一种储液装置和包括该储液装置的锂电池及其制造方法

文档序号:364619 发布日期:2021-12-07 浏览:46次 >En<

阅读说明:本技术 一种储液装置和包括该储液装置的锂电池及其制造方法 (Liquid storage device, lithium battery comprising liquid storage device and manufacturing method of lithium battery ) 是由 雷付权 王继涛 孙浩 张勇 陈启多 程君 于 2021-09-06 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种储液装置和包括该储液装置的锂电池及其制造方法,所述一种储液装置包括至少第一储液件和第二储液件,所述第一储液件和第二储液件的结构完全相同,并且所述第一储液件装设在第二储液件上方;所述第一储液件和第二储液件内部都存储有电解液;所述第一储液件包括第一储液件主体、用于电解液流通或者存储的第一储液孔和用于容纳第一卷针的第一卷针孔;所述第一卷针用于带动第一储液件做旋转运动;所述第二储液件包括第二储液件主体、用于电解液流通或者存储的第二储液孔和用于容纳第二卷针的第二卷针孔;所述第二卷针用于带动第二储液件做旋转运动;本发明可以持续补充电池循环过程中消耗的电解液,从而提高电池循环寿命。(The invention discloses a liquid storage device, a lithium battery comprising the liquid storage device and a manufacturing method of the lithium battery, wherein the liquid storage device comprises at least a first liquid storage part and a second liquid storage part, the structures of the first liquid storage part and the second liquid storage part are completely the same, and the first liquid storage part is arranged above the second liquid storage part; electrolyte is stored in the first liquid storage part and the second liquid storage part; the first liquid storage part comprises a first liquid storage part main body, a first liquid storage hole for circulating or storing electrolyte and a first winding needle hole for accommodating a first winding needle; the first winding needle is used for driving the first liquid storage part to rotate; the second liquid storage part comprises a second liquid storage part main body, a second liquid storage hole used for circulating or storing electrolyte and a second winding needle hole used for accommodating a second winding needle; the second winding needle is used for driving the second liquid storage part to rotate; the invention can continuously replenish the electrolyte consumed in the battery cycle process, thereby prolonging the battery cycle life.)

一种储液装置和包括该储液装置的锂电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域,特别涉及一种储液装置和包括该储液装置的锂电池及其制造方法。

背景技术

卷绕式锂电池是通过卷针将正极极片、负极极片和隔离膜卷制而成,卷绕完成后,卷针从卷芯内部拔出,然后对卷芯进行热压或冷压定型。但卷针从卷芯内部拔出过程中,隔离膜容易随着卷针被带出电芯主体,从而存在隔膜打皱、极片错位甚至正负极直接接触短路的风险。此外,内圈极片在热压或冷压后拐角处几乎没有过渡弧区,相当于直接将极片进行了对折,极易出现极片掉粉、断片等问题,存在安全隐患。对此问题,目前主要是通过提高极片柔韧性来一定程度上改善掉粉现象,但效果非常有限。

锂电池包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液。其中,电解液作为锂离子在正极和负极之间来回脱嵌的载体,在电池循环过程中会被不断消耗,电解液保有量对电池性能发挥具有关键作用。

如中国专利CN107579174A公开了一种超长循环寿命高能量密度软包聚合物动力电池,具体实施方法是:通过在电池内部增加带有储液功能的极耳保护隔套,提高电池内部电解液的保有量,在循环过程中可以持续补充消耗掉的电解液,保证电池超长的循环寿命。虽然上述方法可以提高电解液保有量从而改善电池循环性能,但在两极耳间装设极耳保护隔套操作不便,并且应用场景较少,仅适用于软包电池顶封装区较宽的情况。

有鉴于此,确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷,提供一种储液装置和包括该储液装置的锂电池及其制造方法;可以降低内圈极片拐角处的曲率,改善极片掉粉和断片;可以规避隔膜打皱、极片错位和短路的风险;可以持续补充电池循环过程中消耗的电解液,从而提高电池循环寿命。

为实现上述目的,本发明提供了一种储液装置,包括至少第一储液件和第二储液件,所述第一储液件和第二储液件的结构完全相同,并且所述第一储液件装设在第二储液件上方;所述第一储液件和第二储液件内部都存储有电解液;所述第一储液件包括第一储液件主体、用于电解液流通或者存储的第一储液孔和用于容纳第一卷针的第一卷针孔;所述第一卷针用于带动第一储液件做旋转运动;所述第二储液件包括第二储液件主体、用于电解液流通或者存储的第二储液孔和用于容纳第二卷针的第二卷针孔;所述第二卷针用于带动第二储液件做旋转运动。

作为优选的,所述第一储液孔为用于电解液流通的通孔或者用于电解液存储的盲孔;所述第一储液孔的数量至少为一个;所述第一储液孔的直径在0.5~3mm之间;所述第二储液孔为用于电解液流通的通孔或者用于电解液存储的盲孔;所述第二储液孔的数量至少为一个;所述第二储液孔的直径在0.5~3mm之间。

作为优选的,所述第一卷针孔和第二卷针孔的数量至少为一个;所述第一卷针孔和第二卷针孔的直径在1~5mm之间。

作为优选的,所述第一储液件和第二储液件为耐电解液腐蚀的聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇对苯二甲酸酯或者聚碳酸酯聚合物高分子材料构件。

