CN219959320U - 一种单体电池及电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，公开一种单体电池及电池模块，所述单体电池包括卷绕式电芯，卷绕式电芯包括层叠并卷绕设置的正极极片层、负极极片层和隔膜层，隔膜层设置在正极极片层和负极极片层之间，隔膜层包括第一隔膜层和第二隔膜层，第一隔膜层设置在正极极片层朝向外侧的表面，第二隔膜层设置在正极极片层朝向内侧的表面；第一隔膜层包括第一基膜；卷绕式电芯具有弯曲区，在弯曲区，第二隔膜层包括第二基膜和陶瓷层，陶瓷层设置于第二基膜厚度方向上相对的两个表面的一者或者两者上，利用带陶瓷层的第二隔膜高安全性的优点，保护第二隔膜层不被锂枝晶刺穿，从而避免电芯内部短路，保证了安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种具有卷绕式电芯的单体电池及电池模块。
背景技术
目前电芯被大量应用于移动电子设备、纯电动性能源汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV和HEV)和储能(EES)等领域。
目前卷芯设计由于高效的制造效率已被大规模应用于动力电池，卷芯具有多层层叠的正极层、隔膜层和负极层，多层层叠之后存在正极层相对的在外侧而负极层相对在内侧，以及负极层相对的在外侧而正极层相对在内侧的结构。
在卷芯的弯曲拐角处，当负极包裹正极时，将卷芯拐角拉直后，可以发现，负极和正极正容量之比大于设计值，即负极的展开面积大于正极展开面积，负极的容量大于正极的容量，从正极脱嵌出来的锂离子可以全部嵌入负极；而当正极包裹负极时，将卷芯拐角拉直后，可以发现，负极和正极正容量之比小于设计值，即正极展开面积大于负极展开面积，负极接纳正极脱嵌出来的锂离子的能力小于平直区负极，从而存在析锂风险，容易刺穿隔膜。
现有技术未充分考虑卷绕式电芯弯曲区的结构特性差异，其在负极包裹正极之间、正极包裹负极之间采用相同结构的隔膜，未兼顾卷绕式电芯的安全性和经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有卷绕式电芯的单体电池及电池模块，在单个卷绕式电芯上采用两种不同结构的隔膜，兼顾卷绕式电芯的经济性和安全性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有卷绕式电芯的单体电池，所述卷绕式电芯包括层叠并卷绕设置的正极极片层、负极极片层和隔膜层，所述隔膜层设置在所述正极极片层和所述负极极片层之间，所述隔膜层包括第一隔膜层和第二隔膜层，所述第一隔膜层设置在所述正极极片层朝向外侧的表面，所述第二隔膜层设置在所述正极极片层朝向内侧的表面；所述第一隔膜层包括第一基膜；所述卷绕式电芯具有弯曲区，在所述弯曲区，所述第二隔膜层包括第二基膜和陶瓷层，所述陶瓷层设置于所述第二基膜厚度方向上相对的两个表面的一者或者两者上。
可选地，所述陶瓷层覆盖所述第二基膜的表面积与所述第二基膜表面积的比例为90％-100％。
可选地，还包括粘接层，所述粘接层设于所述陶瓷层厚度方向上相对的两个表面中的一者或者两者上，所述粘结层和所述第二基膜以及所述陶瓷层粘结。
可选地，所述陶瓷层设置在所述第二基膜靠近所述负极极片层的表面，所述粘接层设于所述陶瓷层厚度方向上相对的两个表面上，所述粘结层分别与所述负极极片层以及所述陶瓷层粘结、以及所述粘结层分别与所述第二基膜和所述陶瓷粘结，所述粘结层与其相邻的负极极片层的剪切强度大于述粘结层与所述第二基膜的剪切强度。
可选地，所述陶瓷层为α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3、AlOOH中的一种或者多种。
可选地，所述陶瓷层的厚度为W，1μm≤W≤6μm。
可选地，所述第一隔膜层的电阻值为R1，0.4Ω/cm2≤R1≤2Ω/cm2；所述第二隔膜层的电阻值为R，0.4Ω/cm2≤R2≤2Ω/cm2；且R1＜R2。
可选地，所述第一隔膜层的穿刺强度为P1，5gf/μm≤P1≤25gf/μm；所述第二隔膜层穿刺强度为P2，8gf/μm≤P2≤25gf/μm；且P1＜P2。
可选地，在120℃-135℃的温度范围下，加热时间在0.8h-1.5h条件下，所述第一隔膜层沿着长度方向的热收缩率为H1；所述第二隔膜层沿着长度方向的热收缩率为H2，H1/H2＝1.1-1.5。
为了解决上述技术问题，还提供一种及电池模块，包括如上所述的具有卷绕式电芯的单体电池。
