一种叠片的蓄电装置的制作方法

本实用新型涉及一种电化学器件，具体是一种叠片型蓄电装置。

背景技术：

锂离子电容器（Lithium-ion capacitor）是结合锂离子电池和超级电容器的储能器件，相对于超级电容器，锂离子电容器具有更高的能量密度，相对于锂离子电池，锂离子电容低温性能更佳，同时具有更好的倍率性能，在城市轨道交通、智能装备等领域具有广阔的应用前景。锂离子电容器根据外形存在三种类型：方形、软包和圆柱产品，在软包产品中，使用两端引出极耳的锂离子电容器，在多次循环过程中电芯中部容易在电芯中间部位形成锂枝晶，对电芯造成安全隐患。软包产品存在一个产气的困扰，由于温度以及过充、过放等因素造成电芯出现单体鼓胀的现象，形成的可燃性气体是一个不小的安全隐患。其他蓄电装置的软包产品也存在该问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种安全性更高的蓄电装置，有利于提高单体的能量密度，同时减少锂枝晶的形成，在形成可燃性气体时，能够及时的排出气体，达到保障安全的目的。

为解决以上技术问题，本实用新型所述叠片的蓄电装置，包括外上层包装膜，下层外包装膜，包覆在上、下层外包装膜内中部位置处的电芯，以及从电芯引出的负极极耳和正极极耳，外包装膜的四周边为密封区，所述电芯包括n个两侧涂布有正极材料层的正极多孔铝箔，为正极；n+1个两侧涂布有负极材料层的负极多孔铜箔，为负极；正极与负极间隔排列，在电芯的两侧设置有金属锂多孔铜箔，该金属锂多孔铜箔内侧压制有金属锂层；该电芯还包括包覆在电芯两侧，以及将负极与金属锂层、正极与负极隔离开的隔膜；n为大于等于1的自然数。

进一步地，所述正极多孔铝箔厚度为20μm-40μm，优选20~35μm，气孔率为5-45%，作为正极集流体。

进一步地，所述负极多孔铜箔厚度为10μm-50μm，优选10~25μm，气孔率为30-70%，作为负极集流体。

进一步地，包覆在电芯两侧以及设置于金属锂层与负极之间的隔膜为纤维素膜，设置于正极与负极之间的隔膜为纤维素膜或聚合物膜，其中纤维素膜的孔隙率为50~70%，聚合物膜的孔隙率为30~50%。

进一步地，设置于正极与负极之间的隔膜为若干张连续隔离相邻电极之间置的膜，优选采用“Z”字形的隔膜在相邻电极中间分别隔离。

进一步地，所述外包装膜为厚度88~200μm的铝塑膜，由内到外依次包括聚丙烯层、铝层和尼龙层。

进一步地，所述负极极耳和正极极耳位于蓄电装置的同一端。

进一步地，在上层外包装膜位于负极极耳与正极极耳之间的密封区内设置有安全阀以靠近内侧为佳，且该安全阀为刻痕。

进一步地，所述刻痕刺穿该上层外包装膜。

进一步地，所述刻痕为圆形、直线型或十字型。

本实用新型的电芯采用叠片型结构，在电芯的两侧设置金属锂层，金属锂层压制在多孔铜箔上。这样设置能够更加方便且均匀地使锂离子进入到电芯的正极和负极，放置金属锂的多孔铜箔与负极多孔铜箔集流体焊接在一起，金属锂与负极实现外部短路，由于负极与金属锂存在一个电压差，集流体为多孔箔材，锂金属变成锂离子完成对负极的预嵌锂。金属锂的容量根据电芯负极的容量来确定，通过控制叠片的层数控制软包电芯的容量。使用的多孔集流体，有利于锂离子的运动，在多次循环过程中减少锂枝晶的形成。

