用新型中使用复合胶层替代常规的胶纸层，可以在不改变化学体系的前提下，完成高电压快充体系电池升压测试炉温的改善，本实用新型具有方案简单、实用性强、可量产的特性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中提供的电芯的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的复合胶层的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的第一极片的展开结构示意图；

图4为本实用新型实施例中提供的第二极片的展开结构示意图。

附图标记说明：

100-第一极片；110-第一极耳；120-第一集流体；130-第一活性物质层；200-第二极片；210-第二极耳；220-第二集流体；230-第二活性物质层；300-隔膜；400-复合胶层；410-热熔胶层；420-基层；430-粘结层；500-第一胶层；600-第二胶层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、详尽地描述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。此外，在本实用新型的描述中，“至少一个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，术语“在上述实施例的基础上”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个优选实施例或优选示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

现有技术中，卷芯包括正极片、负极片和隔膜，正极片、隔膜和负极片叠放在一起，并沿自身长度方向卷绕形成卷芯，其中，正极片的一侧边伸出正极耳，负极片的一侧边伸出负极耳，为了降低析锂风险，降低电芯的短路现象，正极片设置正极耳的位置以及负极片设置负极耳的位置均会覆盖胶纸层，但是本申请的发明人通过拆解炉温测试后的电芯发现，极耳位置(包括正极耳位置和负极耳位置)的隔膜热缩严重，且对应的负极片发生短路变黑的现象，通过本申请的发明人分析得知：常规的胶纸层与隔膜之间基本没有粘接，但极耳位置比极片位置更易产热，从而导致极耳位置的隔膜相较于极片位置的隔膜更容易热缩，进而造成正极片和负极片接触，造成电芯内短路产热，影响电池的安全性。

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种电芯，能够改善电芯的热稳定性，提高电芯的安全性。

结合图1至图2所示，本申请的实施例第一方面提供了一种电芯，该电芯包括第一极片100、第二极片200和隔膜300，隔膜300位于第一极片100和第二极片200之间，第一极片100、第二极片200和隔膜300层叠设置并从首端向尾端卷绕，形成电芯，第一极片100和第二极片200的极性相反，具体地，第一极片100与第二极片200中的一个为正极片，第一极片100和第二极片200中的另一个为负极片。

第一极片100上设置有第一极耳110，第二极片200上设置有第二极耳210，第一极耳110和隔膜300之间设置有复合胶层400，和/或，第二极耳210和隔膜300之间设置有复合胶层400，其中，复合胶层400相对的两侧表面中的一侧表面与隔膜300粘接、另一侧表面与第一极耳110和/或第二极耳210粘接。

本实施例提供的电芯，在第一极耳和隔膜之间设置复合胶层，和/或在第二极耳和隔膜之间设置复合胶层，复合胶层中的一侧表面与第一极耳和/或第二极耳粘接，能够避免极耳上的毛刺或析锂形成锂枝晶刺穿隔膜，复合胶层中的另一侧表面与隔膜粘接，在炉温测试的过程中能够对极耳处的隔膜起到束缚作用，改善极耳位置的隔膜的热缩现象，使电芯的热稳定性得到明显的改善，从而能够避免电芯的内短路，提升电芯的炉温测试的通过率和电芯的安全性；本实施例中使用复合胶层替代常规的胶纸层，可以在不改变化学体系的前提下，完成高电压快充体系电池升压测试炉温的改善，本实施例具有方案简单、实用性强、可量产的特性。

具体地，复合胶层400包括依次层叠设置的热熔胶层410、基层420和粘结层430，热熔胶层410与隔膜300粘接，粘结层430与第一极耳110和/或第二极耳210粘接。粘结层430具有粘性，其与第一极耳和/或第二极耳连接，能够避免极耳上的毛刺或析锂形成锂枝晶刺穿隔膜，复合胶层中的热熔胶层与隔膜连接，热熔胶层受热压化成后具有粘性，能够与隔膜粘接，从而在炉温测试的过程中能够对极耳处的隔膜起到束缚作用，改善极耳位置的隔膜的热缩现象。

