一种改善重物冲击性能的软包锂离子电池及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种改善重物冲击性能的软包锂离子电池及其制备方法。

背景技术：

随着传统能源的枯竭和对环境保护的日益重视，锂离子电池因其具有较高的能量密度和无环境污染等优势得到了迅速发展。然而，锂离子电池使用的安全性越发受到人们的关注。

其中，重物冲击是电池比较重要也是比较难以通过的测试之一。其主要原因是隔膜抗拉强度较小，重物冲击后容易使其开裂，从而导致电池的正负极片相接触。

在公开号为cn205609680的中国专利中讲述了一种空箔马甲结构的电芯，能有效的提高重物冲击测试通过率。但该种结构只争对圆柱形锂离子电池，对于软包电池或容量较高的电池的重物冲击测试改善较小。

因此，开发一种改善重物冲击性能的软包锂离子电池及其制备方法，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。

技术实现要素：

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种改善重物冲击性能的软包锂离子电池及其制备方法，以提高重物冲击通过率。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种改善重物冲击性能的软包锂离子电池，包括相互卷绕的正极片和负极片，所述正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成，所述负极片由负极集流体以及涂覆在集流体上的负极活性料层组成，所述正极片和负极片中间设置有隔离膜，所述隔离膜厚度为8～12um，中间层的所述正极片和负极片之间、以及上下最外层的正极片和负极片之间分别插入有与极片大小相当的热熔胶片。所述与热熔胶相接触的正负极均不涂覆活性料层。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述正极集流体为10～20um的铝箔，所述正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂；所述正极活性物质包含licoo3,lifepo4,limno4,以及licoxniymn1-xo2中的一种；所述导电剂为碳纳米管，或碳纳米管与乙炔黑或炭黑以任意比例组成的混合物中的一种；所述粘结剂为聚四氟乙烯、丁苯乙烯和聚偏氟乙烯中的一种；所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为(95～100):(0～0.6):(1.0～1.2)。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述的负极集流体为6～16um的铜箔，所述负极活性料层包含负极活性物质、导电剂和粘结剂，其质量比例为(95～100):(0～0.5):(1.0～1.5)；所述负极活性物质包含天然石墨、人造石墨以及中间相碳微球中的一种；所述导电剂为碳纳米管，或碳纳米管与乙炔黑或炭黑以任意比例组成的混合物中的一种；所述粘结剂为聚四氟乙烯、丁苯乙烯和聚偏氟乙烯中的一种。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述正极片、负极片与所述热熔胶片相对的面上，均为无活性料层的空白区，且所述隔离膜直接贴附于该空白区。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述热熔胶片的熔点在90-110℃。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述热熔胶片的厚度为0.03-0.1mm。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述热熔胶片的粘度2500-3500pa.s。

本发明中，作为一种优选的技术方案，所述热熔胶片包括聚安酯热熔胶(pur)，pur胶不含有水和溶剂,固含量100％，是一种高性能环保型胶粘剂。

所述隔离膜为聚乙烯(polyethylene，pe)、聚丙烯(polypropylene，pp)组成的聚烯烃混合物，其中两者的重量比为3：1。

第二方面，本发明提供了该软包锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：

将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照(95～100):(0～0.6):(1.0～1.2)的比例配置成浆料涂覆在铝箔集流体表面，涂覆时，留下无活性料层的空白区；

将负极活性物质、导电剂和粘结剂按照(95～100):(0～0.5):(1.0～1.5)配制成浆料，涂覆在铜箔集流体上，涂覆时，留下与正极片相适应的无活性料层的空白区；

将正、负极片和隔膜层在半自动卷绕机上进行卷绕，设置卷绕机参数，当卷绕至极片中间层时，卷绕级停止，插入热溶胶片，随后继续卷绕直至完成，然后分别将热熔胶片粘贴在卷心两表面，用胶纸固定，最后将卷心用铝塑膜封装—注液—化成制作成电芯。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

发明人在长期的实践中发现正负极片的接触点有空铝箔和负极涂料接触以及正负极涂料相接触。其中，空铝箔和负极涂料接触的接触电阻小，电流大，产热迅速，是重物冲击热失控的主要原因。

本发明在电池内部和最外层插入与极片大小相当的热熔胶片。其中，与热熔胶片相接触的正负极片均不涂覆活性物质。当重物砸下时，由于外层热熔胶的存在，正负极片均没有涂覆活性物质。使重物冲击的短路接触点只有正极涂料对负极涂料，正负极涂料的接触电阻很大，短路产生的热量不足以使电池热失控。热溶胶吸热熔化，将正负极片和隔膜粘结在一起，使电芯不易砸断，稳定了电池的内部结构，较小了隔膜破裂范围，避免了内部短路的进一步发生。

综上所述，本发明提高了能够在电池受到重物冲击时，热溶胶吸热熔化，将正负极片和隔膜粘结在一起，使电芯不易砸断，从而提高重物冲击通过率。

附图说明

图1为正极片和负极片的活性料层涂覆示意图；

图2为热熔胶插入电池的结构剖面图；

图3为插入热熔胶片局部放大剖面图；

1为正极活性料，2为铝箔，3、5为隔膜，4为热熔胶片，6为铜箔，7为负极活性料。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