本发明提供一种单体电池及及电池模块，与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明提供的单体电池中的卷绕式电芯包括层叠并卷绕设置的正极极片层、负极极片层和隔膜层，所述隔膜层设置在所述正极极片层和所述负极极片层之间，所述隔膜层包括第一隔膜层和第二隔膜层，所述第一隔膜层设置在所述正极极片层朝向外侧的表面，所述第二隔膜层设置在所述正极极片层朝向内侧的表面；所述第一隔膜层包括第一基膜；所述卷绕式电芯具有弯曲区，在所述弯曲区，所述第二隔膜层包括第二基膜和陶瓷层，所述陶瓷层设置于所述第二基膜厚度方向上相对的两个表面的一者或者两者上，第一隔膜层位于内侧是正极极片层而外侧是负极极片层之间，外侧的负极极片层的容量大于内侧的正极极片层的容量，从内侧的正极极片层脱嵌出来的锂离子可以全部嵌入外侧的负极极片层，析锂风险较低，即第一隔膜层被刺穿的风险较低；由此，本发明提供的第一隔膜层包括第一基膜，即第一隔膜层使用基膜，无需在基膜表面涂敷陶瓷层，从而简化了生产工序，提高了生产效率，控制了生产成本，保证了卷绕式电芯的经济性。
第二隔膜层位于内侧是负极极片层而外侧是正极极片层之间，内侧的负极极片层的容量比上外侧的正极极片层的容量之比小于设计值，弯曲区内侧的负极极片层接纳外侧的正极极片层脱嵌出来的锂离子的能力小于平直区负极，存在析锂风险，为了避免析锂导致第二隔膜层被刺穿，本发明提供的第二隔膜层在弯曲区包括第二基膜和陶瓷层，陶瓷层涂敷于第二基膜厚度方向上相对的两个表面的一者或者两者上。即第二隔膜层为带陶瓷层隔膜，充分利用带陶瓷层隔膜高安全性的优点，保护第二隔膜层不被锂枝晶刺穿。
综上，本发明提供的单体电池的卷绕式电芯充分考虑卷绕式电芯弯曲区的结构特性，在单个卷绕式电芯上采用不同结构的隔膜，兼顾卷绕式电芯的经济性和安全性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的层叠设置的正极极片、第一隔膜、负极极片以及第二隔膜的局部示意图；
图2为本发明实施例提供的卷绕式电芯的立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的卷绕式电芯的截面示意图；
图4为本发明实施例提供的第n层为正极极片层、第n+1层的第一隔膜层、第n+2层的负极极片层、第n+3层的第二隔膜层以及第n+4层的正极极片层的卷绕局部结构示意图一；
图5为图4中中A部分的平展示意图；
图6为本发明实施例提供的第n层的正极极片层、第n+1层的第一隔膜层、第n+2层的负极极片层、第n+3层的第二隔膜层以及第n+4层的正极极片层的卷绕示意图二；
图7为图6中中B部分的平展示意图；
图8为本发明实施例提供的第n层的正极极片层、第n+1层的第一隔膜层、第n+2层的负极极片层、第n+3层的第二隔膜层以及第n+4层的正极极片层的卷绕示意图三；
图9为图8中中C部分的平展示意图；
图10为本发明实施例提供的第n层的正极极片层、第n+1层的第一隔膜层、第n+2层的负极极片层、第n+3层的第二隔膜层以及第n+4层的正极极片层的平展示意图；
图11为本发明实施例提供的单体电池的结构示意图。
图中：100、卷绕式电芯；
a、正极极片；b、第一隔膜；c、负极极片；d、第二隔膜；
1、正极极片层；
2、第一隔膜层；21、第一基膜；
3、负极极片层；
4、第二隔膜层；41、第二基膜；42、陶瓷层；43、粘接层；
6、平直区；7、弯曲区；8、正极极耳；9、负极极耳；
200、单体电池；201、壳体；202、容纳腔。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1-10所示，本发明实施例提供了一种卷绕式电芯100，如图1所示，包括依次叠设的正极极片a、第一隔膜b、负极极片c以及第二隔膜d，依次叠设的正极极片a、第一隔膜b、负极极片c以及第二隔膜d进行卷绕获得卷绕式电芯100。
如图2-10所示，卷绕式电芯100包括平直区6和弯曲区7，基于一般的卷芯卷绕方式，一个卷绕式电芯100通常包括一个平直区6和两个弯曲区7，弯曲区7形成在平直区6的两侧，并且弯曲区7和平直区6连接。
请参阅图3、图4和图5，所述平直区6和弯曲区7均包括层叠设置的正极极片层1、负极极片层3及位于所述正极极片层1和所述负极极片层3之间的隔膜层，所述隔膜层包括第一隔膜层2和第二隔膜层4。定义任意相邻的多层结构中，以靠近所述卷绕式电芯100中心的一层为内，而相对远离中心的一层则为外。
可以理解的是，当依次叠设的正极极片a、第一隔膜b、负极极片c以及第二隔膜d经过多次卷绕之后，必然存在多层的正极极片层1、多层的隔膜层和多层的负极极片层3。所述隔膜层包括第一隔膜层2和第二隔膜层4，所述第一隔膜层2设置在所述正极极片层1朝向外侧的表面，所述第二隔膜层4设置在所述正极极片层1朝向内侧的表面。也即，可以理解为，任意选择依次叠加设置的正极极片层1、隔膜层、负极极片层3、隔膜层、正极极片层1中，正极极片层1在内侧而负极极片层3在外侧时，两者之间设置的隔膜层为第一隔膜层2，负极极片层3在内侧而正极极片层1在外侧时，两者之间设置的隔膜层为第二隔膜层4。
