CN220774687U - 绝缘膜及电池 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种绝缘膜及电池。其中，电池包括：绝缘膜、裸电芯和外壳组件。裸电芯包括正极片、负极片、隔膜、以及极耳，裸电芯包括外侧面、第一端面以及与第一端面相对的第二端面，第一端面具有极耳。外壳组件包括壳体和盖板。绝缘膜包覆设置于裸电芯的外侧面和第二端面，且该绝缘膜靠近盖板的一侧与盖板固定连接。绝缘膜包括：主体层、气泡膜层。主体层沿X方向上具有第一表面和第二表面。第一表面和第二表面至少之一上设置有气泡膜层，气泡膜层上设置有至少一个气泡，气泡内部具有预定气压的预定气体。本申请的绝缘膜及电池解决了现有技术中的电池在搬运过程中容易发生电芯变形和极耳拉扯等问题。

Description

绝缘膜及电池

技术领域

本申请涉及锂离子电池的充放电装置技术领域，具体而言，涉及一种绝缘膜及电池。

背景技术

由于锂离子电池具有较高的能量密度、较长的循环寿命以及环保等优点，被大量作为新能源汽车的动力源。目前方形和圆柱等硬壳电芯是动力电池中最为常见的两种锂离子电池结构。在方形或圆柱等硬壳电芯的制作过程中，裸电芯在制作完成后需要在方形或圆柱形硬壳中完成封装以及后续的一系列操作。由于硬壳多为质地较硬的铝壳或钢壳结构，很容易刮伤裸电芯。同时，由于铝壳或钢壳是导电壳体，极片与壳体接触，容易发生腐蚀和短路，需要对裸电芯进行绝缘保护。

解决上述问题的一个方案是在壳体和裸电芯之间，用绝缘膜包覆裸电芯，对裸电芯起到保护和绝缘作用。考虑到锂离子电池在充电后，裸电芯厚度会发生膨胀，尤其在采用掺硅负极的锂离子电池中，裸电芯厚度的膨胀更为显著。因此，通常在设计锂离子电池时，应使电池充满电后的裸电芯厚度膨胀到电池厚度的90％以上。然而，这样的设计导致了锂离子电池，尤其是采用掺硅负极的锂离子电池在未充电时的裸电芯的厚度过小。这意味着，此时裸电芯与电池壳体之间具有很大的空隙，裸电芯在壳体中受到的支撑效果弱，裸电芯在搬运中易发生变形和极耳拉扯。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种绝缘膜及电池，以至少解决现有技术中的电池在搬运过程中容易发生电芯变形和极耳拉扯等问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种绝缘膜，包括：

主体层，主体层沿X方向上具有第一表面和第二表面；

气泡膜层，第一表面和第二表面至少之一上设置有气泡膜层，气泡膜层上设置有至少一个气泡，气泡内部具有预定压强的预定气体。

进一步地，沿X方向，第一表面上的气泡膜层在第一表面上的投影面积为第一表面面积的20％至80％；和/或，

沿X方向，第二表面上的气泡膜层在第二表面上的投影面积为第二表面面积的20％至80％。

进一步地，沿X方向，单个气泡在主体层上的投影面积为0.2cm²至1cm²。

进一步地，沿X方向，主体层的厚度H为0.2mm至5mm，和/或，

气泡膜层的厚度为0.5μm至300μm。

进一步地，气泡膜层包括聚丙烯气泡膜层、聚乙烯气泡膜层、聚对苯二甲酸类气泡膜层三种中的至少一种。

进一步地，沿X方向，气泡在第一表面和/或第二表面上的投影面的形状包括圆形、菱形、椭圆形、三角形中的至少一种。

另一方面，本申请还提供了一种电池，其特征在于，包括：

裸电芯，裸电芯包括正极片、负极片、隔膜、以及极耳，裸电芯包括外侧面、第一端面以及与第一端面相对的第二端面，第一端面具有极耳；

外壳组件，外壳组件包括壳体和盖板，壳体内设置有容置腔，容置腔的端部设置有开口，盖板设置于开口处，裸电芯设置于容置腔内，且第一端面设置在靠近盖板的一侧，极耳连接于盖板上；

