CN110048154A - 软包锂离子电池及电解液胶囊、锂离子电池的制备方法 - Google Patents

软包锂离子电池及电解液胶囊、锂离子电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种软包锂离子电池及电解液胶囊、锂离子电池的制备方法，所述软包锂离子电池包括电芯主体、电芯电解液、电解液胶囊、极耳，所述电芯电解液置于电芯主体中，所述极耳设在电芯主体上，于电芯主体上预留有胶囊空间，所述电解液胶囊内置于胶囊空间中，该电解液胶囊包括胶囊皮和阻燃防爆功能型电解液或常规功能型电解液，该阻燃防爆功能型电解液或常规功能型电解液密封于胶囊皮内。正常状态下，电解液胶囊与电芯电解液通过软胶囊皮隔离，当电池内部电解液保有量降低时，通过释放电解液胶囊中的电解液，可以提升电池电解液保有量，极大提升电池的循环性能，可以实现软包电池再生。

Description

软包锂离子电池及电解液胶囊、锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明涉及新能源领域技术，尤其是指一种适用于聚合物锂离子电池的电解液注液的电池结构和制备方法，以及注液用的电解液胶囊的制备方法。
背景技术
液态锂离子电池的循环主要受制于电解液消耗，保证电池内部的电解液保有量才能保证电池的循环性能。目前方形铝壳电池只有采用二次注液的制造工艺才能提升电池的注液量，而软包电池则无法进行二次注液，只好通过在隔膜采用涂覆PVDF或陶瓷材料、降低材料压实密度、立式抽气等提升电池内的电解液保有量，这些手段对软包电池有一定效果，却无法根本性提升循环性能，迫切需要一种可行的提升软包电池的电解液保有量的方法。另外，循环到一定程度后，方形铝壳电池可以通过对其打开壳体密封珠，对其进行三次注液，实现电池的再生与梯次利用。而软包则无法做到。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种软包锂离子电池，能够通过内置的电解液胶囊释放电解液以提升软包电解液保有量，极大提升电池的循环性能。
本发明的另一目的是提供一种电解液胶囊的制备方法，实现电解液胶囊制作。
本发明的又一目的是提供一种软包锂离子电池的制备方法，可以普遍适用于软包锂离子电池的制造，以完成内置有电解液胶囊的锂离子电池。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种软包锂离子电池，包括电芯主体、电芯电解液、电解液胶囊、极耳，所述电芯电解液置于电芯主体中，所述极耳设在电芯主体上，于电芯主体上预留有胶囊空间，所述电解液胶囊内置于胶囊空间中，该电解液胶囊包括胶囊皮和阻燃防爆功能型电解液或常规功能型电解液，该阻燃防爆功能型电解液或常规功能型电解液密封于胶囊皮内并且可以破坏胶囊皮致使电解液释放。
作为一种优选方案，所述胶囊空间与电芯电解液的存储空间一体式无缝结合，或者为分体式结合，所述胶囊空间位于电芯主体的头部或尾部。
作为一种优选方案，所述电芯电解液为非阻燃型、非防爆型锂离子电解液，所述电解液胶囊内的电解液为阻燃型、防爆型电解液之至少一种。
一种制作电解液胶囊的制备方法，包括以下步骤
S1，采用PP、PE、PET或PI小袋子作为胶囊皮，在手套箱中将电解液注入胶囊皮内；
S2，热压胶囊皮，形成电解液胶囊。
一种制作电解液胶囊的制备方法，包括以下步骤
S1，采用软胶囊生产工艺，将电解液密封在胶囊皮中；
S2，胶囊皮外敷碱性皮中和电解液中的氢氟酸。
作为一种优选方案，所述软胶囊生产工艺是指生产无缝滴丸的制备，具体步骤是，利用两个同心套管喷嘴滴头分别向外定时、定量地排出电解液和胶液，借助于承接液体与其自身的液体表面张力作用和自重、浮力，自然形成球体囊滴，在承接冷却液体中冷却定形，成为大小均匀的无缝圆形软胶囊。
作为一种优选方案，所述软胶囊生产工艺是指有缝平压丸的制备，具体步骤是，先将先将PE、PP、PI、PET之至少一种耐电解液腐蚀的材料溶合后制备的胶液制成胶皮，再摊盖在压丸机的下平模板上，依靠空气真空泵吸力形成一个个胶囊腔，然后向每个腔内分别注入定量电解液，再覆上一层胶皮，盖上上模板，通过压丸机上下压力，压制成一粒一粒的电解液软胶囊。