其中，热熔胶层410的粘性受温度影响，其在常温下不具有粘性，在受热压化成后具有粘性，热熔胶层410的材质为热熔胶，该热熔胶可以由60％至80％的主体树脂和20％至40％的小分子树脂组成，其中，主体树脂的分子量为1万至10万，主体树脂可以为聚异丁烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯中的一种或几种的组合，小分子树脂的分子量小于1万，小分子树脂可以为聚异丁烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯中的一种或几种的组合。

粘结层430具有粘性，且其粘性不受温度影响，本实施例中对粘结层430的材质不做进一步地限定，本领域的技术人员可以根据实际情况选用常规的胶纸层中的粘结层，例如：粘结层430可以为丙烯酸或橡胶等。

基层420起到支撑的作用，本实施例中队基层420的材质不做进一步地限定，本领域的技术人员可以根据实际情况选用常规的胶纸层中的基层，例如：基层420可以为PE、PET或PVC等。

本实施例中，热熔胶层410的厚度范围为8μm至10μm，基层420的厚度范围为11μm至13μm，粘结层430的厚度范围为2μm至5μm，由此，能够保证该复合胶层400能够较好地与隔膜和极耳粘接，并避免复合胶层400太厚，影响电芯的能量密度。

本实施例中，第一极片100还包括第一集流体120和涂敷在第一集流体120的至少一个表面的第一活性物质层130，第一活性物质层130上设置有第一极耳安装槽，第一极耳110安装在第一极耳安装槽内，即第一极片100为极耳中置式极片。第二极片200还包括第二集流体220和涂敷在第二集流体220的至少一个表面的第二活性物质层230，第二活性物质层230上设置有第二极耳安装槽，第二极耳210安装在第二极耳安装槽内，即第二极片200为极耳中置式极片。

在上述实施例的基础上，复合胶层400完全覆盖第一极耳安装槽，复合胶层400完全覆盖第二极耳安装槽，由此，复合胶层400完全覆盖第一极耳安装槽和第二极耳安装槽，可以阻止锂离子透过，避免电芯循环过程中的析锂问题，提升电芯的安全性能。

本实施例中对复合胶层400的具体尺寸不做进一步地限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行设置，只要复合胶层400的长度和宽度均大于第一极耳安装槽的长度和宽度，以及复合胶层400的长度和宽度均大于第二极耳安装槽的长度和宽度即可，例如：第一极耳安装槽的宽度为X1，第一极耳安装槽的长度为Y1，则复合胶层400的宽度为X1+2mm，复合胶层400的长度为Y1+1.5mm；第二极耳安装槽的宽度为X2，第二极耳安装槽的长度为Y2，则复合胶层400的宽度为X2+2mm，复合胶层400的长度为Y2+1.5mm。

结合图3和图4所示，第一极耳110的一端位于第一极耳安装槽中，第一极耳110的另一端沿第一极片100的宽度方向向第一极片100的边缘延伸并超出第一极片100，复合胶层400超出第一极片100设置第一极耳110的一侧边缘；第二极耳210的一端位于第二极耳安装槽中，第二极耳210的另一端沿第二极片200的宽度方向向第二极片200的边缘延伸并超出第二极片200，复合胶层400超出第二极片200设置第二极耳210的一侧边缘。由此，能够进一步提升电芯的安全性能。

在上述实施例的基础上，复合胶层400超出第一极片100设置第一极耳110的一侧边缘的间距范围大于0，且小于或者等于3mm；复合胶层400超出第二极片200设置第二极耳210的一侧边缘的间距范围大于0，且小于或者等于3mm。由此，既能够保证电芯的安全性，又能够避免影响电芯的能量密度。

本实施例中，第一极片100为正极片，第二极片200为负极片。

为了进一步提升电芯的安全性能，避免电芯循环过程中析锂形成的锂枝晶刺穿隔膜，在上述实施例的基础上，第一极片100与第二极耳210相对的位置覆盖第一胶层500，第一胶层500和设置在第二极耳210上的复合胶层400分别位于隔膜300的相对的两侧。