绝缘膜，绝缘膜为上述的绝缘膜，绝缘膜包覆设置于裸电芯的外侧面和第二端面，且绝缘膜靠近盖板的一侧与盖板固定连接。

进一步地，负极片包括掺硅负极片。

进一步地，电池的热压群裕度低于90％；和/或，电池的满电群裕度为90％至100％。

进一步地，裸电芯反弹率大于或等于2.5％；和/或，负极片厚度反弹率大于或等于10％。

相对于现有技术而言，本申请中的绝缘膜的第一表面和/或第二表面上设置有气泡膜层，且气泡膜层上设置的气泡能对裸电芯起到支撑和固定作用，在一定程度上能够防止裸电芯在搬运中易发生变形和极耳拉扯。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请公开的绝缘膜的结构示意图；

图2为本申请公开的电池处于第一视角下的结构示意图；

图3为本申请公开的电池处于第二视角下的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第一表面；2、第二表面；3、第一端面；4、第二端面；10、绝缘膜；11、主体层；12、气泡膜层；13、气泡；20、裸电芯；21、极耳；30、外壳组件；31、盖板；32、壳体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参见图1至图3所示，根据本申请的实施例，提供了一种电池。其中，电池包括：绝缘膜10、裸电芯20和外壳组件30。裸电芯20包括正极片(图中未示出)、负极片(图中未示出)、隔膜(图中未示出)、以及极耳21，裸电芯20包括外侧面、第一端面3以及与第一端面3相对的第二端面4，第一端面3具有极耳21。外壳组件30包括壳体32和盖板31，壳体32内设置有容置腔，容置腔的端部设置有开口，盖板31设置于开口处，裸电芯20设置于容置腔内，且第一端面3设置在靠近盖板31一侧，极耳21连接于盖板31上。其中，绝缘膜10包覆设置于裸电芯20的外侧面和第二端面4，且该绝缘膜10靠近盖板31的一侧与盖板31固定连接。其中，裸电芯20的外侧面是指裸电芯20外表面除第一端面3和第二端面4的其余面。

本实施例中的绝缘膜10包括：主体层11、气泡膜层12。其中，主体层11沿X方向上具有第一表面1和第二表面2。第一表面1和第二表面2至少之一上设置有气泡膜层12，气泡膜层12上设置有至少一个气泡13，气泡13内部具有预定气压的预定气体。

也即是说，绝缘膜10包覆在裸电芯20除了与盖板31相对一侧(即第一端面3)的其他所有侧上，并用于对裸电芯20在壳体32中起到固定和绝缘作用。相对于现有技术而言，本实施例中的绝缘膜10的第一表面1和/或第二表面2上设置有气泡膜层12，且气泡膜层12上设置的气泡13能对裸电芯20起到支撑和固定作用，在一定程度上能够防止裸电芯20在搬运中易发生变形和极耳21拉扯。同时，气泡13中设置有预定气体，其中气体包括空气、氩气和氮气三种中至少一种，且气体不与电池中的电解液发生化学反应。气体压强设置在0.5个标准大气压至1.5个标准大气压之间，可以在一定程度上保证电池在充电到特定程度后，气泡膜层12上的气泡13能在裸电芯20和外壳组件30的挤压下发生破裂。

此外，气体的压强可以设置为0.5个标准大气压、1个标准大气压和1.5个标准大气压。当气体的压强小于0.5个标准大气压时，气泡13对裸电芯20的支撑和固定效果差，易导致极耳拉扯断裂。当气体压强大于1.5个标准大气压时，气泡破裂时会产生较大的外力，在一定程度上会对裸电芯20造成影响。考虑到气泡13破裂后释放的气体可能会对电池造成影响，电池中设置有与外界连通的通道(图中未示出)，并用于将气泡13破裂后释放的气体排到电池外部。为防止气泡13破裂后，气体中的水分稀释电池的电解液或对正极片和负极片造成影响，气泡13中的气体水分设置为小于或等于100ppm。

进一步地，第一表面1上的气泡膜层12在第一表面1上的投影面积为第一表面1面积的20％至80％，例如20％、30％、40％、50％、60％、70％以及80％，此时，气泡膜层12对裸电芯20有较好的支撑和固定作用，且气泡膜层12上的气泡13易在裸电芯20膨胀时被挤压破裂。当第一表面1上的气泡膜层12在第一表面1上的投影面积小于第一表面1面积的20％时，气泡膜层12上的气泡13对裸电芯20的支撑和固定作用弱。当第一表面1上的气泡膜层12在第一表面1上的投影面积小于第一表面1面积的20％时，不易在电池充电中，裸电芯20膨胀挤压外壳组件30使气泡13发生破裂。

