本发明涉及电芯用马甲结构领域，特别是涉及一种改善穿钉的马甲结构及其制作方法、软包电芯结构。
背景技术
锂离子电池在日常生活中使用范围越来越广，特别在电动汽车领域得到了广泛的推广和发展，而锂离子电池的安全性能也受到更多人的关注。
针刺作为安全性能的测试项目之一，用于评估电芯或电动车受到尖锐物体刺入后的安全情况。目前的软包电芯，在受到尖锐物体刺入后，容易引发软包电芯的安全问题，而软包电芯采用采用连续涂布方式，无法通过自身的空箔区形成马甲结构；同时，没有电芯壳体保护，也无法通过添加铜片等方案改善穿钉性能，造成软包电芯容易失效。因此，对于软包电芯，比如卷绕式电芯、叠片式电芯，如何改善穿钉性能成为目前研究的热点。
技术实现要素：
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种改善穿钉的马甲结构及其制作方法、软包电芯结构，以解决软包电芯容易失效的技术问题。
技术方案：
一种改善穿钉的马甲结构，包括铝箔层一、隔离层一及铜箔层一，所述隔离层一位于所述铝箔层一和所述铜箔层一之间，所述铝箔层一一端设有伸出所述隔离层一外的马甲铝箔极耳，所述铜箔层一一端设有与所述马甲铝箔极耳对应设置的马甲铜箔极耳，所述铝箔层一与所述隔离层一之间、所述隔离层一与所述铜箔层一之间分别通过热熔压敏胶粘合。由于设有铝箔层一及铜箔层一，用热熔压敏胶将铝箔层一、隔离层一及铜箔层一进行粘合，可以将该改善穿钉的马甲结构放置在软包电芯的最外层，当发生尖锐物体刺入软包电芯、发生穿钉时，可以提前触发改善穿钉结构的马甲结构中的铝箔层一与对应位置的铜箔层一发生短路，减少流经软包电芯其他部位的电流，将电量提前放掉，以提高软包电芯结构的安全性能，改善软包电芯结构的穿钉性能，使软包电芯结构不易失效。
在其中一个实施例中，还包括隔离层二及铝箔层二，所述隔离层二位于所述铜箔层一和所述铝箔层二之间，所述隔离层二位于所述铜箔层一远离所述隔离层一的一侧，所述铝箔层二与所述铝箔层一对应设置，所述隔离层二与所述隔离层一对应设置。由于设有隔离层二及铝箔层二，在实际使用中，不需要考虑改善穿钉的马甲结构的正反面，可以一直保持铝箔层一或铝箔层二靠近铝塑膜，铝塑膜设置在软包电芯的外围，由于靠近铝塑膜一侧为铝箔层一或铝箔层二，可以防止腐蚀软包电芯结构；另外，单层的铝箔层一在较大电流的情况下存在熔断的可能性，由于设有铝箔层二，可以降低改善穿钉的马甲结构被熔断的概率，从而增加了铜铝箔短路的概率，防止燃烧或爆炸等安全问题，使软包电芯结构的安全性能更高。
在其中一个实施例中，还包括隔热层，所述隔热层位于所述铝箔层一或所述铝箔层二远离所述铜箔层一的一侧，所述隔热层与所述隔离层一对应设置。由于设有隔热层，能够在铜铝箔短路时，减少热量向软包电芯结构内的传导，保证软包电芯结构的安全性能。
在其中一个实施例中，所述铝箔层一、所述隔离层一及所述铜箔层一依次错位层叠设置，所述隔离层一的侧边一与所述铝箔层一对应的除所述马甲铝箔极耳外的第一侧边对齐设置，所述隔离层一的侧边二与所述铜箔层一对应的除所述马甲铜箔极耳外的第二侧边对齐设置。
在其中一个实施例中，所述隔离层一为隔膜一或基材层，所述基材层为pe基材层或pet基材层。
在其中一个实施例中，所述热熔压敏胶为hma热熔压敏胶或sis热熔压敏胶。
一种改善穿钉的马甲结构的制作方法，包括以下步骤：
1)将隔离层一分别与铝箔层一、铜箔层一的粘合面上喷涂热熔压敏胶，后将铜箔层一、隔离层一及铝箔层一依次层叠放置，得到三层结构，通过热压辊机将三层结构进行热压成型，得到膜片；