在一些具体的实施例中，为了更好的描述清楚卷绕式电芯100的结构，卷绕式电芯100形成第n层为正极极片层1，第n+1层为第一隔膜层2，第n+2层为负极极片层3，第n+3层为第二隔膜层4的卷绕结构，第n+4层为正极极片层1，……如此依次层叠设置。其中n是整数。可以理解的是，正极极片a经过卷绕形成第n层的正极极片层1、第n+4层正极极片层1…甚至更多层；第一隔膜b经过卷绕形成第n+1层第一隔膜层2，第n+5层的第一隔膜2…甚至更多层；负极极片c经过卷绕形成第n+2层的负极极片层3，第n+6层的负极极片层3…甚至更多层；第二隔膜d经过卷绕形成第n+3层的第二隔膜4，第n+7层的第二隔膜4…甚至更多层。
需要说明的是，还可以是负极极片c、第一隔膜b、正极极片a、以及第二隔膜d叠加顺序；又或者，以第一隔膜b、正极极片a、第二隔膜d、负极极片c的叠加顺序；或者其他的方式都可以，只要保证卷绕之后获得的卷绕式电芯100中的正极极片层1和负极极片层3之间为隔膜层即可。
其中，如图2、3、4、6、8所示，在弯曲区7，第n+2层的负极极片层3包裹住第n层的正极极片层1，将卷绕式电芯100弯曲区7拉直后，如图5、7、9所示，可以发现，第n+1层的第一隔膜2位于第n层的正极极片层1和第n+2层的负极极片层3之间，第n+2层的负极极片层3的容量大于第n层的正极极片层1，从第n层的正极极片层1脱嵌出来的锂离子可以全部嵌入第n+2层的负极极片层3，没有析锂风险，即第n+1层的第一隔膜2没有被刺穿的风险；而第n+3层的第二隔膜4位于第n+2层的负极极片层3和第n+4层的正极极片层1之间，第n+2层的负极极片层3的容量比上第n+4层的正极极片层1的容量的比值小于设计值，在弯曲区，第n+2层的负极极片层3接纳第n+4层的正极极片层1脱嵌出来的锂离子的能力小于平直区，存在析锂风险，即第n+3层的第二隔膜4存在被锂枝晶刺穿的风险。
在一些具体的实施例中，n为正整数或者负整数，比如1、2、3、4、5……；或者-1、-2、-3、……。作为一种选择，以靠近内侧的层结构为较小的数值，依次往外逐层递增。n的取值是根据选定的该层作为起始层作为参考基准。
针对上述两种情况，如图4-10所示，本发明在单个卷绕式电芯100上同时使用两种不同的隔膜，具体地，本发明提供的第一隔膜2包括第一基膜21，即第一隔膜2仅使用第一基膜21，无需在第一基膜21表面涂敷陶瓷层，从而简化了生产工序，提高了生产效率，控制了生产成本，保证了卷绕式电芯100的经济性。
如图4-10所示，本发明提供的第二隔膜4至少在弯曲区7包括第二基膜41和陶瓷层42，陶瓷层42涂敷于第二基膜41厚度方向上相对的两个表面的一者或者两者上，即在相对的在卷芯外侧的表面和/或第二基膜41相对的在卷芯内侧的表面。具体地，如图4、5所示，陶瓷层42涂敷于第二基膜41相对的在卷芯外侧的表面；如图6、7所示，陶瓷层42涂敷于第二基膜41相对的在卷芯内侧的表面；如图8、9所示，陶瓷层42涂敷于第二基膜41两个表面上。即第二隔膜4为单面或双面带陶瓷层隔膜，陶瓷层42具有防护功能，充分利用带陶瓷层隔膜高安全性的优点，保护第二隔膜4不被锂枝晶刺穿，使得第二隔膜4能够有效分隔第n+2层的负极极片层3与第n+4层的正极极片层1，以避免第n+2层的负极极片层3与第n+4层的正极极片层1彼此接触，从而避免电芯内部短路，保证了单体电池200的安全性。
综上，本发明提供的卷绕式电芯100充分考虑弯曲区7的结构特性，在单个卷绕式电芯100上采用不同结构的隔膜，兼顾具有卷绕式电芯100的单体电池200的经济性和安全性。
可以理解的是，第一隔膜b为基膜，不设置涂料改性层，第一隔膜b经过卷绕形成第n+1层的第一隔膜层2第n+5层的第一隔膜层2甚至更多层；即第n+1层的第一隔膜层2和第n+5层的第一隔膜层2均为第一隔膜b提供的基膜层。第二隔膜d为单面或双面带陶瓷层隔膜，第二隔膜d经过卷绕形成第n+3层的第二隔膜层4，第n+7层的第二隔膜层4…甚至更多层，即第n+3层的第二隔膜4和第n+7层的第二隔膜层4均为单面或双面带陶瓷层隔膜，由第二隔膜d提供。
举例来说，对于第n+7层的第二隔膜层4，第n+7层的第二隔膜层4的内侧为第n+6层的负极极片层3，第n+7层的隔膜层的外侧为第n+8层的正极极片层1，在弯曲区，第n+6层的负极极片层3接纳从第n+8层的正极极片层1脱嵌出来的锂离子的能力低于平直区，在弯曲区7存在析锂风险，第n+7层的第二隔膜层4为带陶瓷层隔膜，保护第n+7层的第二隔膜层4不被锂枝晶刺穿，使得第n+7层的第二隔膜层4能够有效分隔第n+6层的负极极片层3与第n+8层的正极极片层1，以避免第n+6层的负极极片层3与第n+8层的正极极片层1彼此接触，从而避免电芯内部短路，保证了单体电池的安全性。
优选的，本实施例提供的第二隔膜层4在平直区6和弯曲区7的结构一致，即在平直区6也设置陶瓷层42，无需分区进行制备，能很好的简化工艺流程。