进一步地，第一胶层500的尺寸大于复合胶层400的尺寸，也即，第一胶层500沿电芯的厚度方向的投影覆盖设置在第二极耳210上的复合胶层400沿电芯的厚度方向的投影。

为了进一步改善第一极耳110对应位置的隔膜的热缩现象，进一步改善电芯的热稳定性，在上述实施例的基础上，第二极片200与第一极耳110相对的位置覆盖第二胶层600，第二胶层600和设置在第一极耳110上的复合胶层400分别位于隔膜300的相对的两侧。

进一步地，第二胶层600的尺寸小于复合胶层400的尺寸，也即，设置在第二极耳210上的复合胶层400沿电芯的厚度方向的投影覆盖第二胶层600沿电芯的厚度方向的投影。由此，能够避免析锂形成的锂枝晶，影响电芯的安全性能。

本实施例中的第一胶层500和第二胶层600可以为常规的胶纸层，也可以为复合胶层400，为了进一步改善极耳位置的隔膜的热缩现象，进一步改善电芯的热稳定性，提升电芯的炉温测试的通过率和电芯的安全性，在上述实施例的基础上，第一胶层500和第二胶层600均为复合胶层400。

本实施例中对第一极耳110和第二极耳120的材质不做进一步地限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行选择，例如：第一极耳110和第二极耳120的材质为铝、镍、铜、铁、钛和锆中的一种或几种的组合。

为说明复合胶层400对电芯的热稳定性的改善情况，本实施例示出一例对照实验，该实验包括一组实验组和两组对照组，对照组和实验组除复合胶层400的设置不同外，第一极耳110和第二极耳210的尺寸等其他变量完全相同，对照组和实验组具体设置如下：

实验组1：在第一极耳110和隔膜300之间设置复合胶层400，以及在第二极耳210和隔膜300之间设置复合胶层400，其中，复合胶层400包括依次层叠设置的热熔胶层410、基层420和粘结层430，热熔胶层410与隔膜300连接，粘结层430与第一极耳110和第二极耳210连接，热熔胶层410的厚度为9μm、基层420的厚度为12μm、粘结层430的厚度为3μm。

对照组1：在第一极耳110和隔膜300之间设置常规的绿色橡胶胶纸，以及在第二极耳210和隔膜300之间设置常规的绿色橡胶胶纸，常规的绿色橡胶胶纸与隔膜300基本没有粘接。

对照组2：在第一极耳110和隔膜300之间设置常规的蓝色丙烯酸胶纸，以及在第二极耳210和隔膜300之间设置常规的蓝色丙烯酸胶纸，常规的蓝色丙烯酸胶纸与隔膜300基本没有粘接。

对上述各组制备得到的电芯进行如下性能测试，测试过程为：

首先将实验组和对照组的电芯以0.2C充电至上限电压+30mV(0.02C截止)，测试实验组和对照组的电芯的初始状态，包括电压、内阻、厚度等；

然后将实验组和对照组的电芯放入烤箱中，以初始温度25±3℃进行加热，升温速率为5±2℃升温至130±2℃，保持60min后测试结束。

最后，观察实验组和对照组的电芯是否起火或爆炸，通过炉温测试的标准为：电芯不起火，不爆炸。

表1实验组和对照组的安全性情况

类别	第一极耳胶纸-隔膜拉力/N	第二极耳胶纸-隔膜拉力/N	炉温通过率
				实验组1	2.3194	1.9437	5/5PASS
对照组1	0.0021	0.0018	0/5PASS
				对照组2	0.0018	0.0019	0/5PASS

由表1可得，实验组中的炉温测试结果均比对照组的好，说明与常规的胶纸层相比，本申请中通过在第一极耳110和隔膜300之间设置复合胶层400，以及在第二极耳210和隔膜300之间设置复合胶层400，能够改善极耳位置的隔膜的热缩现象，使电芯的热稳定性得到明显的改善，从而能够避免电芯的内短路，提升电芯的炉温测试的通过率和电芯的安全性。