可选地，第二表面2上的气泡膜层12在第二表面2上的投影面积为第二表面2面积的20％至80％，例如20％、30％、40％、50％、60％、70％以及80％，此时，气泡膜层12对裸电芯20有较好的支撑和固定作用，且气泡膜层12上的气泡13易在裸电芯20膨胀时被挤压破裂。当第二表面2上的气泡膜层12在第二表面2上的投影面积小于第二表面2面积的20％时，气泡膜层12上的气泡13对裸电芯20的支撑和固定作用效果不明显。当第二表面2上的气泡膜层12在第二表面2上的投影面积小于第二表面2面积的20％时，气泡膜层12中的气泡13不易在裸电芯20膨胀时被挤压破裂。

进一步地，沿X方向，单个气泡13在主体层11上的投影面积为0.2cm²至1cm²，例如0.2cm²、0.3cm²、0.4cm²、0.5cm²、0.6cm²、0.7cm²、0.8cm²、0.9cm²、1cm²。当单个气泡13在主体层11的投影面积小于0.2cm²时，气泡13不易在裸电芯20膨胀时被挤压破裂。当单个气泡13在主体层11的投影面积大于1cm²时，气泡13面积过大，导致对电芯的支撑和固定作用降低。当单个气泡13在主体层11上的投影面积为0.2cm²至1cm²，气泡13易在裸电芯20膨胀时被挤压破裂，且此时气泡13对裸电芯20具有较好的支撑和固定作用。

进一步地，沿X方向，主体层11的厚度H为0.2mm至5mm，例如H可以是0.2mm、1.5mm、2.5mm、3.5mm、4.5mm和5mm。当主体层11厚度H小于0.2mm时，主体层11过薄，易在裸电芯20膨胀时断裂损坏。同时，主体层11过薄，在一定程度上降低了绝缘膜10对裸电芯20的支撑效果。而当主体层11厚度H大于5mm时，主体层11过厚，在裸电芯20膨胀时，会对裸电芯20施加较大的反作用力，易导致裸电芯20损坏。也即是说，本申请通过使主体层11厚度H为0.2mm至5mm时，既不会降低绝缘膜10对裸电芯20的支撑效果，也不会在裸电芯20膨胀时对裸电芯20施加较大的反作用力。

可选地，沿X方向，气泡膜层12的厚度为0.5μm至300μm，例如0.5μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm和300μm。当气泡膜层12的厚度小于0.5μm时，气泡膜层12过薄，在一定程度上降低了气泡膜层12对裸电芯20的支撑作用。当气泡膜层12的厚度大于300μm时，气泡膜层12过厚，气泡13在裸电芯20的挤压下不易发生破裂。当气泡膜层12的厚度在0.5μm至300μm时，气泡膜层12对裸电芯20具有较好的支撑和固定作用，且气泡膜层12上的气泡13易在裸电芯20膨胀时破裂。

进一步地，气泡膜层12包括聚丙烯气泡膜层、聚乙烯气泡膜层、聚对苯二甲酸类气泡膜层三种中的至少一种。在一个具体实施例中，气泡膜层12选用具有耐腐蚀性强、力学性能强和成本低等特点的聚丙烯气泡膜层。

进一步地，沿X方向，气泡13在第一表面1上的投影面的形状包括圆形、菱形、椭圆、三角形中的至少一种。可选地，沿X方向，气泡13在第二表面2上的投影面的形状包括圆形、菱形、椭圆、三角形中的至少一种。当然，在本申请的其他实施例中，气泡13在第一表面1或第二表面1上的投影面的形状还可以是其他规则或者不规则的形状。

进一步地，充电前，沿Y方向，裸电芯20的厚度与电池的厚度之比为热压群裕度，电池的热压群裕度低于90％，例如是90％、87％、85％、83％和80％，在上述值时，电池充电前，沿Y方向，裸电芯20与外壳组件之间存在较大间隙，此时本实施例的绝缘膜10能对裸电芯20起到很好的支撑和固定作用。而当热压群裕度大于90％时，外壳组件30能对裸电芯20起到支撑和固定作用，绝缘膜10提供的支撑和固定效果不明显。