在一些具体的实例中，所述陶瓷层(42)覆盖所述第二基膜(41)的表面积与所述第二基膜(41)表面积的比例为90％-100％。
优选的，陶瓷层42的材质为α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3，AlOOH中的一种或者多种。
进一步地，陶瓷层42的厚度为W，1μm≤W≤6μm。可选地，陶瓷层42的厚度W还可以为2μm、3μm、4μm、5μm中的一者或者任意两者组成的范围。将陶瓷层42设置在该厚度范围内，既能很好的起到降低第二隔膜层4被锂枝晶刺穿的风险，同时也避免厚度过大，导致电阻过大，影响单体电池的导电性能。
在一些优选的实施例中，还包括粘接层43，粘接层43设于第二隔膜层4相对的在卷芯外侧的表面和/或第二隔膜层4相对的在卷芯内侧的表面。如图10所示，粘接层43设于第二隔膜层4相对的在卷芯外侧的表面和第二隔膜层4相对的在卷芯内侧的表面，即第二隔膜层4厚度方向的两侧均设置有粘接层43。具体的，在第二基膜41的两个表面上均设置有陶瓷层42，而粘接层43设置在陶瓷层42远离所述第二基膜41的表面。粘接层43起到粘结第二隔膜层4与第n+4层的正极极片层1和第n+2层的负极极片层3粘接的作用。进一步地，粘接层43包括聚合物，聚合物为聚偏二氟乙烯。在第二基膜41的两侧均设置陶瓷层42，能很好的增强第二基膜41的材料性能，进一步降低第二基膜41被锂枝晶刺破的风险。而同时在两侧的陶瓷层42上均设置有粘接层43，可以很好的提高热压之后正极极片层1和陶瓷层42的粘结力，以及提高负极极片层3与陶瓷层42的粘结力。
作为一种选择，所述陶瓷层42设置在所述第二基膜41靠近所述负极极片层3的表面，所述粘接层43设于所述陶瓷层42厚度方向上相对的两个表面上，所述粘接层43分别与所述负极极片层3以及所述陶瓷层42粘结，所述粘接层43与其相邻的负极极片层3的剪切强度大于所述粘接层43与所述陶瓷层42的剪切强度。基于在第二基膜41靠近所述负极极片层3的表面设置陶瓷层42，能直接和负极极片层3析出的锂枝晶接触，达到直接的防护作用，具有较优的防护效果。在陶瓷层42厚度方向的两侧均设置粘接层43，能很好的增强陶瓷层42与负极极片层3的粘结力，提高单体电池的导电稳定性能。
可选地，第一基膜21和第二基膜41的材质为聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)，在一些优选的实施例中，第一基膜21和第二基膜41的材料选择聚丙烯，其对防止短路具有良好的作用，并可以通过关断效应改善单体电池的稳定性。
在一些优选实施例中，第一隔膜层2的电阻值为R1，0.4Ω/cm2≤R1≤2Ω/cm2；可选地，第一隔膜层2的电阻值为R1还可以为：0.6Ω/cm2、1.0Ω/cm2、1.3Ω/cm2、1.5Ω/cm2、1.8Ω/cm2中的一者或者位于任意两者组成的范围。第二隔膜层4的电阻值为R2，0.4Ω/cm2≤R2≤2Ω/cm2；且R1＜R2。可选地，第二隔膜层4的电阻值为R2还可以为：0.6Ω/cm2、1.0Ω/cm2、1.3Ω/cm2、1.5Ω/cm2、1.8Ω/cm2中的一者或者位于任意两者组成的范围。将第一隔膜层2和第二隔膜层4的电阻值设置在该范围同时控制第一隔膜层2的电阻值R1小于第二隔膜层4的电阻值为R2，可以使得单体电池具有更优的循环性能和倍率性能。
可选地，第一隔膜层层2穿刺强度为P1，5gf/μm≤P1≤25gf/μm；可选地，第一隔膜层层2穿刺强度为P1还可以为6gf/μm、10gf/μm、14gf/μm、18gf/μm、22gf/μm中的一者或者任意两者组成的范围：第二隔膜层层4穿刺强度为P2，8gf/μm≤P2≤25gf/μm；可选地，第二隔膜层层4穿刺强度为P2还可以为6gf/μm、10gf/μm、14gf/μm、18gf/μm、22gf/μm中的一者或者任意两者组成的范围，且P1＜P2。将第一隔膜层2和第二隔膜层4的拉伸强度设置在该范围内，能很好的增加第一隔膜层2和第二隔膜层4的强度，进一步降低被锂枝晶刺破的风险。
提供一种选择，隔膜穿刺强度的测试可以参照：GB/T36363-2018锂离子电池用聚烯烃隔膜中关于穿刺强度的检测方法进行检测。
优选的，在120℃-135℃的温度范围下，加热时间在0.8h-1.5h条件下，第一隔膜层2沿着长度方向的热收缩率为H1；第二隔膜4沿着长度方向的热收缩率为H2，H1＞H2，且H1/H2＝1.1-1.5；1％＜H1＜8％，1％＜H2＜6％。可选地，H1/H2的数值还可以是1.1、1.2、1.3、1.4中的一者或者任意两者形成的范围。可选地，H1的范围值还可以是：2％＜H1＜7％、3％＜H1＜6％或者4％＜H1＜5％。可选地，H2的范围值还可以是：2％＜H1＜5％或者3％＜H1＜4％。将第一隔膜层2和第二隔膜层4的热收缩率设置在该范围内，两者具有较好的热稳定性能，提高单体电池在相对较高温度下工作的稳定性。