2)将所述膜片在模切成型机上进行模切成型，模切出多个马甲铝箔极耳及多个马甲铜箔极耳，并切割得到多个改善穿钉的马甲结构。由于通过热压辊机将铜箔层一、隔离层一及铝箔层一进行热压成型，后通过模切成型，即可得到改善穿钉的马甲结构，上述制作方法，工艺简单，流水化生产，生产效率较高。
在其中一个实施例中，热压辊机的压强为0.5～4mpa，热压温度为70～110℃，辊压速率为1～20m/min。
一种软包电芯结构，包括卷绕式电芯，所述卷绕式电芯包括由隔膜二、正极极片一、隔膜三及负极极片一卷绕而成的扁平状电芯，所述正极极片一上连接有正极极耳，所述负极极片一上连接有负极极耳，所述卷绕式电芯尾端的最外层的所述隔膜三内侧设有马甲结构一，所述马甲结构一对应的另一侧的所述隔膜三内侧设有马甲结构二，所述马甲结构一及所述马甲结构二都为上述改善穿钉的马甲结构，所述马甲结构一及所述马甲结构二的铝箔层一分别位于远离所述卷绕式电芯中心的方向。由于设有马甲结构一及马甲结构二，可以对卷绕式电芯的最外侧进行保护，提前触发马甲结构一或马甲结构二的铜铝箔短路，减少流经其他部位的电流，保证卷绕式电芯的安全性能。
一种软包电芯结构，包括叠片式电芯，所述叠片式电芯包括隔膜四、正极极片二、负极极片二，所述隔膜四将所述正极极片二和所述负极极片二分隔开，所述隔膜四为z字形结构，所述隔膜四的首端及末端内都设有马甲结构三，所述马甲结构三与相邻设置的所述正极极片二或所述负极极片二用所述隔膜四分隔开，所述马甲结构三为上述改善穿钉的马甲结构，所述马甲结构三的铝箔层一位于远离所述叠片式电芯中心的方向。由于在隔膜四的首端和末端内都设有马甲结构三，可以对叠片式电芯进行保护，提前触发首端或末端的马甲结构三的铜铝箔短路，减少流经其他部位的电流，保证叠片式电芯的安全性能。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
1)上述改善穿钉的马甲结构，由于设有铝箔层一及铜箔层一，用热熔压敏胶将铝箔层一、隔离层一及铜箔层一进行粘合，当发生尖锐物体刺入软包电芯、发生穿钉时，可以提前触发改善穿钉结构的马甲结构中的铝箔层一与对应位置的铜箔层一发生短路，减少流经软包电芯其他部位的电流，改善软包电芯结构的穿钉性能，使软包电芯结构不易失效。
2)上述马甲结构的制作方法，工艺简单，流水化生产，生产效率较高。
3)上述软包电芯结构，由于设有马甲结构一及马甲结构二，可以对卷绕式电芯的最外侧进行保护，提前触发马甲结构一或马甲结构二的铜铝箔短路，减少流经其他部位的电流，保证卷绕式电芯的安全性能。
4)上述软包电芯结构，由于在隔膜四的首端和末端内都设有马甲结构三，可以对叠片式电芯进行保护，提前触发首端或末端的马甲结构三的铜铝箔短路，减少流经其他部位的电流，保证叠片式电芯的安全性能。
附图说明
图1为实施例1的改善穿钉的马甲结构的结构示意图；
图2为实施例1的改善穿钉的马甲结构的主视图；
图3为实施例1的马甲结构的热压成型过程的示意图；
图4为本发明的模切成型过程的示意图；
图5为实施例1的软包电芯结构的结构示意图；
图6为实施例2的改善穿钉的马甲结构的结构示意图；
图7为实施例2的软包电芯结构的结构示意图；
图8为实施例3的改善穿钉的马甲结构的结构示意图；
