专利名称：一种具有选择性透气膜的锂离子电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及锂电池技术领域，特别是涉及ー种具有选择性透气膜的锂离子电池。
背景技术：
现有的电池体系是全密封设计，更多情况是气体(多数情况以CO2为主)逐渐积聚长大使电极极化电阻増大，电流不均匀分布，电芯逐渐膨胀，电池寿命大大受损。更高气压下要么导致鼓胀(特别是软包装)或者圆柱型钢壳电池帽保护装置断开结束电池寿命，要么外包装炸裂开以快速泄掉气压，导致严重安全问题。
实用新型内容鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供ー种具有选择性透气膜的锂离子电池，用于解决现有技术中电池内部气体无法释放的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供ー种具有选择性透气膜的锂离子电池，所述锂离子电池设有用于释放电池内部非烃类小分子气体(CO2为主)的选择性透气膜；所述选择性透气膜包括基底高分子层和覆盖于所述基底高分子层的透气层。优选地，所述锂离子电池的外包装结构上开有通孔；所述选择性透气膜对应覆盖于所述通孔。优选地，所述选择性透气膜设置在所述外包装结构的内表面或者外表面。优选地，所述锂离子电池包括电池盖帽；所述选择性透气膜设置在所述电池盖帽内。优选地，所述选择性透气膜的设置位置对应于所述锂离子电池的极耳附近的位置。优选地，所述基底高分子层采用聚偏氟こ烯、聚四氟こ烯、聚苯こ烯或聚丙烯制备rfu 。优选地，所述透气层采用聚氟代ニ氧杂环戊烯、氟代聚链烯こ烯基醚、氟代聚酰亚胺、氟代ニ氧杂环戊烯和四氟こ烯的共聚物、聚酰亚胺、聚砜和醋酸纤维中的ー种或ー种以上的混合物制备。优选地，所述非烃类小分子气体包括C02、H2、CO和H2O中的ー种或多种。优选地，所述锂离子电池包括圆柱形锂离子电池、方形锂离子电池、软包装锂离子电池、聚合物锂离子电池、或者电动汽车用的方型钢壳或铝壳锂离子电池。如上所述，本实用新型的ー种具有选择性透气膜的锂离子电池，具有以下有益效果I、锂电池内部CO2等非烃类小分子气体的及时排除可以有效控制电池膨胀乃至漏液炸开问题，同时减少气溶胶的形成，降低电池体内气压，从而降低燃烧和爆炸的风险；2、本实用新型中的选择性透气膜只允许CO2等非烃类小分子通过膜体排放到电池体外，以降低气压，电池中的电解液不会有损失，所以不会影响电池的循环性能；3、CO2等非烃类小分子气体的及时排除可以降低电极极化内阻，减少锂金属析出风险，从而大大提高循环寿命，消除析锂带来的安全隐患。
图I显示为本实用新型中选择性透气膜设在方型锂离子电池外包装结构的外表面的电池示意图。图2显示为本 实用新型中选择性透气膜设在圆柱形锂离子电池的电池盖帽内的示意图。图3显示为实施例中有无选择性透气膜时电池循环性能的对比图。图4显示为实施例中有无选择性透气膜时软包装电池的厚度方向膨胀情况的对比图。元件标号说明I 锂离子电池11 外包装结构12 选择性透气膜13 圆环形固定膜用胶带14 通孔2 锂离子电池21 外包装结构22 电池盖帽221 电池盖外帽222 PTC热敏电阻223 极耳焊接盘224 盖帽密封用PP外套23 选择性透气膜24 极耳
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为ー种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。针对锂离子电池会产生副反应气体C02、H2, CO和H2O等，主要以CO2为主，这类气体逐渐积聚无法排放，会使电池逐渐膨胀，甚至炸裂，导致电池寿命大大受损，同时也导致严重的安全问题。面对锂离子电池存在的以上问题，本实用新型提供ー种具有选择性透气膜的锂离子电池，通过锂离子电池中的选择性透气膜，CO2等非烃类小分子可以通过膜体排放到电池体外，以降低气压，同时电池中的电解液不会有损失，所以不会影响电池的循环性能而延长电池的寿命。