CN105449261A - 软包装锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种软包装锂离子电池。所述软包装锂离子电池包括：卷绕式电芯；电解液，浸渍卷绕式电芯；以及包装袋，封装电芯并容置电解液。卷绕式电芯包括：正极片；负极片；以及隔离膜，间隔于正极片和负极片之间。正极片包括：正极集流体；以及正极膜片，涂覆在正极集流体上且包含正极活性材料、导电剂、粘结剂。正极片还包括热熔层；热熔层涂覆在正极集流体的处于卷绕式电芯的外周的且未涂覆有正极膜片的表面上；热熔层包括乙烯共聚物中的一种或几种；热熔层在软包装锂离子电池热压后具有粘性，以使软包装锂离子电池的卷绕式电芯与包装袋粘结。本发明的软包装锂离子电池具有良好的安全性能和较高的能量密度，同时其制备工艺简单、容易量产。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种软包装锂离子电池。
背景技术
近几年来，伴随着消费类电子产品轻薄化的发展，软包装锂离子电池变得越来越重要，其产能和产量成倍增长，因此对软包装锂离子电池使用时的可靠性提出了更高的要求。
传统软包装锂离子电池的电芯通常采用卷绕或叠片结构，电芯直接密封于包装袋中。由于电芯和包装袋之间通常存在间隙，当软包装锂离子电池由于种种原因跌落或滚动时，电芯会在包装袋内出现滑动，进而冲开包装袋的封口，导致电解液泄漏。
申请号为CN201120357121.3的中国专利公开了一种在包装袋和电芯之间设置环氧胶以提高软包装锂离子电池的安全性的方法。在该方法中，环氧胶将电芯粘结并固定于包装袋的内壁上，从而保证软包装锂离子电池在跌落时电芯不会滑动，从而不会冲开包装袋的封口，进而可有效防止封装于包装袋内的电解液泄漏。但是由于环氧胶本身具有粘性，因此在电芯和包装袋之间增加环氧胶的工艺难度较大，很难进行批量生产；此外，环氧胶不容易涂覆均匀，容易造成软包装锂离子电池的厚度过大，进而导致能量密度下降。
申请号为CN201110045468.9的中国专利公开了一种在卷绕电极单元外侧设置粘附件，通过粘附件浸渍电解液后的膨胀填补卷绕电极单元与电池壳之间的空隙，以将卷绕电极单元固定在电池壳内的方法。该方法可抑制卷绕电极单元在外部冲击时的晃动和转动，从而提高电池的可靠性。但该方法不适合应用于软包装锂离子电池中，一是软包装锂离子电池的电池壳为铝塑包装袋，其外形随粘附件的膨胀而变化，无法固定卷绕电极单元；二是粘附件的膨胀会造成软包装锂离子电池的厚度增加，进而大大降低软包装锂离子电池的能量密度。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种软包装锂离子电池，所述软包装锂离子电池具有良好的安全性能和较高的能量密度，同时其制备工艺简单、容易量产。
为了达到上述目的，本发明提供了一种软包装锂离子电池，其包括：卷绕式电芯；电解液，浸渍卷绕式电芯；以及包装袋，封装电芯并容置电解液。卷绕式电芯包括：正极片；负极片；以及隔离膜，间隔于正极片和负极片之间。正极片包括：正极集流体；以及正极膜片，涂覆在正极集流体上且包含正极活性材料、导电剂、粘结剂。负极片包括：负极集流体；以及负极膜片，涂覆在负极集流体上且包含负极活性材料、导电剂、粘结剂。正极片还包括热熔层；热熔层涂覆在正极集流体的处于卷绕式电芯的外周的且未涂覆有正极膜片的表面上；热熔层包括乙烯共聚物中的一种或几种；热熔层在软包装锂离子电池热压后具有粘性，以使软包装锂离子电池的卷绕式电芯与包装袋粘结。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过在软包装锂离子电池的正极片中增加热熔层，而热熔层经过热压后发生软化熔解从而具有粘性，可使卷绕式电芯、热熔层、包装袋紧紧地粘结在一起，从而在软包装锂离子电池发生跌落、滚筒等机械滥用时，可以保证卷绕式电芯不会出现滑动，进而可有效防止包装袋的封口因为卷绕式电芯的滑动而被冲开最终导致电解液泄漏的问题，大大提高了软包装锂离子电池的安全性能。
2.本发明通过在软包装锂离子电池的制备工艺简单，容易量产，且软包装锂离子电池的能量密度较高。
附图说明
图1示出根据本发明的软包装锂离子电池的平面结构示意图；
图2为图1的正极片的平面结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1卷绕式电芯
11正极片
111正极集流体
112正极膜片
113热熔层
12负极片
121负极集流体
122负极膜片
13隔离膜
2包装袋
具体实施方式
下面详细说明根据本发明的软包装锂离子电池以及实施例、对比例及测试结果。
首先说明根据本发明软包装锂离子电池。