图中，1-铝箔层一、11-马甲铝箔极耳、12-第一侧边、2-隔离层一、3-铜箔层一、31-马甲铜箔极耳、32-第二侧边、4-隔离层二、5-铝箔层二、6-隔热层、200-卷绕式电芯、210-隔膜二、220-正极极片一、230-隔膜三、240-负极极片一、250-马甲结构一、260-马甲结构二、300-叠片式电芯、310-隔膜四、320-正极极片二、330-负极极片二、340-马甲结构三。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1及图2，一种改善穿钉的马甲结构，包括铝箔层一1、隔离层一2及铜箔层一3，隔离层一2位于铝箔层一1和铜箔层一3之间，铝箔层一1一端设有伸出隔离层一2外的马甲铝箔极耳11，铜箔层一3一端设有与马甲铝箔极耳11对应设置的马甲铜箔极耳31，铝箔层一1与隔离层一2之间、隔离层一2与铜箔层一3之间分别通过热熔压敏胶粘合。其中，隔离层一2为隔膜一或基材层，热熔压敏胶为hma热熔压敏胶或sis热熔压敏胶。本实施例中，隔离层一2为隔膜一，热熔压敏胶为hma热熔压敏胶。
其中，铝箔层一1、隔离层一2及铜箔层一3依次错位层叠设置，隔离层一2的侧边一与铝箔层一1对应的除马甲铝箔极耳11外的第一侧边12对齐设置，隔离层一2的侧边二与铜箔层一3对应的除马甲铜箔极耳31外的第二侧边32对齐设置。其中，铝箔层一1的厚度为50～150μm，铜箔层一3的厚度为40～140μm。本实施例中，铝箔层一1的厚度为120μm，铜箔层一3的厚度为100μm。
请参阅图3及图4，一种改善穿钉的马甲结构的制作方法，包括以下步骤：
1)将隔离层一2分别与铝箔层一1、铜箔层一3的粘合面上喷涂热熔压敏胶，后将铜箔层一3、隔离层一2及铝箔层一1依次层叠放置，得到三层结构，通过热压辊机将三层结构进行热压成型，得到膜片。
具体的，铝箔层一1、隔离层一2及铜箔层一3依次错位层叠设置，采用点状喷涂将热熔压敏胶分别喷涂在隔离层一2的两个分别与铝箔层一1、铜箔层一3粘合的表面上，通过热压辊机将三层结构辊压为一体，由于采用点状喷涂，可以将热熔压敏胶均匀喷涂在隔离层一2的两个表面上，避免影响铜铝箔短路。其中，热压辊机的压强为0.5～4mpa，热压温度为70～100℃，辊压速率为1～20m/min。本实施例中，热压辊机的压强为1mpa，热压温度为95℃，辊压速率为1m/min。
2)将膜片在模切成型机上进行模切成型，模切出多个马甲铝箔极耳11及多个马甲铜箔极耳31，并切割得到多个改善穿钉的马甲结构。
在模切成型过程中，隔离层一2伸出铝箔层一1的除马甲铝箔极耳11外的侧边为第一侧边12，要确保铝箔层一1在切割马甲铝箔极耳11时，非马甲铝箔极耳11区域的铝箔层一1切割出第一侧边时，能够切除到对应的隔离层一2，使隔离层一2模切后的侧边一与铝箔层一1模切后的第一侧边12对齐设置，同理，与隔离层一2与铝箔层一1的模切要求一致，要使隔离层一2模切后的侧边二与铜箔层一3模切后的第二侧边32对齐设置，避免在装配过程中的短路风险的发生。同时，要对得到的改善穿钉的马甲结构进行短路检测，避免铜铝箔由于边缘毛刺等原因造成短路风险，保证改善穿钉的马甲结构的合格率。
请参阅图5，一种软包电芯结构，包括卷绕式电芯200，卷绕式电芯200包括由隔膜二210、正极极片一220、隔膜三230及负极极片一240卷绕而成的扁平状电芯，正极极片一220上连接有正极极耳，负极极片一240上连接有负极极耳，卷绕式电芯200尾端的最外层的隔膜三230内侧设有马甲结构一250，马甲结构一250对应的另一侧的隔膜三230内侧设有马甲结构二260，马甲结构一250及马甲结构二260都为上述改善穿钉的马甲结构，马甲结构一250及马甲结构二260的铝箔层一1分别位于远离卷绕式电芯200中心的方向。马甲结构一250位于卷绕式电芯200的尾端，且位于最外层的隔膜三230与对应内层的隔膜二210之间，马甲结构二260位于与马甲结构一250对应的另一侧的隔膜三230内侧，且位于隔膜三230内侧和对应内层的隔膜二210之间。卷绕式电芯200的外围设有铝塑膜，需要保证马甲结构一250、马甲结构二260的铝箔层一1分别位于靠近铝塑膜的位置，即铝箔层一1位于远离卷绕式电芯200中心的一侧。由于设有马甲结构一250及马甲结构二260，可以对卷绕式电芯200的最外侧进行保护，提前触发马甲结构一250或马甲结构二260的铜铝箔短路，减少流经其他部位的电流，保证卷绕式电芯200的安全性能。