本实施例中，详细阐述本实用新型的具有选择性透气膜的锂离子电池的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实用新型的具有选择性透气膜的锂离子电池。本实用新型提供ー种具有选择性透气膜的锂离子电池，所述锂离子电池设有用于释放电池内部非烃类小分子气体的选择性透气膜；所述选择性透气膜包括基底高分子层和覆盖在所述基底高分子层上的透气层。第一实施例请參阅图1，为本实用新型中选择性透气膜设在锂离子电池外包装结构的外表面的示意图。如图I所示，所述锂离子电池I的外包装结构11上开有通孔14 ;所述选择性透气膜12对应覆盖于所述通孔14 ;所述选择性透气膜12设置在所述外包装结构11的内表 面或者外表面；所述选择性透气膜12可设置在所述外包装结构11表面的任何地方，但基于对选择性透气膜12的透气性考虑，优选地，所述选择性透气膜12的设置位置对应于所述锂离子电池I的极耳附近的位置。在本实施例中，所述选择性透气膜12设置在所述外包装结构11的外表面上对应于所述锂离子电池I的极耳附近的位置，并通过圆环形固定膜用胶带13将选择性透气膜12的周边固定在所述外包装结构11的外表面。所述锂离子电池I可以为圆柱形锂离子电池、方形锂离子电池、软包装锂离子电池、聚合物锂离子电池或电动汽车用的方型钢壳或者铝壳锂离子电池；在本实施例中，所述锂离子电池I为方形锂离子电池。所述选择性透气膜12包括基底高分子层和覆盖在基底高分子层上的透气层；所述基底高分子层采用聚偏氟こ烯、聚四氟こ烯、聚苯こ烯或聚丙烯制备而成；所述基底高分子层用来增强膜的机械加工強度；所述透气层采用聚氟代ニ氧杂环戊烯、氟代聚链烯こ烯基醚、氟代聚酰亚胺、氟代ニ氧杂环戊烯和四氟こ烯的共聚物、聚酰亚胺、聚砜和醋酸纤维中的ー种或ー种以上的混合物制备。所述选择性透气膜12的制备过程如下步骤I,选择采用聚偏氟こ烯(PVDF)、聚四氟こ烯(PTFE)、聚苯こ烯(PS)或聚丙烯(PP)制备基底高分子层。步骤2，将由聚氟代ニ氧杂环戊烯、氟代聚链烯こ烯基醚、氟代聚酰亚胺、氟代ニ氧杂环戊烯和四氟こ烯的共聚物、聚酰亚胺、聚砜和醋酸纤维中的ー种或ー种以上混合物溶解在全氟代溶剂中以得到全氟代高分子溶液。步骤3，将得到的全氟代高分子溶液均匀地铺在基底高分子层上面；可采用溶液浸泡法或者圆盘旋转法把全氟代高分子溶液铺在基底高分子层上面。步骤4，由于全氟代溶剂的沸点在55 135°C之间，在烘干全氟代溶剂后，即可获得由聚氟代ニ氧杂环戊烯、氟代聚链烯こ烯基醚、氟代聚酰亚胺、氟代ニ氧杂环戊烯和四氟こ烯的共聚物、聚酰亚胺、聚砜和醋酸纤维中的ー种或ー种以上的混合物构成的透气层，从而获得由基底高分子层和透气层构成的选择性透气膜12。[0050]通过锂离子电池中的外包装结构11开设通孔14，并在通孔14上面覆盖选择性透气膜12，CO2等非烃类小分子可以通过膜体排放到电池体外，避免电池的膨胀，提高电池的寿命。第二实施例请參阅图2，为本实用新型中选择性透气膜设在锂离子电池2的电池盖帽22内的示意图。所述锂离子电池2可以为圆柱形锂离子电池、方形锂离子电池、软包装锂离子电池、聚合物锂离子电池或者电动汽车用的方型钢壳或铝壳锂离子电池；在本实施例中，所述锂离子电池2为圆柱形锂离子电池(以下即将锂离子电池2称为圆柱形锂离子电池2)。 如图2所示，所述圆柱形锂离子电池2具有电池盖帽22 ;在本第二实施例中，所述选择性透气膜23设置在电池盖帽22内。为清楚描述所述选择性透气膜23与电池盖帽22的连接关系，具体地，所述电池盖帽22包括顶端的电池盖外帽221和与电池盖外帽221相连构成电池盖帽22的盖帽密封用PP外套224 ;所述电池盖外帽221和所述盖帽密封用PP外套224之间还设有PTC热敏电阻222和位于所述PTC热敏电阻222下面的极耳焊接盘223 ;所述PTC热敏电阻222和所述极耳焊接盘223之间设有选择性透气膜23 ;所述电池盖帽22整体坐落在圆柱形锂离子电池钢壳体上端的凹颈上，然后通过钢壳外沿回折密封。