作为一种优选方案，所述软胶囊生产工艺是指有缝滚模压丸制备，具体步骤是，由机器自动制出两条胶带，向相对方向移动，移动中完成冷却、涂脱模剂操作，然后传送到两平行对应的圆柱形滚模中，使胶带一部分先受到模压而粘合，此时电解液泵随时将电解液定量输出，通过扇形注液器喷出充入胶带间所形成的模囊腔内，因滚模不断转动使胶带囊腔完全粘合封闭，形成闭合囊而成胶囊，再经剥丸刷剥丸，使胶囊从网胶带或模腔中全部脱离，由斜滑槽将制得的软胶囊滑送到胶囊输送带上，送到滚筒干燥定型，从而完成压丸过程。
一种制作锂离子电池的制备方法，包括以下步骤
S1，铝塑模冲壳时，在电芯主体的头部或尾部预留电解液胶囊的空间；
S2，裸电芯封装，真空干燥后进入手套箱；
S3，注入电芯电解液前，通过夹具将电解液胶囊塞入预留的胶囊空间，然后再注电芯电解液封口；或者注入电芯电解液后，通过夹具将电解液胶囊塞入预留的胶囊空间，然后再封口。
作为一种优选方案，该电解液胶囊(30)内的阻燃防爆功能型电解液或常规功能型电解液通过破坏胶囊皮致使电解液释放，破坏胶囊皮释放电解液的方式有四种：a、在使用过程中，电解液胶囊内部的电解液受缓释效应的设计要求缓缓释放出来；b、电池内部电解液里面的有机成分溶解胶囊皮，释放电解液；c、挤压电解液胶囊，使之破裂释放；d、热熔使之破裂。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其一，本发明的软包锂离子电池，在电芯主体中预留有胶囊空间，用于置入电解液胶囊，电解液胶囊与电芯电解液通过软胶囊皮隔离，当电池内部电解液保有量降低时，通过释放电解液胶囊中的电解液，可以提升电池电解液保有量，极大提升电池的循环性能，可以实现软包电池再生。
其二，本发明的一种电解液胶囊的制备方法，将电解液密封在软胶囊中，并且软胶囊的机械强度可控，使得电解液胶囊在电池内能够破坏胶囊皮而释放电解液的可行性。
其三，本发明的一种软包锂离子电池的制备方法，可以普遍适用于软包锂离子电池的制造，以完成内置有电解液胶囊的锂离子电池，这种方法可以实现软包电池再生。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之实施例的软包锂离子电池第一种结构示意图。
图2是本发明之实施例的软包锂离子电池第二种结构示意图。
图3是本发明之实施例的软包锂离子电池第三种结构示意图。
图4是本发明之实施例的软包锂离子电池第四种结构示意图。
附图标识说明：
10、电芯主体 11、胶囊空间
12、电芯电解液的存储空间 20、电芯电解液
30、电解液胶囊 40、极耳。
具体实施方式
请参照图1至图4所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，是一种软包锂离子电池，结构上包括电芯主体10、电芯电解液20、电解液胶囊30、极耳40。
其中，所述电芯电解液20置于电芯主体10中。所述极耳40设置在电芯主体10上。于电芯主体10上预留有胶囊空间11，所述电解液胶囊30内置于胶囊空间11中。该电解液胶囊30包括胶囊皮和阻燃防爆功能型电解液，该阻燃防爆功能型电解液密封于胶囊皮内并且可以通过破坏胶囊皮致使电解液释放。破坏胶囊皮释放电解液的方式有四种：a、在使用过程中，电解液胶囊30内部的电解液受缓释效应的设计要求缓缓释放出来。b、电池内部电解液里面的成分或者其他成分溶解胶囊皮，释放电解液。c、挤压电解液胶囊30，使之破裂释放。d、或者热熔使之破裂。释放电解液后可以提升软包电解液保有量，极大提升电池的循环性能，可以实现软包电池再生。当电解液胶囊30内是常规电解液时，常规电解液胶囊破了，可以增加电解液量。当电解液胶囊30内是非常规电解液时，非常规电解液胶囊破了可以增加电解液量和增加功能，例如阻燃和防爆功能。
如图1和图2所示，所述胶囊空间11与电芯电解液的存储空间12一体式无缝结合，所述胶囊空间11位于电芯主体10的头部或尾部，图1是胶囊空间11位于头部的示意图，图2是胶囊空间11位于尾部的示意图。