可选地，充满电后，沿Y方向，裸电芯20的厚度与电池的厚度之比为满电群裕度，电池的满电群裕度为90％至100％，例如可以是90％、92％、94％、96％、98％和100％，当满电群裕度在上述值时，电池充电，裸电芯20膨胀后，能在一定程度上保证气泡膜层12上的气泡13破裂。同时，电池具有较大的满电群裕度也能保证电池充电后，外壳组件30能对裸电芯20起到支撑作用。而当电池的满电群裕度小于90％时，电池充电后，裸电芯20与外壳组件30之间仍存在较大间隙。此时，气泡膜层12上的气泡13不易在裸电芯20膨胀后破裂，气泡13的存在会对裸电芯20工作时施加外力作用，易导致裸电芯20损坏。值得一提的是，充满电的电池放电后，裸电芯20沿Y方向的厚度仍大于电池充电前裸电芯20沿Y方向的厚度，且电池放电后裸电芯20的厚度仍使得外壳组件30能对裸电芯20产生支撑和固定作用，因此无需气泡13提供支撑和固定。

进一步地，充满电后，沿Y方向，裸电芯20的厚度和充电前，裸电芯20的厚度之差与充电前，裸电芯20的厚度之比为裸电芯20厚度反弹率，裸电芯20厚度反弹率大于或等于2.5％。裸电芯20厚度反弹率可以是2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％和5％。当裸电芯20厚度反弹率大于或等于2.5％时，电池充电后，裸电芯20的厚度与电池充电前，裸电芯20的厚度有明显差距，绝缘膜10上的气泡13易被挤压破裂。而当裸电芯20的反弹率小于2.5％时，电池充电后，裸电芯20的厚度与电池充电前，裸电芯20的厚度差值较小，易导致绝缘膜10上的气泡13不被挤压破裂。

可选地，充满电后，负极片的厚度和充电前，负极片的厚度之差与充电前，负极片的厚度之比为负极片厚度反弹率，负极片厚度反弹率大于或等于10％。负极片厚度反弹率可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％和50％。本实施例中负极片厚度反弹率大于或等于10％，此时，电池充电后，负极片的厚度与电池充电前，负极片厚度差值大。即此时，电池充电后，裸电芯20的厚度与电池充电前，裸电芯20厚度差值较大，此时本实施例的绝缘膜10上的气泡13易被挤压破裂。当负极片厚度反弹率小于10％时，电池充电后，负极片的厚度与电池充电前，负极片的厚度差值小。即此时，电池充电后，裸电芯20的厚度与电池充电前，裸电芯的厚度差距小。此时，绝缘膜10上的气泡13不易被挤压破裂。

进一步地，在本实施例中，负极片包括掺硅负极片。负极片中掺硅能大幅降低负极片的制造成本。同时，掺硅负极片在充满电时，自身的膨胀率为150％至300％，可适配于本实施例提供的绝缘膜10。

以下将结合具体的实施例和对比例对本申请的绝缘膜及电池进行详细介绍。

实施例1

本实施例1的结构中，方形电池外壳为铝壳，电池高度、宽度与厚度分别为150mm、200mm、40mm，采用叠片工艺。

电池的化学体系为正极片为NCM811高镍三元正极片，负极片为10％硅材料和90％石墨的掺混负极片，其负极片厚度反弹率大于25％，裸电芯20反弹率大于4％。

绝缘膜10采用新型的本实施例具有气泡膜层12的绝缘膜10，气泡13为球形气泡，单个气泡13在主体层11上的投影面积为0.2cm²，气泡13个数为500个，气泡膜层12在相对应的表面上的投影面积为相对应表面面积的1/3。气泡13内气体的压强为1个标准大气压，气泡膜层12的厚度为10μm，主体层11的厚度H为0.1mm。