需特别说明的是，图2中电池盖外帽221到盖帽密封用PP外套224以及中间部件所述PTC热敏电阻222和所述极耳焊接盘223是为了清除说明如何放置选择性透气膜23的结构解剖示意图，在实际应用中，他们为ー个不可拆分的电池盖帽22整体。与第一实施例中在锂离子电池I的外包装结构上开设通孔14，选择性透气膜12对应覆盖于通孔14的情况相比，在本第二实施例中，则是将选择性透气膜23设置在电池盖帽22内，可省去在圆柱形锂离子电池2的外包装结构21上开通孔以及通过胶带固定选择性透气膜23的操作。另外，需特别说明的是，在圆柱形锂离子电池2有电池盖帽22的情况下，仍可以不将选择性透气膜23设置在电池盖帽22内，而是仍如同第一实施例中所述，在圆柱形锂离子电池2的外包装结构上开设通孔，并将所述选择性透气膜23对应覆盖于所述通孔。再者，所述选择性透气膜23可设置在所述外包装结构21表面的任何地方，但基于对选择性透气膜23的透气性考虑，优选地，所述选择性透气膜23的设置位置对应于所述圆柱形锂离子电池2的极耳24附近。综上，所述选择性透气膜23既可以设置在电池盖帽22内，也仍可以设置在圆柱形锂离子电池2的外包装结构21上面，并优选地，在外包装结构21的设置位置对应于所述圆柱形锂离子电池2的极耳24附近。在本第二实施例，所述选择性透气膜23的结构、成分与制备过程与第一实施例中相同。通过圆柱形锂离子电池2中的电池盖帽22内设置选择性透气膜23，C02等非烃类小分子可以通过膜体排放到电池体外，降低电池体内气压，避免电池的膨胀，提高电池的寿命。下面详细说明第一实施例和第二实施例中选择性透气膜的使用效果。将选择性透气膜镶嵌在锂电池外包装结构上，比如圆柱形电池盖帽内、方形电池外包装结构的内表面或者外表面或者软包电池上端极耳旁。锂电池中会产生副反应非烃类小分子气体包括C02、H2、C0和H2O等，但以CO2气体为主；同时选择性透气膜对CO2的透过选择性也为最高，也就是说CO2气体很容易通过选择性透气膜发散到锂电池体外；当CO2等小分子气体越来越多吋，CO2等小分子气体的分压促使CO2等小分子气体通过溶解扩散机制从选择性透气膜中穿过并发散到锂电池体外；因为选择性透气膜对CO2等小分子的强选择性，碳酸酯类电解液溶剂蒸汽不会发生扩散从而没有电解液损失；所以也不会影响电池循环性倉^:。所述锂离子电池包括圆柱形锂离子电池、方形锂离子电池、软包装锂离子电池、聚合物锂离子电池、或者电动汽车用的方型钢壳或铝壳锂离子电池等。I、以圆柱形锂离子电池为例，说明本实用新型的具有选择性透气膜的锂离子电池排放内部非烃类小分子气体的效果。 所述圆柱形锂离子电池的正极材料使用镍钴锰三元材料(NMC532)和锰酸锂尖晶石的混合物，负极为ー种人造石墨，高能量型设计为4. 3 3. OV和60°C高温高电压循环；在所述圆柱形锂离子电池的电池盖帽内设有所述选择性透气膜；并对所述圆柱形锂离子电池的电池盖帽内设有和未设选择性透气膜两种情况对锂离子电池的循环性能的影响进行对比分析，如图3所示。从图3中可以看出，选择性透气膜的使用可以有效地排放锂离子电池内部非烃类小分子气体，电池中的电解液不会有损失，从而減少气泡累积对电极的极化和机械破坏作用，大大延长圆柱形电池的循环寿命。2、CO2等副反应气体作用下的膨胀变形是软包装电池的致命伤，以软包装锂离子电池为例，说明本实用新型的具有选择性透气膜的锂离子电池排放内部非烃类小分子气体的效果。所述软包装锂离子电池正极材料为钴酸锂和镍钴锰三元材料的混合物，负极材料为高容量人造石墨，高能量型设计做4. 30 3. OV 45°C下循环；在所述软包装锂离子电池的外包装结构上开设通孔，并将选择性透气膜对应覆盖于所述通孔，然后通过胶带将选择性透气膜的周边固定在软包装锂离子电池的外包装结构的外表面；所述选择性透气膜在外包装结构的位置对应于极耳旁边。对所述软包装锂离子电池设有和未设选择性透气膜两种情况对软包装锂离子电池的厚度方向的膨胀情况的影响进行对比分析，如图4所示。