如图3和图4所示，所述胶囊空间11与电芯电解液的存储空间12为分体式结合，同样的，所述胶囊空间11的设计位置可以是位于电芯主体10的头部或尾部，图3胶囊空间11位于头部的示意图，图4是胶囊空间11位于尾部的示意图。
以及，本发明的电解液有多种，非阻燃型、非防爆型、阻燃型、防爆型电解液等。例如，所述电芯电解液20为非阻燃型、非防爆型锂离子电解液，所述电解液胶囊30内的电解液为非阻燃型、非防爆型、阻燃型、防爆型电解液之至少一种。
其中，所述电芯电解液20为非阻燃型、非防爆型锂离子电解液，所述电解液胶囊30内的电解液为阻燃型、防爆型电解液之至少一种。由于电芯电解液20为批量生产的常规电解液，而电解液胶囊30内的是具有防燃防爆功能的电解液，类似于灭火器或是消防水袋，可以实现电解液的双功能效应，电池正常使用，功能型电解液覆盖在电池内部表面，更好改善电池安全。
基于此，本发明研发出一种制作电解液胶囊30的制备方法，其中一种方法是袋式法，具体制备步骤如下：
S1，采用PP、PE、PET或PI小袋子作为胶囊皮，在手套箱中将电解液注入胶囊皮内；
S2，热压胶囊皮，形成电解液胶囊30。
另一种制作电解液胶囊30的制备方法是胶囊法，具体制备步骤如下：
S1，采用软胶囊生产工艺，将电解液密封在胶囊皮中，形成电解液胶囊30；
S2，胶囊皮外敷碱性皮中和电解液中的氢氟酸。
更为具体的，本发明的软胶囊生产工艺有三种制备方式，第一种是指生产无缝滴丸的制备，第二种是有缝平压丸的制备，第三种是有缝滚模压丸制备。以下，对这三种软胶囊生产工艺进行详细说明：
生产无缝滴丸的制备具体步骤是，利用两个同心套管喷嘴滴头分别向外定时、定量地排出电解液和胶液，借助于承接液体与其自身的液体表面张力作用和自重、浮力，自然形成球体囊滴，在承接冷却液体中冷却定形，成为大小均匀的无缝圆形软胶囊。
有缝平压丸的制备具体步骤是，先将PE、PP、PI、PET之至少一种耐电解液腐蚀的材料溶合后制备的胶液制成胶皮，再摊盖在压丸机的下平模板上，依靠空气真空泵吸力形成一个个胶囊腔，然后向每个腔内分别注入定量电解液，再覆上一层胶皮，盖上上模板，通过压丸机上下压力，压制成一粒一粒的电解液软胶囊。
有缝滚模压丸制备具体步骤是，由机器自动制出两条胶带，向相对方向移动，移动中完成冷却、涂脱模剂操作，然后传送到两平行对应的圆柱形滚模中，使胶带一部分先受到模压而粘合，此时电解液泵随时将电解液定量输出，通过扇形注液器喷出充入胶带间所形成的模囊腔内，因滚模不断转动使胶带囊腔完全粘合封闭，形成闭合囊而成胶囊，再经剥丸刷剥丸，使胶囊从网胶带或模腔中全部脱离，由斜滑槽将制得的软胶囊滑送到胶囊输送带上，送到滚筒干燥定型，从而完成压丸过程。
基于上述的软包电池，本发明还研发了一种制作锂离子电池的制备方法，其包括以下步骤
S1，铝塑模冲壳时，在电芯主体10的头部或尾部预留胶囊空间11；
S2，裸电芯封装，真空干燥后进入手套箱；
S3，注入电芯电解液20前，通过夹具将电解液胶囊30塞入预留的胶囊空间11，然后再注电芯电解液20封口；或者注入电芯电解液20后，通过夹具将电解液胶囊30塞入预留的胶囊空间11，然后再封口。
S4，后续按锂离子电池的正常生产工艺完成生产，由于此属于公知技术，因此在此不再赘述。
综上所述，本发明的设计重点在于：
其一，本发明的软包锂离子电池，在电芯主体10中预留有胶囊空间11，用于置入电解液胶囊30，电解液胶囊30与电芯电解液20通过软胶囊皮隔离，当电池内部电解液保有量降低时，通过释放电解液胶囊30中的电解液，可以提升电池电解液保有量，极大提升电池的循环性能，可以实现软包电池再生。
其二，本发明的一种电解液胶囊30的制备方法，将电解液密封在软胶囊中，并且软胶囊的机械强度可控，使得电解液胶囊30在电池内能够破坏胶囊皮而释放电解液的可行性。
其三，本发明的一种软包锂离子电池的制备方法，可以普遍适用于软包锂离子电池的制造，以完成内置有电解液胶囊30的锂离子电池，这种方法可以实现软包电池再生。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种软包锂离子电池，其特征在于：包括电芯主体(10)、电芯电解液(20)、电解液胶囊(30)、极耳(40)，所述电芯电解液(20)置于电芯主体(10)中，所述极耳(40)设在电芯主体(10)上，于电芯主体(10)上预留有胶囊空间(11)，所述电解液胶囊(30)内置于胶囊空间(11)中，该电解液胶囊(30)包括胶囊皮和阻燃防爆功能型电解液或常规功能型电解液，该阻燃防爆功能型电解液或常规功能型电解液密封于胶囊皮内并且可以破坏胶囊皮致使电解液释放。