上述软包电芯结构的装配过程为：将隔膜二210、正极极片一220、隔膜三230及负极极片一240依次层叠并卷绕形成扁平状电芯，在卷绕式电芯200的尾端的最外层的隔膜三230和内层对应的隔膜二210之间设有马甲结构一250，在对应的另一侧的最外层的隔膜三230和内层对应的隔膜二210之间设有马甲结构二260，将马甲结构一250、马甲结构二260对应的两个马甲铝箔极耳与正极极片一220的正极极耳焊接在一起，将马甲结构一250、马甲结构二260对应的两个马甲铜箔极耳与负极极片一240的负极极耳焊接在一起，即可完成软包电芯结构的装配过程。
本实施例中的改善穿钉的马甲结构，也可以应用于实施例2中的叠片式电芯中，不局限于卷绕式电芯结构中。
实施例2
请参阅图6，本实施例与实施例1的区别点在于，本实施例的一种改善穿钉的马甲结构，还包括隔离层二4及铝箔层二5，隔离层二4位于铜箔层一3和铝箔层二5之间，隔离层二4位于铜箔层一3远离隔离层一2的一侧，铝箔层二5与铝箔层一1对应设置，隔离层二4与隔离层一2对应设置。铝箔层一1、隔离层一2、铜箔层一3、隔离层二4及铝箔层二5依次错位层叠设置。本实施例中，热熔压敏胶为sis热熔压敏胶。隔离层二4与隔离层一2的材质结构都保存一致。在其他实施例中，铝箔层二5远离铜箔层一3的表面上可以依次设有隔离层三、铜箔层二，隔离层三与隔离层一对应设置，铜箔层二与铜箔层一对应设置，也可以继续在铜箔层二远离铜箔层一的表面上依次继续设有隔离层四及铝箔层三，通过铝箔层、隔离层及铜箔层的交替叠加，可以得到多种结构的改善穿钉的马甲结构，根据需要设置铝箔层、隔离层及铜箔层的数量。本实施例中，铝箔层一1、铝箔层二5的厚度都为120μm，铜箔层一3的厚度为100μm。
一种改善穿钉的马甲结构的制作方法，包括以下步骤：
1)将隔离层一分别与铝箔层一、铜箔层一的粘合面上喷涂热熔压敏胶，隔离层二分别与铝箔层二、铜箔层一的粘合面上喷涂热熔压敏胶，后将铝箔层一、隔离层一、铜箔层一、隔离层二及铝箔层二依次层叠放置，得到五层结构，通过热压辊机将五层结构进行热压成型，得到膜片。
具体的，铝箔层一、隔离层一、铜箔层一、隔离层二及铝箔层二依次错位层叠设置，采用点状喷涂将热熔压敏胶分别喷涂在隔离层一的两个表面上、隔离层二的两个表面上，通过热压辊机将五层结构辊压为一体，本实施例中，热压辊机的压强为2mpa，热压温度为90℃，辊压速率为2m/min。
2)将膜片在模切成型机上进行模切成型，模切出多个马甲铝箔极耳及多个马甲铜箔极耳，并切割得到多个改善穿钉的马甲结构。
请参阅图7，一种软包电芯结构，包括叠片式电芯300，叠片式电芯300包括隔膜四310、正极极片二320、负极极片二330，隔膜四310将正极极片二320和负极极片二330分隔开，隔膜四310为z字形结构，隔膜四310的首端及末端内都设有马甲结构三340，马甲结构三340与相邻设置的正极极片二320或负极极片二330用隔膜四310分隔开，马甲结构三340为上述改善穿钉的马甲结构，其中，马甲结构三340的铝箔层一1或铝箔层二5都可以位于远离叠片式电芯300中心的方向，铝箔层一1与铝箔层二5的结构一致。由于设有铝箔层一1及铝箔层二5，可以不需要考虑马甲结构三340的正反面，将马甲结构三340放置在隔膜四310的首端或末端内，即可使铝箔层一1或铝箔层二5与叠片式电芯300外的铝塑膜靠近，防止腐蚀现象的发生。