从图4中可以看出，使用选择性透气膜后的软包装电池的在厚度方向的膨胀得到了非常有效的控制，400次循环后膨胀率仅为2% ;反之对于未使用选择性透气膜后的软包装电池，400次循环后膨胀率高达8%，所以选择性透气膜可以将锂离子电池排放内部非烃类小分子气体，有效控制电池膨胀乃至漏液炸开问题，提高了电池的循环使用寿命。综上所述，本实用新型的ー种具有选择性透气膜的锂离子电池，具有如下优势首先，锂电池内部CO2等非烃类小分子气体的及时排除可以有效控制电池膨胀乃至漏液炸开问题，同时减少气溶胶的形成，降低电池体内气压，从而降低燃烧和爆炸的风险；其次，本实用新型中的选择性透气膜只允许CO2等非烃类小分子通过膜体排放到电池体外，以降低气压，电池中的电解液不会有损失，所以不会影响电池的循环性能；再次，CO2等非烃类小分子气体的及时排除可以降低电极极化内阻，减少锂金属析出风险，从而大大提高循环寿命，消除析锂带来的安全隐患。[0073]所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所掲示的精 神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
权利要求1.ー种具有选择性透气膜的锂离子电池，其特征在于所述锂离子电池设有用于释放电池内部非烃类小分子气体的选择性透气膜；所述选择性透气膜包括基底高分子层和覆盖于所述基底高分子层的透气层。
2.根据权利要求I所述的具有选择性透气膜的锂离子电池，其特征在于所述锂离子电池的外包装结构上开有通孔；所述选择性透气膜对应覆盖于所述通孔。
3.根据权利要求2所述的具有选择性透气膜的锂离子电池，其特征在于所述选择性透气膜设置在所述外包装结构的内表面或者外表面。
4.根据权利要求I所述的具有选择性透气膜的锂离子电池，其特征在于所述锂离子电池包括电池盖帽；所述选择性透气膜设置在所述电池盖帽内。
5.根据权利要求2或4所述的具有选择性透气膜的锂离子电池，其特征在于所述选择性透气膜的设置位置对应于所述锂离子电池的极耳附近的位置。
6.根据权利要求1、2或4所述的具有选择性透气膜的锂离子电池，其特征在于所述基底高分子层采用聚偏氟こ烯、聚四氟こ烯、聚苯こ烯或聚丙烯制备而成。
7.根据权利要求1、2或4所述的具有选择性透气膜的锂离子电池，其特征在于所述透气层采用聚氟代ニ氧杂环戊烯、氟代聚链烯こ烯基醚、氟代聚酰亚胺、氟代ニ氧杂环戊烯和四氟こ烯的共聚物、聚酰亚胺、聚砜和醋酸纤维中的ー种或ー种以上的混合物制备。
8.根据权利要求I所述的具有选择性透气膜的锂离子电池，其特征在于所述非烃类小分子气体包括CO2、H2、CO和H2O中的ー种或多种。
9.根据权利要求I所述的具有选择性透气膜的锂离子电池，其特征在于所述锂离子电池包括圆柱形锂离子电池、方形锂离子电池、软包装锂离子电池、聚合物锂离子电池、或者电动汽车用的方型钢壳或铝壳锂离子电池。
专利摘要本实用新型提供一种具有选择性透气膜的锂离子电池，所述锂离子电池的外包装结构上开有通孔；所述通孔对应覆盖有用于释放电池内部非烃类小分子气体的选择性透气膜；所述锂离子电池若有电池盖帽，所述选择性透气膜可以设置在所述电池盖帽内；所述选择性透气膜包括基底高分子层和覆盖在所述基底高分子层上的透气层；所述基底高分子层采用聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等制备而成；所述透气层采用聚氟代二氧杂环戊烯、氟代聚链烯乙烯基醚，氟代二氧杂环戊烯和四氟乙烯的共聚物、聚酰亚胺、聚砜和醋酸纤维中的一种或一种以上的混合物制备。本实用新型可有效释放锂离子电池内部以CO2为主的非烃类小分子气体，从而控制电池的膨胀甚至泄露炸开，大大延长了电池的寿命。
文档编号H01M2/16GK202405348SQ20112054555
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者李明, 林永寿 申请人:协鑫动力新材料(盐城)有限公司