2.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池，其特征在于：所述胶囊空间(11)与电芯电解液的存储空间(12)一体式无缝结合，或者为分体式结合，所述胶囊空间(11)位于电芯主体(10)的头部或尾部。
3.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池，其特征在于：所述电芯电解液(20)为非阻燃型、非防爆型锂离子电解液，所述电解液胶囊(30)内的电解液为非阻燃型、非防爆型、阻燃型、防爆型电解液之至少一种。
4.一种制作权利要求1的电解液胶囊的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
S1，采用PP、PE、PET或PI小袋子作为胶囊皮，在手套箱中将电解液注入胶囊皮内；
S2，热压胶囊皮，形成电解液胶囊(30)。
5.一种制作权利要求1的电解液胶囊的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
S1，采用软胶囊生产工艺，将电解液密封在胶囊皮中，形成电解液胶囊(30)；
S2，胶囊皮外敷碱性皮中和电解液中的氢氟酸。
6.根据权利要求5所述的一种电解液胶囊的制备方法，其特征在于：所述软胶囊生产工艺是指生产无缝滴丸的制备，具体步骤是，利用两个同心套管喷嘴滴头分别向外定时、定量地排出电解液和胶液，借助于承接液体与其自身的液体表面张力作用和自重、浮力，自然形成球体囊滴，在承接冷却液体中冷却定形，成为大小均匀的无缝圆形软胶囊。
7.根据权利要求5所述的一种电解液胶囊的制备方法，其特征在于：所述软胶囊生产工艺是指有缝平压丸的制备，具体步骤是，先将PE、PP、PI、PET之至少一种耐电解液腐蚀的材料溶合后制备的胶液制成胶皮，再摊盖在压丸机的下平模板上，依靠空气真空泵吸力形成一个个胶囊腔，然后向每个腔内分别注入定量电解液，再覆上一层胶皮，盖上上模板，通过压丸机上下压力，压制成一粒一粒的电解液软胶囊。
8.根据权利要求5所述的一种电解液胶囊的制备方法，其特征在于：所述软胶囊生产工艺是指有缝滚模压丸制备，具体步骤是，由机器自动制出两条胶带，向相对方向移动，移动中完成冷却、涂脱模剂操作，然后传送到两平行对应的圆柱形滚模中，使胶带一部分先受到模压而粘合，此时电解液泵随时将电解液定量输出，通过扇形注液器喷出充入胶带间所形成的模囊腔内，因滚模不断转动使胶带囊腔完全粘合封闭，形成闭合囊而成胶囊，再经剥丸刷剥丸，使胶囊从网胶带或模腔中全部脱离，由斜滑槽将制得的软胶囊滑送到胶囊输送带上，送到滚筒干燥定型，从而完成压丸过程。
9.一种制作权利要求1的锂离子电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
S1，铝塑模冲壳时，在电芯主体(10)的头部或尾部预留胶囊空间(11)；
S2，裸电芯封装，真空干燥后进入手套箱；
S3，注入电芯电解液(20)前，通过夹具将电解液胶囊(30)塞入预留的胶囊空间(11)，然后再注电芯电解液(20)封口；或者注入电芯电解液(20)后，通过夹具将电解液胶囊(30)塞入预留的胶囊空间(11)，然后再封口。
10.根据权利要求9所述的一种电解液胶囊的制备方法，其特征在于：该电解液胶囊(30)内的阻燃防爆功能型电解液或常规功能型电解液通过破坏胶囊皮致使电解液释放，破坏胶囊皮释放电解液的方式有四种：a、在使用过程中，电解液胶囊内部的电解液受缓释效应的设计要求缓缓释放出来；b、电池内部电解液里面的有机成分溶解胶囊皮，释放电解液；c、挤压电解液胶囊(30)，使之破裂释放；d、热熔使之破裂。
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