上述软包电芯结构的装配过程为：将正极极片二320及负极极片二330依次间隔放置在z形结构的隔膜四310中，且在隔膜四310的首端和末端内分别放置有马甲结构三340，使马甲结构三340的铝箔层一1或铝箔层二5远离叠片式电芯300中心的方向设置，本实施例中，马甲结构三340的铝箔层二5位于远离叠片式电芯300中心的方向，后将上下两个马甲结构三340的马甲铝箔极耳与正极极片二320的正极极耳焊接在一起，将上下两个马甲结构三340的马甲铜箔极耳与负极极片二330的负极极耳焊接在一起，即可完成叠片式电芯300的装配过程。
实施例3
请参阅图8，本实施例与实施例2的区别点在于，本实施例的一种改善穿钉的马甲结构，隔热层6位于铝箔层一1或铝箔层二5远离铜箔层一3的一侧，隔热层6与隔离层一2对应设置，隔热层6通过热熔压敏胶与铝箔层一1或铝箔层二5粘合。隔离层一2为基材层。基材层、隔热层6的材质都为pe、pp或pet。本实施例中，基材层的材质为pe。其中，隔热层6的材质也为pe，隔热层6通过热熔压敏胶与铝箔层二5粘合。本实施例中，铝箔层一1、铝箔层二5的厚度都为120μm，铜箔层一3的厚度为100μm。隔热层6的厚度为50μm。
实施例4
本实施例与实施例1的区别点在于：本实施例中，铝箔层一1的厚度为80μm，铜箔层一3的厚度为60μm。
实施例5
本实施例与实施例2的区别点在于：本实施例中，铝箔层一1、铝箔层二5的厚度都为100μm，铜箔层一3的厚度为80μm。
实施例6
本实施例与实施例3的区别点在于：本实施例中，铝箔层一1、铝箔层二5的厚度都为60μm，铜箔层一3的厚度为40μm。隔热层6的厚度为50μm。
实施例7
本实施例与实施例1的区别点在于：本实施例中，铝箔层一1、铝箔层二5的厚度都为20μm，铜箔层一3的厚度为15μm。隔热层6的厚度为50μm。
对比例1
本对比例为常用的卷绕式电芯，具体为力信(江苏)能源科技有限公司的2714893型号的卷绕式电芯。本对比例与实施例1的区别点在于，本对比例1中的卷绕式电芯，在隔膜三内未设置马甲结构一及马甲结构二。
对比例2
本对比例为常用的叠片式电芯，具体为lg公司的12100300型号的叠片式电芯。本对比例与实施例2的区别点在于，本对比例2中的叠片式电芯，在隔膜四内未设置马甲结构三。
性能测试
按照gbt31485-2015电动汽车用动力蓄电池-安全要求及试验方法，将实施例1～7及对比例1～2得到的软包电芯结构进行针刺测试，测试结果如表1所示。
表1实施例1～7及对比例1～2的针刺测试结果对比
由表1可知，实施例1～6的软包电芯结构进行针刺测试，测试现象为不起火、不爆炸时，说明实施例1～6得到的软包电芯结构耐穿刺性能较好，实施例3中，软包电芯结构的外表面温度比实施例1及实施例2温度偏高，实施例6中的软包电芯结构的外表面温度比实施例4及实施例5温度偏高，说明隔热层能够减少向软包电芯结构内部扩散的能量，保证软包电芯结构的安全性能。
实施例7中的软包电芯结构，也会发生起火现象，说明如果铝箔层一、铝箔层二及铜箔层一的厚度较小，也无法承载短路电流，从而导致实施例7中马甲结构一或马甲结构二的铝铜箔短路断开，使软包电芯结构失效，不能改善穿钉性能。
对比例1、对比例2中的软包电芯结构，由于没有设置改善穿钉的马甲结构，使软包电芯结构容易发生起火事件，软包电芯结构的安全性能较差。
上述穿刺测试结果说明，本发明的改善穿钉的马甲结构，应用到软包电芯结构中时，能够明显改善软包电芯结构的穿钉性能，使软包电芯结构不易起火及爆炸，提高了软包电芯结构的安全性能。