提供一种选择，隔膜热收缩率的测试可以参照：GB/T36363-2018锂离子电池用聚烯烃隔膜中关于热收缩率的检测方法进行检测。
优选的，所述卷绕式电芯100还包括正极极耳8和负极极耳9，正极极耳8与正极极片a电连接，负极极耳9与负极极片c电连接，其中，正极极耳8和负极极耳9从卷绕结构的同一侧延伸出，或正极极耳8和负极极耳9从卷绕结构的不同侧延伸出。如图2所示，正极极耳8和所述负极极耳9从卷绕结构的同一侧伸出。
如图11所示，本发明实施例还提供一种单体电池200，包括壳体201和上述卷绕式电芯100，壳体201内设有容纳腔202，卷绕式电芯100设于容纳腔202内，其中，容纳腔202内还填充有电解液，电解液浸润于卷绕式电芯100。
根据本发明实施例，电解液包括含硫氧双键的化合物。
根据本发明实施例，所述含硫氧双键的化合物具有环状结构。
根据本发明实施例，所述含硫氧双键的化合物包含1,3-丙烷磺内酯和/或硫酸乙烯酯。
本发明实施例还提供一种电池模块，包括上述单体电池200。
下面结合具体实施例对本申请提供的电池的制备方法做出如下说明：
实施例1
(1)正极极片的制备
将正极活性材料LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(NMC532)、导电剂乙炔黑(Super P)和粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比NMC532:Super P:PVDF＝92:4:4混合均匀，并于1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中均匀分散制成均匀的正极浆料，将正极浆料涂布在铝箔的两面后，正极浆料的涂布量为5mg/cm2，经烘烤、辊压，裁片后得到正极极片。
(2)负极极片的制备
将负极活性材料石墨、导电剂乙炔黑(Super P)和粘结剂SBR按质量比石墨:SuperP:SBR＝92:4:4混合均匀，并于去离子水中均匀分散制成均匀的负极浆料，将负极浆料涂布在铜箔的两面后，负极浆料的涂布量为7mg/cm2，经烘烤、辊压，裁片后得到负极极片。
(3)电解液的制备
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照质量比1:1:1混合，然后加入1.05mol/L的LiPF6混合均匀，之后加入1％的1,3-丙烷磺内酯和1％的硫酸乙烯酯，配制成电解液。
(4)第一隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第一隔膜，其中第一隔膜的穿刺强度为P1为9gf/μm，电阻值R1为0.8Ω/cm2。
第二隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第二隔膜，第二隔膜的电阻值R2为1.0Ω/cm2，其中第二隔膜的穿刺强度为P2为11gf/μm，在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布α-Al2O3，厚度为4μm。
(5)单体电池的制作
将制得的正极极片、第一隔膜、负极极片、第二隔膜按顺序叠好，经卷绕形成卷绕式电芯，其中第一隔膜的PVDF胶层面向正极极片，将电芯置于外包装铝塑膜中，置于85±10℃的烘箱中烘烤24h，将电解液注入到干燥后的铝塑膜中，封口、静置、化成、分容，完成单体电池的制备。
其中，参照图1和图2，卷绕式电芯100包括依次层叠设置的正极极片a、第一隔膜b、负极极片c和第二隔膜d。
实施例2
采用如实施例1的所述方法制备电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布β-Al2O3。
实施例3
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布γ-Al2O3。
实施例4
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布AlOOH。
实施例5
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在第二隔膜面向正极极片层的一面上涂布α-Al2O3。
实施例6
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在第二隔膜面向负极极片层和面向正极极片层的两面上同时涂布α-Al2O3，厚度分别为2μm。
实施例7
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布α-Al2O3，厚度为2μm。
实施例8