参照图1和图2，根据本发明的软包装锂离子电池包括：卷绕式电芯1；电解液(未示出)，浸渍卷绕式电芯1；以及包装袋2，封装电芯1并容置电解液。卷绕式电芯1包括：正极片11；负极片12；以及隔离膜13，间隔于正极片11和负极片12之间。正极片11包括：正极集流体111；以及正极膜片112，涂覆在正极集流体111上且包含正极活性材料、导电剂、粘结剂。负极片12包括：负极集流体121；以及负极膜片122，涂覆在负极集流体121上且包含负极活性材料、导电剂、粘结剂。正极片11还包括热熔层113；热熔层113涂覆在正极集流体111的处于卷绕式电芯1的外周的且未涂覆有正极膜片112的表面上；热熔层113包括乙烯共聚物中的一种或几种；热熔层113在软包装锂离子电池热压后具有粘性，以使软包装锂离子电池的卷绕式电芯1与包装袋2粘结。
在根据本发明的软包装锂离子电池中，热熔层113的材料为熔融态或溶液态，因此采用涂覆设备很容易实现在正极集流体上的均匀涂覆；热熔层113在干燥成膜后没有粘性，可以方便后续的工序操作；在软包装锂离子电池热压后，热熔层113的材料软化熔解从而具有粘性，可使电芯1、热熔层113、包装袋2紧紧地粘结在一起，从而在软包装锂离子电池发生跌落、滚筒等机械滥用时，可以保证电芯1不会出现滑动，进而可有效防止包装袋2的封口因为电芯1的滑动而被冲开最终导致电解液泄漏的问题，大大提高了软包装锂离子电池的安全性能。
在根据本发明的软包装锂离子电池中，热熔层113的厚度可为5μm～100μm，优选可为10μm～50μm。如果热熔层113太厚，会导致软包装锂离子电池的有效空间变小，降低软包装锂离子电池的能量密度；如果热熔层113太薄，软包装锂离子电池的电芯1与包装袋2的粘结力太小，导致在软包装锂离子电池跌落时起不到保护作用。
在根据本发明的软包装锂离子电池中，所述乙烯共聚物中乙烯单体的质量百分含量可为60％～90％。如果乙烯单体的质量百分含量低于60％，则热熔层113的粘结性会变差；如果乙烯单体的质量百分含量高于90％，则热熔层113的热熔温度太高，因此很难实现粘结。
在根据本发明的软包装锂离子电池中，所述乙烯共聚物可选自乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)、乙烯-醋酸乙烯-羟基三元共聚物(E/VA/CO)、乙烯-丙烯酸正丁酯-羟基三元共聚物(E/NBA/CO)、乙烯-丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯共聚物(E/NBA/GMA)的一种或几种。
在根据本发明的软包装锂离子电池中，所述乙烯共聚物可采用热熔法熔解。
在根据本发明的软包装锂离子电池中，所述热熔法的熔解温度可为80℃～120℃。
在根据本发明的软包装锂离子电池中，所述乙烯共聚物可采用溶剂法溶解以实现在正极集流体111的表面上的涂覆。
在根据本发明软包装锂离子电池中，当所述乙烯共聚物采用溶剂法溶解时，所述溶剂可选自甲苯、环己烷中的一种或几种。
在根据本发明的软包装锂离子电池中，当所述乙烯共聚物采用溶剂法溶解时，所述乙烯共聚物与所述溶剂的重量比可为5:95～20:80。
接下来说明根据本发明的软包装锂离子电池的实施例和对比例。
实施例1
1.软包装锂离子电池的正极片的制备
(1)将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂导电碳(SuperP)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96:2:2溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，得到正极浆料，之后将正极浆料涂布在厚度为12μm的正极集流体铝箔111的其中一面上，之后经过干燥、冷压，得到压实密度为3.8g/cm3的正极膜片112；
(2)将乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)溶于环己烷制成胶体，其中，EVA中乙烯单体的质量百分含量为75％，EVA与环己烷的重量比为20:80，之后将胶体涂布在正极集流体111的处于电芯1的外周的且未涂覆有正极膜片112的表面(即图2中的尾部空白区域)上，其中涂覆厚度为10μm、涂覆长度为12mm(电芯的外周长为12mm)，干燥后得到的热熔层113，之后经过裁片、焊接正极极耳，得到软包装锂离子电池的正极片11。
2.软包装锂离子电池的负极片的制备
将负极活性物质石墨、导电剂导电碳(SuperP)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)和增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按质量比94:2:2:2溶于溶剂去离子水中，搅拌均匀，得到负极浆料，之后将负极浆料涂布在厚度为10μm的负极集流体铜箔121的其中一面上，之后经过干燥、冷压，得到压实密度为1.6g/cm3的负极膜片122，再经过裁片、焊接负极极耳，得到软包装锂离子电池的负极片12。
3.软包装锂离子电池的电解液的制备
将碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)按质量比1:1:1:1混合均匀作为非水有机溶剂，之后加入六氟磷酸锂(LiPF6)作为锂盐，使LiPF6的浓度为1M，得到软包装锂离子电池的电解液。
4.软包装锂离子电池的制备
将正极片11、负极片12和隔离膜13(厚度为16μm的PP/PE/PP膜)依次卷绕成电芯(即卷绕式电芯1)，之后用包装袋2(铝塑封装袋)将电芯顶封和侧封，留下注液口，之后在85℃、0.5Mpa下进行热压工序，然后经过注入电解液、化成、容量等工序得到软包装锂离子电池。
实施例2
依照实施例1的方法制备软包装锂离子电池，只是在软包装锂离子电池的正极片的制备(步骤1)中：
(2)将乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)溶于甲苯制成胶体，其中，EEA中乙烯单体的质量百分含量为80％，EEA与甲苯的重量比为5:95，之后将胶体涂布在正极集流体111的处于电芯1的外周的且未涂覆有正极膜片112的表面(即图2中的尾部空白区域)上，其中涂覆厚度为50μm、涂覆长度为6mm(电芯的外周长为12mm)，干燥后得到的热熔层113，之后经过裁片、焊接正极极耳，得到软包装锂离子电池的正极片11。
实施例3
依照实施例1的方法制备软包装锂离子电池，只是在软包装锂离子电池的正极片的制备(步骤1)中：
(2)将乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)和乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)溶于环己烷制成胶体，其中，EEA中乙烯单体的质量百分含量为80％，EVA中乙烯单体的质量百分含量为75％，EEA、EVA和环己烷的重量比为5:5:90，之后将胶体涂布在正极集流体111的处于电芯1的外周的且未涂覆有正极膜片112的表面(即图2中的尾部空白区域)上，其中涂覆厚度为20μm、涂覆长度为6mm(电芯的外周长为12mm)，干燥后得到的热熔层113，之后经过裁片、焊接正极极耳，得到软包装锂离子电池的正极片11。
实施例4
依照实施例1的方法制备软包装锂离子电池，只是在软包装锂离子电池的正极片的制备(步骤1)中：
(2)将乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)在80℃下熔解，制成熔融状胶体，其中，EVA中乙烯单体的质量百分含量为60％，之后将熔融状胶体涂布在正极集流体111的处于电芯1的外周的且未涂覆有正极膜片112的表面(即图2中的尾部空白区域)上，其中涂覆厚度为25μm、涂覆长度为6mm(电芯的外周长为12mm)，干燥后得到的热熔层113，之后经过裁片、焊接正极极耳，得到软包装锂离子电池的正极片11。
实施例5
依照实施例1的方法制备软包装锂离子电池，只是在软包装锂离子电池的正极片的制备(步骤1)中：
(2)将乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)在120℃下熔解，制成熔融状胶体，其中，EEA中乙烯单体的质量百分含量为90％，之后将熔融状胶体涂布在正极集流体111的处于电芯1的外周的且未涂覆有正极膜片112的表面(即图2中的尾部空白区域)上，其中涂覆厚度为20μm、涂覆长度为12mm(电芯的外周长为12mm)，干燥后得到的热熔层113，之后经过裁片、焊接正极极耳，得到软包装锂离子电池的正极片11。
实施例6
依照实施例1的方法制备软包装锂离子电池，只是在软包装锂离子电池的正极片的制备(步骤1)中：
(2)将乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)在110℃下熔解，制成熔融状胶体，其中，EVA中乙烯单体的质量百分含量为60％，EEA中乙烯单体的质量百分含量为90％，EEA和EVA的重量比为20:80，之后将熔融状胶体涂布在正极集流体111的处于电芯1的外周的且未涂覆有正极膜片112的表面(即图2中的尾部空白区域)上，其中涂覆厚度为20μm、涂覆长度为12mm(电芯的外周长为12mm)，干燥后得到的热熔层113，之后经过裁片、焊接正极极耳，得到软包装锂离子电池的正极片11。
对比例1
依照实施例1的方法制备软包装锂离子电池，只是在软包装锂离子电池的正极片的制备(步骤1)中：
将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂导电碳(SuperP)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96:2:2溶于溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌均匀，得到正极浆料，之后将正极浆料涂布在厚度为12μm的正极集流体铝箔111的其中一面上，之后经过干燥、冷压，得到压实密度为3.8g/cm3的正极膜片112，再经过裁片、焊接正极极耳，得到软包装锂离子电池的正极片11。
