CN219419133U - 一种电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池，包括：壳体；裸电芯，设置在所述壳体内；柔性袋，设置在所述壳体内，所述柔性袋具有容置腔，所述裸电芯设置在所述容置腔中，所述柔性袋包覆所述裸电芯，所述柔性袋受压后能够压缩形变。本实用新型的电池，在电池化成的过程中，当裸电芯中的极片膨胀时，裸电芯膨胀挤压柔性袋，通过柔性袋给予裸电芯一定的反向作用力，避免化成时产生的气体在极片界面间聚集，从而改善裸电芯界面，由此解决了目前硅碳体系硬壳电池因低群域度设计导致化成时界面不良的问题。

Description

一种电池

技术领域

本实用新型涉及储能件技术领域，尤其是指一种电池。

背景技术

随着锂离子电池的应用越来越广泛，企业对于电池能量密度的要求也越来越高；硅碳负极较石墨负极拥有更高的克容量，可以更显著地提升电池的能量密度，基于此，目前逐步将硅碳材料应用于负极中，而正极高镍材料加负极硅碳体系将成为必然趋势，但同时硅碳负极在充放电过程中具有相对更大的体积膨胀。

为避免方形铝壳电池充放电过程中电池鼓胀，在方形铝壳电池设计时，会考虑极片的膨胀，设计一定的空间容纳裸电芯膨胀带来的厚度增加，即群域度设计，一般三元加石墨体系的铝壳电池，群域度设计约89％，在三元加硅碳体系中，由于硅碳极片膨胀大，群域度设计远低于89％。但是低的群域度则会导致以下问题：化成时厚度方向空间过大，极片与极片间贴合不紧，化成产生的气体在界面间残留，影响锂离子正负极之间的传输，石墨电极上形成黑斑，影响电池性能；

如果为了优化化成界面，将群域度设计过高，又会导致在循环过程中随着极片膨胀加剧，裸电芯膨胀力变大，对电芯循环性能和模组结构产生严重影响。另外，方形铝壳电池，为避免裸电芯与壳体短路以及壳体底部倒角对裸电芯的挤压损伤，裸电芯外面通常包有一层Mylar膜与底托板。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中因裸电芯膨胀影响电池性能的问题，提供一种电池，能解决目前方形铝壳电池硅基体系因低群域度设计导致化成时界面不良的问题，同时能取消现有方形铝壳电池中常用的Mylar膜与底托板。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电池，包括：

壳体；

裸电芯，设置在所述壳体内；以及

柔性袋，所述柔性袋具有容置腔，所述裸电芯设置在所述容置腔中，所述柔性袋设置在包覆在所述壳体内，所述裸电芯的外侧，且隔绝所述裸电芯和所述壳体；所述柔性袋具有至少两层膜结构，相邻的两层膜结构之间至少部分区域形成密封层，所述密封层中填充有气态物质或电解液。

在本实用新型的一个实施例中，所述柔性袋具有开口，所述裸电芯从所述开口处放置到所述柔性袋的容置腔中。

在本实用新型的一个实施例中，所述壳体具有开口，所述柔性袋的开口与所述壳体的开口对应设置在同一侧。

在本实用新型的一个实施例中，所述密封层承受的膨胀力大于能够承受的膨胀力时，密封层破裂释放电解液。

在本实用新型的一个实施例中，所述密封层能够承受的膨胀力为100kgf～400kgf。

在本实用新型的一个实施例中，所述密封层由膜结构热压封装形成，所述密封层的封装口处具有一定的封装宽度和封装厚度。

在本实用新型的一个实施例中，所述柔性袋的总厚度为电池总厚度的2％～10％，所述柔性袋的总厚度包括柔性袋的膜厚度以及填充物的厚度之和，所述电池总厚度为若干个裸电芯以及电池壳体装配后的厚度。

在本实用新型的一个实施例中，所述柔性袋由绝缘材料制备而成。

在本实用新型的一个实施例中，所述壳体内设置有多组裸电芯，所述柔性袋设置在多组裸电芯与壳体之间。

在本实用新型的一个实施例中，所述壳体内设置有多组裸电芯，所述柔性袋设置在多组相邻的所述裸电芯以及所述裸电芯与所述壳体之间。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的电池，在壳体与裸电芯之间设置柔性袋，通过柔性袋包覆裸电芯，设置柔性袋具有一定的厚度能够压缩形变，这样，可以在电池化成中，在极片膨胀时，通过柔性袋给予裸电芯一定的反向作用力，避免化成时产生的气体在极片界面间聚集，从而改善裸电芯界面，由此解决了目前硅碳体系硬壳裸电芯因低群域度设计导致化成时界面不良的问题；

并且，因该柔性袋可被压缩，则在裸电芯膨胀力增大过程中，柔性袋可释放电池壳体内的厚度空间，避免了因膨胀力过大导致裸电芯失效的情形；

另外，柔性袋在四周与底部完全包裹住裸电芯，可以起到类似Mylar膜与底托板的作用，因此，采用本实施例的柔性袋后，可以取消现有方形铝壳电池中常用的Mylar膜与底托板。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型电池的结构示意图；