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布α-Al2O3，厚度为5μm。
实施例9
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在第一隔膜面向负极极片层的一面上涂布α-Al2O3。
实施例10
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在第一隔膜面向正极极片层的一面上涂布α-Al2O3。
实施例11
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
在第一隔膜面向负极极片层和面向正极极片层的两面上同时涂布α-Al2O3，厚度分别为2μm。
实施例12
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
第一隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第一隔膜，其中第一隔膜的穿刺强度为P1为15gf/μm，电阻值R1为1.3Ω/cm2。
第二隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第二隔膜，第二隔膜的电阻值R2为1.5Ω/cm2，其中第二隔膜的穿刺强度为P2为18gf/μm，在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布α-Al2O3，厚度为2μm。
实施例13
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
第一隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第一隔膜，其中第一隔膜的穿刺强度为P1为20gf/μm，电阻值R1为1.7Ω/cm2。
第二隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第二隔膜，第二隔膜的电阻值R2为1.8Ω/cm2，其中第二隔膜的穿刺强度为P2为23gf/μm，在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布α-Al2O3，厚度为5μm。
实施例14
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
第一隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第一隔膜，其中第一隔膜的穿刺强度为P1为9gf/μm，电阻值R1为0.3Ω/cm2。
第二隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第二隔膜，第二隔膜的电阻值R2为0.35Ω/cm2，其中第二隔膜的穿刺强度为P2为6gf/μm，在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布α-Al2O3，厚度为1μm。
实施例15
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
第一隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第一隔膜，其中第一隔膜的穿刺强度为P1为26gf/μm，电阻值R1为2.3Ω/cm2。
第二隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第二隔膜，第二隔膜的电阻值R2为2.2Ω/cm2，其中第二隔膜的穿刺强度为P2为27gf/μm，在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布α-Al2O3，厚度为7.2μm。
实施例16
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
电解液中加入1％的硫酸乙烯酯，未加入1,3-丙烷磺内酯。
实施例17
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
电解液中加入1％的1,3-丙烷磺内酯。
对比例1
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
第二隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第二隔膜，第二隔膜的电阻值R2为1.0Ω/cm2，其中第二隔膜的穿刺强度为P2为6gf/μm，不涂布陶瓷层。
对比例2
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