在外包装膜的相应设置刻痕作为安全阀，此处为电芯最弱的部分，在电芯出现鼓胀时，最弱部分将会引导可燃性气体进行释放。该安全阀的设计简单，避免了繁杂的加工过程。

另外，单端引极耳的方式，减少了软包产品的包装体积，增加了单体的能量密度。隔膜的连续设置，大大方便了制备过程，降低了工艺难度。

附图说明

图1为本实用新型刻痕为直线型时的整体外观结构示意图；

图2 为本实用新型刻痕为十字型时的局部放大的结构示意图；

图3为本实用新型刻痕为圆形时的局部放大结构示意图；

图4为本实用新型电芯的结构示意图。

图中：1-负极极耳、2-正极极耳、3-安全阀、4-密封区、4.0-过渡区、5-外包装膜、6-隔膜、7-负极多孔铜箔、8-负极材料层、9-金属锂层、10-金属锂多孔铜箔、11-正极材料层、12-正极多孔铝箔。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

实施例1：

以锂离子电容器为例，本实用新型的叠片的蓄电装置，包括外包装膜、包覆在外包装膜内中部位置处的电芯，以及从电芯引出的负极极耳1和正极极耳2，外包装膜的四周边为密封区4，如图1所示。

所述电芯如图4所示，包括6个两侧涂布有正极材料层的正极多孔铝箔，为正极；7个两侧涂布有负极材料层的负极多孔铜箔，为负极；正极与负极间隔排列，在电芯的两侧设置有金属锂多孔铜箔，该金属锂多孔铜箔内侧压制有金属锂层；该电芯还包括包覆在电芯两侧，以及将负极与金属锂层、正极与负极隔离开的隔膜。即按照隔膜6、金属锂多孔铜箔10、金属锂层9、隔膜6、负极材料层8、负极多孔铜箔7、负极材料层8、隔膜6、正极材料层11、正极多孔铝箔12、正极材料层11、隔膜6，再从负极材料层8、负极多孔铜箔7、负极材料层8、隔膜6、正极材料层11、正极多孔铝箔12、正极材料层11、隔膜6开始重复排列，以负极材料层8、负极多孔铜箔7、负极材料层8、隔膜6、金属锂层9、金属锂多孔铜箔10、隔膜6结束。满足6个正极，7个负极即可，电极数量取决于电芯尺寸、设计容量以及金属锂的量。

其中，作为正极集流体的正极多孔铝箔12厚度为20μm，气孔率为30%，两侧表面使用微凹涂布法涂覆一层厚度为10μm的导电层，再于涂覆有导电层的正极多孔铝箔12表面使用挤压涂布机涂覆正极浆料，经烘烤、辊压得到厚度为230μm的正极。

作为负极集流体的负极多孔铜箔10厚度为10μm，气孔率为35%，将负极浆料涂布在两侧表面，经烘烤、辊压得到厚度为180μm的负极。

金属锂层9厚度为200μm，隔膜6的厚度为16μm。

位于电芯两侧的隔膜6和位于金属锂层9与负极之间的隔膜采用纤维素膜，孔隙率为55%，且单张设置；位于正负极之间的隔膜6采用聚合物膜，孔隙率为40%，可以是聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯三层结构，也可以是单独的聚丙烯或聚乙烯，采用“Z”字形的连续膜，即该隔膜6先将一端隔离设置于一负极与一正极之间，余下部分折回隔离在所述正极与另一负极之间，再折至所述另一负极与另一正极之间。隔膜6将金属锂层9、负极、正极等隔开组装。

上层外包装膜在加工时在密封区位置刻印一条长20mm，宽5mm的十字刻痕为安全阀，刻痕的宽度为100μm，并且刺穿该上层外包装膜。下层则不不进行刻痕加工。叠片后，使用超声波焊接正负极，之后放入外包装膜5中进行顶侧封，外包装膜5为铝塑膜，厚度为153μm，采用常规的烘烤，注液，预封、嵌锂、二封、容量测试等工序得到叠片的锂离子电容器，负极极耳1和正极极耳2位于锂离子电容器的同一端。如图2所示。当电芯内部出现鼓胀时，内部压力达到一定值时，由于刻痕处于电芯最薄弱的位置，电芯在此处释放可燃性气体。

实施例2

作为正极集流体的正极多孔铝箔12厚度为30μm，作为负极集流体的负极多孔铜箔厚度为20μm，孔隙率为50%。

其余未述及事项同实施例1，不再赘述。

实施例3

安全阀3的刻痕形状为圆形，圆形的直径为5mm，深度为10μm。

其余未述及事项同实施例1，不再赘述。

实施例4

铝塑膜的厚度变为115μm。正极5个，负极6个。

其余未述及事项同实施例1，不再赘述。