本实用新型第二方面还提供一种电池，包括壳体、电解液和第一方面所示的电芯，卷芯位于壳体内，电解液注入在安装有的电芯的壳体内。示例性的，该电池可以是锂离子电池，在另一些示例中，该电池也可以是铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、镍镉电池等其他类型的电池。

其中，电芯包括第一极片100、第二极片200和隔膜300，第一极片100和第二极片200与电解液相接触，并将电解液中的化学能转换为电能，第一极片100和第二极片200上产生的电流可通过其上的第一极耳110和第二极耳120传导至壳体上的正负极。

该电池的优点与第一方面中的电芯的优点相同，此处不再赘述。

在一种具体的实施方式中，电池的制作流程如下：

首先，在96.5wt％的磷酸铁锂中加入1.5wt％的导电炭黑和2wt％的聚偏氟乙烯(PVDF)，并用N-甲基吡咯烷酮(NMP)调节成正极活性物质，再通过涂布设备把正极活性物质涂覆于正极集流体表面，随后烘干、辊压分切和制片得到正极片，制备正极片的过程中在正极活性物质层上设置正极耳安装槽，将正极耳安装在正极耳安装槽内。

然后，将负极活性物质人造石墨、导电剂导电炭黑、粘接剂丁苯橡胶(SBR)+羧甲基纤维素钠(CMC)分别按96.9wt％、0.5wt％、1.3wt％+1.3wt％的比例混合，混合完成后，加入去离子水分散制成适当固含量的负极活性物质，再通过涂布设备把负极活性物质涂覆在负极集流体上，随后烘干、辊压分切和制片得到负极片，制备负极片的过程中在负极活性物质层上设置负极耳安装槽，将负极耳安装在负极耳安装槽内。

制备好正极片和负极片后，将正极片、隔膜与负极片依次叠放在一起，并在正极耳和隔膜之间贴上复合胶层，以及在负极耳和隔膜之间贴上复合胶层，再将正极片、隔膜与负极片卷绕制成电芯，再用铝塑膜封装制成电芯，然后进行注液、陈化、化成、分选等工序制得电池，最后对电池的电化学性能和安全性能进行测试。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种电池，其特征在于，包括电芯，所述电芯包括卷绕的第一极片、隔膜和第二极片，所述隔膜位于所述第一极片和所述第二极片之间，所述第一极片和所述第二极片的极性相反，所述第一极片上设有第一极耳，所述第二极片上设有第二极耳；

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述复合胶层包括依次层叠设置的热熔胶层、基层和粘结层，所述热熔胶层与所述隔膜粘接，所述粘结层与所述第一极耳和/或所述第二极耳粘接。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一极片包括第一集流体和涂敷在所述第一集流体的至少一个表面的第一活性物质层，所述第一活性物质层上设置有第一极耳安装槽，所述第一极耳位于所述第一极耳安装槽内；

4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述复合胶层完全覆盖所述第一极耳安装槽，和/或，所述复合胶层完全覆盖所述第二极耳安装槽。

5.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述复合胶层超出所述第一极片设置所述第一极耳的一侧边缘，和/或，所述复合胶层超出所述第二极片设置所述第二极耳的一侧边缘。

6.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述第一极片与所述第二极耳相对的位置覆盖第一胶层，所述第一胶层和设置在所述第二极耳上的复合胶层分别位于所述隔膜的相对的两侧。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述第一胶层沿电芯厚度方向的投影覆盖设置在所述第二极耳上的复合胶层沿电芯的厚度方向的投影。

8.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述第二极片与所述第一极耳相对的位置覆盖第二胶层，所述第二胶层和设置在所述第一极耳上的复合胶层分别位于所述隔膜的相对的两侧。

9.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述第一胶层为所述复合胶层。

10.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述第二胶层为所述复合胶层。

11.根据权利要求1至10任一项所述的电池，其特征在于，所述第一极片为正极片，所述第二极片为负极片。