第二隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第二隔膜，第二隔膜的电阻值R2为1.0Ω/cm2，其中第二隔膜的穿刺强度为P2为8gf/μm，在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布PVDF，PVDF，涂敷面积占隔膜面积的30％，厚度为4μm。
对比例3
采用如实施例1的所述方法制备单体电池，除以下不同之处，其余同实施例1：
第二隔膜的制备：提供9μm厚度的PE第二隔膜，第二隔膜的电阻值R2为1.0Ω/cm2，其中第二隔膜的穿刺强度为P2为7gf/μm，在第二隔膜面向负极极片层的一面上涂布PMMA，涂敷面积占隔膜面积的30％，厚度为4μm。
实施例1～17制备的单体电池以及对比例1～3制备的单体电池中的电池相关参数如表1所示。
表1：
隔膜孔隙率可以通过压汞仪测试得到，测试标准参照GB/T21650.2-2008。
单体电池性能测试：
将实施例1～17以及对比例1～3制备的单体电池分别进行短期功率测试和析锂单体电池自放电测试。
1、短期功率测试：
测试条件为25℃，50％SOC，10s峰值功率测试。
在环境温度为25±5℃下，单体电池在电荷状态为50％的状态下充电10s～15s，测试单体电池的充电峰值功率W1a。
在环境温度为-30±3℃下，单体电池在电荷状态为50％的状态下充电10s～15s，测试单体电池的充电峰值功率为W2a。
在环境温度为25±5℃下，单体电池在电荷状态为50％的状态下放电10s～15s，测试单体电池的放电峰值功率W1b。
在环境温度为-30±3℃下，单体电池在电荷状态为50％的状态下放电10s～15s，测试单体电池的放电峰值功率W2b。
自放电测试：
将经过析锂测试的单体电池，在常温下完成1C分容容量，得到实际放电容量C0，用1C0将单体电池放电调节到50％SOC，常温静置3h，再将降低至于常温箱中，每隔10天测试一次OCV，连续测试30天。
实施例1～17以及对比例1～3制备的单体电池的短期充放电功率测试和自放电测试结果如表2所示。
电池自放电率的测试：用1C0将单体电池放电调节到50％SOC，常温静置3h，记录得到的电压为OCV0，常温静置10天的电压为OCV1，第20天记录的电压为OCV2，第30天记录的电压为OCV3，第10天、第20天和第30天的自放电率分别为K1＝(OCV0-OCV1)/240、K2＝(OCV0-OCV2)/480、K3＝(OCV0-OCV3)/720，单位为mV/h。
表2
| 实施例 | W1a | W2a | W1b | W2b | K1 | K2 | K3 |
| 实施例1 | 1236 | 116 | 1336 | 286 | 0.0244 | 0.0214 | 0.0181 |
| 实施例2 | 1233 | 115 | 1338 | 289 | 0.0237 | 0.0215 | 0.0175 |
| 实施例3 | 1239 | 117 | 1340 | 291 | 0.0251 | 0.0221 | 0.0181 |
| 实施例4 | 1231 | 116 | 1331 | 288 | 0.0237 | 0.0218 | 0.0176 |
| 实施例5 | 1240 | 118 | 1342 | 293 | 0.0241 | 0.0223 | 0.0174 |
| 实施例6 | 1245 | 120 | 1346 | 295 | 0.024 | 0.0221 | 0.0177 |
| 实施例7 | 1255 | 125 | 1356 | 298 | 0.0242 | 0.0218 | 0.0176 |
| 实施例8 | 1212 | 112 | 1321 | 279 | 0.0238 | 0.0219 | 0.0180 |
| 实施例9 | 1201 | 108 | 1298 | 267 | 0.0237 | 0.0221 | 0.0178 |
| 实施例10 | 1198 | 106 | 1288 | 265 | 0.0241 | 0.0223 | 0.0175 |
| 实施例11 | 1178 | 103 | 1267 | 261 | 0.0243 | 0.0226 | 0.0177 |
| 实施例12 | 1179 | 114 | 1336 | 270 | 0.0239 | 0.0221 | 0.0178 |
| 实施例13 | 1134 | 106 | 1228 | 2645 | 0.0238 | 0.0222 | 0.0175 |
| 实施例14 | 1211 | 123 | 1352 | 279 | 0.0237 | 0.0224 | 0.0173 |
| 实施例15 | 1121 | 102 | 1202 | 254 | 0.0236 | 0.0226 | 0.0170 |