最后给出实施例1-6和对比例1的软包装锂离子电池的性能测试过程以及测试结果。
(1)软包装锂离子电池的跌落模拟测试
每组取5支软包装锂离子电池，之后在25℃下，以0.5C倍率恒流充电到4.2V，之后以4.2V恒压充电到0.05C，之后静置1h，之后对软包装锂离子电池进行跌落模拟测试。
用万用表测量软包装锂离子电池的开路电压，之后用强力胶带将软包装锂离子电池固定在电池模具上，随后将电池模具从1.5米的高度跌落至刚性地面，分别沿软包装锂离子电池的6个面进行跌落测试，其中每个面测试6次，总共36次。如果软包装锂离子电池出现冒烟、起火、泄漏，则表示未通过跌落模拟测试。
(2)软包装锂离子电池的滚筒模拟测试
每组取5支软包装锂离子电池，之后在25℃下，以0.5C倍率恒流充电到4.2V，之后以4.2V恒压充电到0.05C，之后静置1h，之后对软包装锂离子电池进行滚筒模拟测试。
用万用表测量软包装锂离子电池的开路电压，之后用强力胶带将软包装锂离子电池固定在电池模具上，随后将电池模具放入高度为1米的滚筒测试机中，其中滚筒测试机每分钟转动16次。如果软包装锂离子电池出现冒烟、起火、泄漏，则表示未通过滚筒模拟测试。
表1给出实施例1-6和对比例1的性能测试结果。
从实施例1-6和对比例1的对比中可以看出，本发明的软包装锂离子电池的安全性能得到明显提高。这是由于本发明的软包装锂离子电池具有热熔层113，其在热压后软化熔解从而具有粘性，可使电芯1、热熔层113、包装袋2紧紧地粘结在一起，从而在软包装锂离子电池发生跌落、滚筒等机械滥用时，可以保证电芯1不会出现滑动，进而可有效防止包装袋2的封口因为电芯1的滑动而被冲开最终导致电解液泄漏的问题，大大提高了软包装锂离子电池的安全性能。
从实施例1-6和对比例1的对比中可以看出，本发明的软包装锂离子电池具有较高的工作电压，从而可保证软包装锂离子电池具有较高的能量密度。
Claims (10)
1.一种软包装锂离子电池，包括：
卷绕式电芯(1)，包括：
正极片(11)，包括：
正极集流体(111)；以及
正极膜片(112)，涂覆在正极集流体(111)上且包含正极活性材料、导电剂、粘结剂；
负极片(12)，包括：
负极集流体(121)；以及
负极膜片(122)，涂覆在负极集流体(121)上且包含负极活性材料、导电剂、粘结剂；
隔离膜(13)，间隔于正极片(11)和负极片(12)之间；
电解液，浸渍卷绕式电芯(1)；以及
包装袋(2)，封装电芯(1)并容置电解液；
其特征在于，
正极片(11)还包括热熔层(113)；
热熔层(113)涂覆在正极集流体(111)的处于卷绕式电芯(1)的外周的且未涂覆有正极膜片(112)的表面上；
热熔层(113)包括乙烯共聚物中的一种或几种；
热熔层(113)在软包装锂离子电池热压后具有粘性，以使软包装锂离子电池的卷绕式电芯(1)与包装袋(2)粘结。
2.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池，其特征在于，热熔层(113)的厚度为5μm～100μm。
3.根据权利要求2所述的软包装锂离子电池，其特征在于，热熔层(113)的厚度为10μm～50μm。
4.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池，其特征在于，所述乙烯共聚物中乙烯单体的质量百分含量为60％～90％。
5.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池，其特征在于，所述乙烯共聚物选自乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)、乙烯-醋酸乙烯-羟基三元共聚物(E/VA/CO)、乙烯-丙烯酸正丁酯-羟基三元共聚物(E/NBA/CO)、乙烯-丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯共聚物(E/NBA/GMA)的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池，其特征在于，所述乙烯共聚物采用热熔法熔解。
7.根据权利要求6所述的软包装锂离子电池，其特征在于，所述热熔法的熔解温度为80℃～120℃。
8.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池，其特征在于，所述乙烯共聚物采用溶剂法溶解以实现在正极集流体(111)的表面上的涂覆。
9.根据权利要求8所述的软包装锂离子电池，其特征在于，所述溶剂选自甲苯、环己烷中的一种或几种。
10.根据权利要求8或9所述的软包装锂离子电池，其特征在于，所述乙烯共聚物与所述溶剂的重量比为5:95～20:80。
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