图2是本实用新型的柔性袋封装的结构示意图；

图3是电池的实施例1的结构示意图；

图4是电池的实施例2的结构示意图；

说明书附图标记说明：1、壳体；2、裸电芯；3、柔性袋；31、电解液；32、密封层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1所示，本实用新型公开了一种电池，包括：壳体1、裸电芯2和柔性袋3，所述壳体1为制备电池常用的方形铝壳，所述壳体1的一侧设置有开口，所述柔性袋3设置在所述壳体1中，所述柔性袋3具有容置腔，所述裸电芯2设置在所述容置腔中，设置所述容置腔的大小与所述裸电芯2的大小相同，或略大于所述裸电芯2，保证所述裸电芯2能够放置在容置腔中，且使所述柔性袋3包覆所述裸电芯2，通过所述柔性袋3将所述裸电芯2与所述壳体1分隔，所述柔性袋3具备一定的厚度且具备一定的弹性形变性能，所述柔性袋3受压后能够压缩形变；

本实施例的电池在电池化成的过程中，当裸电芯2中的极片膨胀时，裸电芯2膨胀挤压柔性袋3，通过柔性袋3给予裸电芯2一定的反向作用力，避免化成时产生的气体在极片界面间聚集，从而改善裸电芯2界面，由此解决了目前硅碳体系硬壳电池因低群域度设计导致化成时界面不良的问题；

并且，因该柔性袋3可被压缩，则在裸电芯2膨胀力增大过程中，柔性袋3被压缩后给予裸电芯2一定的膨胀空间，避免了因膨胀力过大导致裸电芯2失效的情形；

另外，所述柔性袋3具有开口，所述柔性袋3的开口与所述壳体1的开口对应设置，所述裸电芯2从所述柔性袋3的开口处放置到所述柔性袋3的容置腔中，所述裸电芯2被放置到所述容置腔后，所述裸电芯2的四周与底部被柔性袋3完全包裹住，可以起到类似Mylar膜与底托板的作用，因此，采用本实施例的柔性袋3后，可以取消现有方形铝壳电池中常用的Mylar膜与底托板。

参照图2所示，所述柔性袋3至少包括两层结构，在相邻两层结构之间预留有一定的压缩空间，使所述柔性袋3具有一定的能够被压缩的厚度，相邻的两层结构之间形成密封层32，在所述密封层32中填充电解液31，当裸电芯2的膨胀力大于密封层32能耐受的膨胀力时，密封层32内的电解液31会从密封位置挤出，柔性袋3厚度收缩变薄，以便给裸电芯2膨胀的空间，并且，挤出的电解液31还可以弥补电池充放电过程中电解液31的消耗，改善电池的循环性能；

在其他实施例中，也可以在所述密封层32中填充气态物质。该气态物质为惰性气体或者不与电解液、裸电芯发生反应的其他气体。在所述密封层32中填充惰性气体，当裸电芯2的膨胀力大于密封层32能耐受的膨胀力时，柔性袋3破裂释放气体。一般情况下，气体较于液体更容易压缩，所以相同厚度的柔性袋，填充气态物质相比填充液体能提供更大的膨胀空间。也就是说，达到相同的界面改善效果，填充气态物质的柔性袋厚度更小，电池空间利用率在一定程度上得到提高。

具体地，设置所述密封层32能够承受的膨胀力为100kgf～400kgf，当密封层承受的膨胀力大于密封层能够承受的膨胀力时，密封层破裂释放电解液31，如果密封层能够承受的膨胀力设置过小，化成过程中裸电芯2膨胀，密封层32过早破裂，对裸电芯2的作用力提前释放，界面改善效果不理想；如果设置的膨胀力过大，裸电芯2膨胀后，密封层32无法及时破裂，裸电芯2会鼓胀，另外，裸电芯2受力过大，电解液31浸润效果会变差，电池性能会受到影响；

具体地，所述密封层32由膜结构热压封装形成，所述密封层32的封装口处具有封装宽度和封装厚度，所述密封层32能够承受的膨胀力能够根据密封层32的封装宽度L和封装厚度H调节，所述封印宽度L和封印厚度H则是通过封头的宽度、封装时的温度以及封头的压力来控制的。

在本实施例中，柔性袋3的总厚度为电池总厚度的2％～10％，各个面的厚度可以相同也可以不相同；如果设置的厚度过小，化成过程中对裸电芯2的作用力过小，界面改善效果不好；如果设置的厚度过大，占据壳体1内部空间过大，影响电池能量密度；

具体地，所述柔性袋3的总厚度包括柔性袋的膜厚度以及填充物的厚度之和，所述电池总厚度为若干个裸电芯2以及电池壳体1装配后的厚度。在实际使用的过程中，可根据极片厚度膨胀大小与群裕度设计进行调整，以达到最优效果。