实施例1

一种改善重物冲击性能的软包锂离子电池，如图1-图3所示，包括相互卷绕的正极片和负极片，所述正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成，所述正极集流体为10um的铝箔，所述正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂；所述正极活性物质包含licoo3；所述导电剂为碳纳米管；所述粘结剂为聚四氟乙烯；所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为95:0.1:1；

所述负极片由负极集流体以及涂覆在集流体上的负极活性料层组成，所述的负极集流体为6um的铜箔，所述负极活性料层包含负极活性物质、导电剂和粘结剂，其质量比例为95:0.1:1；所述负极活性物质包含天然石墨；所述导电剂为碳纳米管；所述粘结剂为聚四氟乙烯；

所述正极片和负极片中间设置有隔离膜，所述正极片、负极片与所述热熔胶片相对的面上，均为无活性料层的空白区，且所述隔离膜直接贴附于该空白区，所述隔离膜为聚乙烯(polyethylene，pe)、聚丙烯(polypropylene，pp)组成的聚烯烃混合物，其中两者的重量比为3：1，所述隔离膜厚度为8um，中间层的所述正极片和负极片之间、以及上下最外层的正极片和负极片之间分别插入有与极片大小相当的热熔胶片，所述热熔胶片包括聚安酯热熔胶(pur)，pur胶不含有水和溶剂,固含量100％，是一种高性能环保型胶粘剂，所述热熔胶片的熔点在90℃，所述热熔胶片的厚度为0.03mm，所述热熔胶片的粘度2500pa.s。所述与热熔胶片相接触的正负极均不涂覆活性料层。

制备方法，包括如下步骤：

将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照95:0.1:1的比例配置成浆料涂覆在铝箔集流体表面，涂覆时，留下无活性料层的空白区；将负极活性物质、导电剂和粘结剂按照95:0.1:1配制成浆料，涂覆在铜箔集流体上，涂覆时，留下与正极片相适应的无活性料层的空白区；将正、负极片和隔膜层在半自动卷绕机上进行卷绕，设置卷绕机参数，当卷绕至极片中间层时，卷绕级停止，插入热溶胶片，随后继续卷绕直至完成，然后分别将热熔胶片粘贴在卷心两表面，用胶纸固定，最后将卷心用铝塑膜封装—注液—化成制作成电芯。

选取本实施例设计电池10pcs,在相同环境下进行重物冲击测试。

测试结果如下：

实施例2

一种改善重物冲击性能的软包锂离子电池，包括相互卷绕的正极片和负极片，所述正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成，所述正极集流体为20um的铝箔，所述正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂；所述正极活性物质包含licoxniymn1-xo2；所述导电剂为碳纳米管与乙炔黑质量比1：2的混合物；所述粘结剂为丁苯乙烯；所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为100:0.6：1.2；

所述负极片由负极集流体以及涂覆在集流体上的负极活性料层组成，所述的负极集流体为16um的铜箔，所述负极活性料层包含负极活性物质、导电剂和粘结剂，其质量比例为100:0.6：1.2；所述负极活性物质包含人造石墨；所述导电剂为碳纳米管；所述粘结剂为聚偏氟乙烯；

所述正极片和负极片中间设置有隔离膜，所述正极片、负极片与所述热熔胶片相对的面上，均为无活性料层的空白区，且所述隔离膜直接贴附于该空白区，所述隔离膜为聚乙烯(polyethylene，pe)、聚丙烯(polypropylene，pp)组成的聚烯烃混合物，其中两者的重量比为3：1，所述隔离膜厚度为12um，中间层的所述正极片和负极片之间、以及上下最外层的正极片和负极片之间分别插入有与极片大小相当的热熔胶片，所述热熔胶片包括聚安酯热熔胶(pur)，pur胶不含有水和溶剂,固含量100％，是一种高性能环保型胶粘剂，所述热熔胶片的熔点在110℃，所述热熔胶片的厚度为0.1mm，所述热熔胶片的粘度3500pa.s。所述与热熔胶片相接触的正负极均不涂覆活性料层。

制备方法，包括如下步骤：

将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照100:0.6：1.2的比例配置成浆料涂覆在铝箔集流体表面，涂覆时，留下无活性料层的空白区；将负极活性物质、导电剂和粘结剂按照100:0.6：1.2配制成浆料，涂覆在铜箔集流体上，涂覆时，留下与正极片相适应的无活性料层的空白区；将正、负极片和隔膜层在半自动卷绕机上进行卷绕，设置卷绕机参数，当卷绕至极片中间层时，卷绕级停止，插入热溶胶片，随后继续卷绕直至完成，然后分别将热熔胶片粘贴在卷心两表面，用胶纸固定，最后将卷心用铝塑膜封装—注液—化成制作成电芯。

选取本实施例设计电池10pcs,在相同环境下进行重物冲击测试。

测试结果如下：

实施例3

一种改善重物冲击性能的软包锂离子电池，包括相互卷绕的正极片和负极片，所述正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成，所述正极集流体为15um的铝箔，所述正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂；所述正极活性物质包含lifepo4；所述导电剂为碳纳米管与炭黑重量比为2：1的混合物；所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为98:0.3:1.1；