按照电池的正常制作流程完成电池的正常封装制作，总电芯数量为100pcs，电池记为C1。

实施例2

实施例2与实施例1不同之处在于绝缘膜10结构中气泡13个数为1000个，电池记为C2，总电池数量也为100pcs。

实施例3

实施例3与实施例1不同之处在于绝缘膜10结构的气泡膜层12厚度为200μm，电池记为C3，电池芯数量也为100pcs。

实施例4

实施例4与实施例1不同之处在于绝缘膜10结构的气泡13内气压为0.5个标准大气压，电池记为C4，总电池数量也为100pcs。

对比例1

对比例1与实施例1不同之处在于对绝缘膜10结构不包含本实施例中的气泡膜层12，电池记为C5，总电池数量也为100pcs。

对比例2

对比例2与实施例1不同之处在于电池的负极片为100％的石墨负极片，负极片厚度反弹率小于10％，电池记为C6，总电池数量也为100pcs。

将上述焊接封装好的电池按正常工序搬运移动，注液、化成和分选，分选下台后，拆解，记录极耳21拉扯断裂情况、绝缘膜10与盖板31的粘接情况、裸电芯20的损伤情况以及气泡13的破裂情况。将极耳21拉扯断裂、绝缘膜10与盖板31粘接断裂、裸电芯20损伤以及气泡13未破裂定义为制程不良，统计C1电池至C6电池各100pcs电池的不良品数量，计算C1至C4电池的制程良率。

表一为C1至C6电池制程情况对比数据表，绝缘膜10的存在能显著提升电池总体的制程良率，由常规绝缘膜C5电池的19％良率提升至本实施例绝缘膜10电池C1的100％良率，已经与常规石墨负极电芯的制程良率相当。但气泡膜层12的厚度、单个气泡13的在主体层11上的投影面积和气体的压强会对气泡13破裂以及对裸电芯20的支撑效果造成一定的影响。

表一：

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绝缘膜，其特征在于，包括：

主体层(11)，所述主体层(11)沿X方向上具有第一表面(1)和第二表面(2)；

气泡膜层(12)，所述第一表面(1)和所述第二表面(2)至少之一上设置有所述气泡膜层(12)，所述气泡膜层(12)上设置有至少一个气泡(13)，所述气泡(13)内部具有预定压强的预定气体。

2.根据权利要求1所述的绝缘膜，其特征在于，沿所述X方向，所述第一表面(1)上的所述气泡膜层(12)在所述第一表面(1)上的投影面积为所述第一表面(1)面积的20％至80％；和/或，

沿所述X方向，所述第二表面(2)上的所述气泡膜层(12)在所述第二表面(2)上的投影面积为所述第二表面(2)面积的20％至80％。

3.根据权利要求1所述的绝缘膜，其特征在于，沿所述X方向，单个所述气泡(13)在所述主体层(11)上的投影面积为0.2cm²至1cm²。

4.根据权利要求1所述的绝缘膜，其特征在于，沿所述X方向，所述主体层(11)的厚度H为0.2mm至5mm，和/或，

所述气泡膜层(12)的厚度为0.5μm至300μm。

5.根据权利要求1所述的绝缘膜，其特征在于，所述气泡膜层(12)包括聚丙烯气泡膜层、聚乙烯气泡膜层、聚对苯二甲酸类气泡膜层三种中的至少一种。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的绝缘膜，其特征在于，沿所述X方向，所述气泡(13)在所述第一表面(1)和/或所述第二表面(2)上的投影面的形状包括圆形、菱形、椭圆形、三角形中的至少一种。

7.一种电池，其特征在于，包括：

裸电芯(20)，所述裸电芯(20)包括正极片、负极片、隔膜、以及极耳(21)，所述裸电芯(20)包括外侧面、第一端面(3)以及与所述第一端面(3)相对的第二端面(4)，所述第一端面(3)具有所述极耳(21)；

外壳组件(30)，所述外壳组件(30)包括壳体(32)和盖板(31)，所述壳体(32)内设置有容置腔，所述容置腔的端部设置有开口，所述盖板(31)设置于所述开口处，所述裸电芯(20)设置于所述容置腔内，且所述第一端面(3)设置在靠近所述盖板(31)的一侧，所述极耳(21)连接于所述盖板(31)上；

绝缘膜，所述绝缘膜为权利要求1至6中任一项所述的绝缘膜，所述绝缘膜包覆设置于所述裸电芯(20)的外侧面和所述第二端面(4)，且所述绝缘膜靠近所述盖板(31)的一侧与所述盖板(31)固定连接。

8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述负极片包括掺硅负极片。

9.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述电池的热压群裕度低于90％；和/或，所述电池的满电群裕度为90％至100％。

10.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述裸电芯(20)反弹率大于或等于2.5％；

和/或，所述负极片厚度反弹率大于或等于10％。