| 实施例16 | 1134 | 102 | 1286 | 266 | 0.0249 | 0.0231 | 0.0273 |
| 实施例17 | 1125 | 101 | 1273 | 258 | 0.0257 | 0.0243 | 0.0284 |
| 对比例1 | 1298 | 123 | 1378 | 305 | 0.0842 | 0.0841 | 0.0836 |
| 对比例2 | 1267 | 117 | 1342 | 289 | 0.0813 | 0.0810 | 0.0807 |
| 对比例3 | 1256 | 113 | 1334 | 281 | 0.0837 | 0.0831 | 0.823 |
根据表1～2的数据可见，第二隔膜使用带陶瓷层的隔膜可以防止负极极片层内侧析锂导致第二隔膜被刺穿而引发的安全问题，电池自放电率相对较低，电池具有较高的质量。与此同时，第一隔膜使用无胶隔膜可以有效提升电芯的充放电功率密度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种单体电池(200),包括卷绕式电芯(100)，其特征在于，所述卷绕式电芯(100)包括层叠并卷绕设置的正极极片层(1)、负极极片层(3)和隔膜层，所述隔膜层设置在所述正极极片层(1)和所述负极极片层(3)之间，所述隔膜层包括第一隔膜层(2)和第二隔膜层(4)，所述第一隔膜层(2)设置在所述正极极片层(1)朝向外侧的表面，所述第二隔膜层(4)设置在所述正极极片层(1)朝向内侧的表面；
所述第一隔膜层(2)包括第一基膜(21)；
所述卷绕式电芯(100)具有弯曲区(7)，在所述弯曲区(7)，所述第二隔膜层(4)包括第二基膜(41)和陶瓷层(42)，所述陶瓷层(42)设置于所述第二基膜(41)厚度方向上相对的两个表面的一者或者两者上。
2.根据权利要求1所述的单体电池(200)，其特征在于，所述陶瓷层(42)覆盖所述第二基膜(41)的表面积与所述第二基膜(41)表面积的比例为90％-100％。
3.根据权利要求1所述的单体电池(200)，其特征在于，还包括粘接层(43)，所述粘接层(43)设于所述陶瓷层(42)厚度方向上相对的两个表面中的一者或者两者上，所述粘接层(43)和所述第二基膜(41)以及所述陶瓷层(42)粘结。
4.根据权利要求3所述的单体电池(200)，其特征在于，所述陶瓷层(42)设置在所述第二基膜(41)靠近所述负极极片层(3)的表面，所述粘接层(43)设于所述陶瓷层(42)厚度方向上相对的两个表面上，所述粘接层(43)分别与所述负极极片层(3)以及所述陶瓷层(42)粘结、以及所述粘接层(43)分别与所述第二基膜(41)和所述陶瓷层(42)粘结，所述粘接层(43)与其相邻的负极极片层(3)的剪切强度大于所述粘接层(43)与所述第二基膜(41)的剪切强度。
5.根据权利要求1所述的单体电池(200)，其特征在于，所述陶瓷层为α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3、AlOOH中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的单体电池(200)，其特征在于，所述陶瓷层(42)的厚度为W，1μm≤W≤6μm。
7.根据权利要求1所述的单体电池(200)，其特征在于，所述第一隔膜层(2)的电阻值为R1，0.4Ω/cm2≤R1≤2Ω/cm2；所述第二隔膜层(4)的电阻值为R2，0.4Ω/cm2≤R2≤2Ω/cm2；且R1＜R2。
8.根据权利要求1所述的单体电池(200)，其特征在于，所述第一隔膜层(2)的穿刺强度为P1，5gf/μm≤P1≤25gf/μm；所述第二隔膜层(4)的穿刺强度为P2，8gf/μm≤P2≤25gf/μm；且P1＜P2。
9.根据权利要求1所述的单体电池(200)，其特征在于，在120℃-135℃的温度范围下，加热时间在0.8h-1.5h条件下，所述第一隔膜层(2)沿着长度方向的热收缩率为H1；所述第二隔膜层(4)沿着长度方向的热收缩率为H2，H1/H2＝1.1-1.5。
10.一种电池模块，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的单体电池(200)。
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Family
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-05-29 CN CN202321338085.5U patent/CN219959320U/zh active Active
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