具体地，所述柔性袋3因为需要与裸电芯2和壳体1接触，所述柔性袋3由绝缘材料制备而成，具体地，所述绝缘材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、芳纶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯和天然纤维中的至少一种。

根据壳体1内裸电芯2的分布情况，所述柔性袋3至少包括以下两种设置方式：

实施例1

参照图3所示，在本实施例中，所述壳体1内设置有多组裸电芯2，多组所述裸电芯2共同组成裸电芯模组，所述柔性袋3设置在裸电芯模组外。

实施例2

参照图4所示，在本实施例中，所述壳体1内设置有多组裸电芯2，所述柔性袋3设置在多组相邻的所述裸电芯2以及所述裸电芯2与所述壳体1之间。裸电芯中间部分产生的热量较多，较容易产生膨胀，因此在相邻裸电芯之间设置柔性袋，能够更好的对裸电芯施加作用力，缓解膨胀。

为了进一步验证本实用新型的电池的有益效果，根据上述实施例1和实施例2分别制备三种电池，并且，采用常规技术制备普通的电池作为对比例，进行对比实验，具体地实验过程为：

对比例1：采用常规硅碳体系制备的方形铝壳电池；其中，负极片活性材料为硅碳材料(硅碳、导电剂、粘结剂的质量比为96:2:2)；正极片活性物质为NCM三元材料(NCM(镍钴锰)、导电剂、粘结剂的质量比为97:2:1)；隔膜为9um厚的PE隔膜；电解液31为1mol/L的LiPF₆与EC/DMC/EMC(V/V＝1:1:1)混合而成；将正负极片与隔膜卷绕成裸电芯，两个裸电芯并联焊接，包Mylar膜与底托板后放置于壳体1中；

实验例1：裸电芯2同对比例1；两个裸电芯2并联焊接后放置于柔性袋3中，柔性袋3放置于壳体1中，放置方式如图3所示，所述柔性袋3设置在裸电芯2外，其中：柔性袋3的厚度经过计算，设计为1.5mm；柔性袋3的密封层32中装满电解液31，成分与电池中的电解液成分相同，密封层32最大可耐受250kgf的膨胀力；

实验例2：裸电芯2同对比例1；两个裸电芯2并联焊接后放置于柔性袋3中，柔性袋3放置于壳体1中，放置方式如图4所示，所述柔性袋3设置在多组相邻的所述裸电芯2以及所述裸电芯2与所述壳体1之间，其中，柔性袋3的厚度经过计算，设计为1.0mm；柔性袋3的密封层32中装满电解液31，成分与电池中的电解液成分相同，密封层32最大可耐受250kgf的膨胀力；

实验例3：裸电芯2同对比例1；两个裸电芯2并联焊接后放置于柔性袋3中，柔性袋3放置于壳体1中，放置方式如图4所示，所述柔性袋3设置在多组相邻的所述裸电芯2以及所述裸电芯2与所述壳体1之间，其中，柔性袋3的厚度经过计算，正面设计为1.0mm，侧面设计为0.5mm，底部设计为1.5mm；柔性袋3的密封层32中装满电解液31，成分与电池中的电解液成分相同，密封层32最大可耐受250kgf的膨胀力。

将上述电池按常规制作工序焊接、注液、化成、分容后满电拆解确认界面：对比例1负极界面有大量黑斑；实验例1～实验例3界面良好，均没有黑斑，本实施例的电池的有益效果显而易见。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，包括：

壳体；

裸电芯，设置在所述壳体内；以及

柔性袋，所述柔性袋具有容置腔，所述裸电芯设置在所述容置腔中，所述柔性袋包覆在所述裸电芯的外侧，且隔绝所述裸电芯和所述壳体；所述柔性袋具有至少两层膜结构，相邻的两层膜结构之间至少部分区域形成密封层，所述密封层中填充有气态物质或电解液。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述柔性袋具有开口，所述裸电芯从所述开口处放置到所述柔性袋的容置腔中。

3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于：所述壳体具有开口，所述柔性袋的开口与所述壳体的开口对应设置在同一侧。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述密封层承受的膨胀力大于能够承受的膨胀力时，密封层破裂释放电解液。

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于：所述密封层能够承受的膨胀力为100kgf～400kgf。

6.根据权利要求4所述的电池，其特征在于：所述密封层由膜结构热压封装形成，所述密封层的封装口处具有一定的封装宽度和封装厚度。

7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述柔性袋的总厚度为电池总厚度的2％～10％。

8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述柔性袋由绝缘材料制备而成。

9.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述壳体内设置有多组裸电芯，所述柔性袋设置在所述多组裸电芯与所述壳体之间。

10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述壳体内设置有多组裸电芯，所述柔性袋设置在多组相邻的所述裸电芯以及所述裸电芯与所述壳体之间。