所述负极片由负极集流体以及涂覆在集流体上的负极活性料层组成，所述的负极集流体为6～16um的铜箔，所述负极活性料层包含负极活性物质、导电剂和粘结剂，其质量比例为98:0.3:1.3；所述负极活性物质包含中间相碳微球；所述导电剂碳纳米管与乙炔黑重量比为2：3组成的混合物；所述粘结剂为聚四氟乙烯；

所述正极片和负极片中间设置有隔离膜，所述正极片、负极片与所述热熔胶片相对的面上，均为无活性料层的空白区，且所述隔离膜直接贴附于该空白区，所述隔离膜为聚乙烯(polyethylene，pe)、聚丙烯(polypropylene，pp)组成的聚烯烃混合物，其中两者的重量比为3：1，所述隔离膜厚度为10um，中间层的所述正极片和负极片之间、以及上下最外层的正极片和负极片之间分别插入有与极片大小相当的热熔胶片，所述热熔胶片包括聚安酯热熔胶(pur)，pur胶不含有水和溶剂,固含量100％，是一种高性能环保型胶粘剂，所述热熔胶片的熔点在100℃，所述热熔胶片的厚度为0.07mm，所述热熔胶片的粘度3000pa.s。所述与热熔胶片相接触的正负极均不涂覆活性料层。

制备方法，包括如下步骤：

将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照98:0.3:1.1的比例配置成浆料涂覆在铝箔集流体表面，涂覆时，留下无活性料层的空白区；将负极活性物质、导电剂和粘结剂按照98:0.3:1.3配制成浆料，涂覆在铜箔集流体上，涂覆时，留下与正极片相适应的无活性料层的空白区；将正、负极片和隔膜层在半自动卷绕机上进行卷绕，设置卷绕机参数，当卷绕至极片中间层时，卷绕级停止，插入热溶胶片，随后继续卷绕直至完成，然后分别将热熔胶片粘贴在卷心两表面，用胶纸固定，最后将卷心用铝塑膜封装—注液—化成制作成电芯。

选取本实施例设计电池10pcs,在相同环境下进行重物冲击测试。

测试结果如下：

实施例4

一种改善重物冲击性能的软包锂离子电池，包括相互卷绕的正极片和负极片，所述正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成，所述正极集流体为20um的铝箔，所述正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂；所述正极活性物质包含limno4；所述导电剂为碳纳米管与乙炔黑的混合物中；所述粘结剂为聚四氟乙烯；所述正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为95:0.6:1.2；

所述负极片由负极集流体以及涂覆在集流体上的负极活性料层组成，所述的负极集流体为8um的铜箔，所述负极活性料层包含负极活性物质、导电剂和粘结剂，其质量比例为100:0.5:1.2；所述负极活性物质包含人造石墨；所述导电剂为碳纳米管；所述粘结剂为丁苯乙烯；

所述正极片和负极片中间设置有隔离膜，所述正极片、负极片与所述热熔胶片相对的面上，均为无活性料层的空白区，且所述隔离膜直接贴附于该空白区，所述隔离膜为聚乙烯(polyethylene，pe)、聚丙烯(polypropylene，pp)组成的聚烯烃混合物，其中两者的重量比为3：1，所述隔离膜厚度为9um，中间层的所述正极片和负极片之间、以及上下最外层的正极片和负极片之间分别插入有与极片大小相当的热熔胶片，所述热熔胶片包括聚安酯热熔胶(pur)，pur胶不含有水和溶剂,固含量100％，是一种高性能环保型胶粘剂，所述热熔胶片的熔点在110℃，所述热熔胶片的厚度为0.03mm，所述热熔胶片的粘度3500pa.s。所述与热熔胶片相接触的正负极均不涂覆活性料层。

制备方法，包括如下步骤：

将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照95:0.6:1.2的比例配置成浆料涂覆在铝箔集流体表面，涂覆时，留下无活性料层的空白区；将负极活性物质、导电剂和粘结剂按照100:0.5:1.2配制成浆料，涂覆在铜箔集流体上，涂覆时，留下与正极片相适应的无活性料层的空白区；将正、负极片和隔膜层在半自动卷绕机上进行卷绕，设置卷绕机参数，当卷绕至极片中间层时，卷绕级停止，插入热溶胶片，随后继续卷绕直至完成，然后分别将热熔胶片粘贴在卷心两表面，用胶纸固定，最后将卷心用铝塑膜封装—注液—化成制作成电芯。

选取本实施例设计电池10pcs,在相同环境下进行重物冲击测试。

测试结果如下：

对比例：与实施例相同的原料和工艺制作相同型号和容量的常规电池(不插入热熔胶片)。

随机选取新型设计电池和常规电池各10pcs,在相同环境下进行重物冲击测试。

测试结果如下：

由测试结果可知，新型设计的电池较常规电池，重物冲击通过率大大提高，由之前的30％提高到90％。新型设计的电池大大提高了电池的重物冲击性能，提高了电池的安全性能，降低了电池的不良安全隐患。。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。