作为优选的,所述第一储液件和第二储液件为半圆柱形状或者半椭圆柱形状。

作为优选的,所述第一卷针包括第一卷针主体和装设在第一卷针主体一端的第一卷针插入部,所述第一卷针插入部上还装设有第一卷针活塞部;所述第一卷针插入部插入到第一卷针孔内部;所述第一卷针活塞部与第一卷针孔紧密接触,从而带动第一储液件做旋转运动;

所述第二卷针包括第二卷针主体和装设在第二卷针主体一端的第二卷针插入部,所述第二卷针插入部上还装设有第二卷针活塞部;所述第二卷针插入部插入到第二卷针孔内部;所述第二卷针活塞部与第二卷针孔紧密接触,从而带动第二储液件做旋转运动。

本发明还提供了一种包括上述所述的一种储液装置的锂电池,其特征在于,包括卷芯,所述卷芯包括正极极片、负极极片和隔膜,并且由所述正极极片、负极极片和隔膜卷绕而成,所述第一储液件和第二储液件将正极极片、负极极片和隔膜的一端夹持在中间,所述储液装置装设在卷芯内部。

作为优选的,所述卷芯被钢壳、铝壳或者铝塑膜封装,制作成钢壳、铝壳或者铝塑膜锂电池。

本发明还提供了一种制造上述所述的一种包括该储液装置的锂电池的制造方法,包括以下步骤:

步骤S1:制备正极极片、负极极片和隔膜;

步骤S2:将第一卷针插入到第一储液件中的第一卷针孔;并通过第一卷针活塞部将第一储液件固定;将第二卷针插入到第二储液件中的第二卷针孔;并通过第二卷针活塞部将第二储液件固定;

步骤S3:将正极极片、负极极片和隔膜的一端夹持在第一储液件和第二储液件的中间;

步骤S4:驱动第一卷针和第二卷针旋转,从而将正极极片、负极极片和隔膜卷绕制成卷芯;

步骤S5:将第一卷针和第二卷针分别从第一储液件和第二储液件中拔出,而将第一储液件和第二储液件保留在卷芯内部;

步骤S6:将卷芯用钢壳、铝壳或者铝塑膜进行封装,制作成钢壳、铝壳或者铝塑膜锂电池。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于:

1、本发明所述储液装置具有存储电解液的功能,具体的,所述第一储液件和第二储液件内部都存储有电解液;所述第一储液件包括用于电解液流通或者存储的第一储液孔;所述第二储液件包括用于电解液流通或者存储的第二储液孔,在电池循环过程中,电解液主要消耗于负极界面SEI膜的破坏和重整过程,当电解液消耗到电池处于贫液状态时,会导致循环寿命快速衰减;而储液装置可以提供额外的电解液,从而延缓电池体系进入贫液状态的时间,进而提高电池循环寿命。

2、本发明所述第一储液件和第二储液件可以分别固定在第一卷针和第二卷针上,由于所述第一储液件和第二储液件表面具有一定的弧度,在卷绕过程中不会存在掉粉和断片的问题;并且在卷芯卷绕完成后,所述储液装置留存在卷芯内部,在对卷芯热压或冷压时,可以降低卷芯内圈极片拐角处的曲率,从而改善极片掉粉和断片的问题。

3、本发明第一储液件和第二储液件与第一卷针和第二卷针同步卷绕,卷芯卷制完成后,只需将卷针从储液装置的卷针孔中拔出即可,可以从根本上规避卷芯拔针不良带来的隔膜打皱、极片错位甚至正极和负极直接存在的接触短路风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种储液装置的示意图;

图2是本发明提供的实施例锂电池和对比例锂电池的循环曲线对比图。

在图中包括有:

1-第一储液件、2-第二储液件、101-第一储液件主体、102-第一储液孔、103-第一卷针孔、3-第一卷针、201-第二储液件主体、202-第二储液孔、203-第二卷针孔、4-第二卷针、303-第一卷针主体、301-第一卷针插入部、302-第一卷针活塞部、403-第二卷针主体、401-第二卷针插入部、402-第二卷针活塞部。

具体实施方式

下面将结合本发明本实施方式中的附图,对本发明本实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的本实施方式是本发明的一种实施方式,而不是全部的本实施方式。基于本发明中的本实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他本实施方式,都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参考图1,本发明实施例一提供了一种储液装置。

如图1所示,所述储液装置至少包括第一储液件1和第二储液件2,所述第一储液件1和第二储液件2是成对和配套使用,可以有两个、四个等等;在本实施例一中,所述储液装置包括第一储液件1和第二储液件2,所述第一储液件1和第二储液件2的结构完全相同,并且所述第一储液件1装设在第二储液件2上方;所述第一储液件1和第二储液件2内部是中空结构,具有一定的储存空间,并且存储有电解液。

如上述所说,所述储液装置具有存储电解液的功能,具体的,所述第一储液件1和第二储液件2内部都存储有电解液;更进一步的,所述第一储液件1包括用于电解液流通或者存储的第一储液孔102;所述第二储液件2包括用于电解液流通或者存储的第二储液孔202,在电池循环过程中,电解液主要消耗于负极界面SEI膜的破坏和重整过程,当电解液消耗到电池处于贫液状态时,会导致循环寿命快速衰减;而储液装置可以提供额外的电解液,从而延缓电池体系进入贫液状态的时间,进而提高电池循环寿命。

如图1所示,所述第一储液件1包括第一储液件主体101;所述第一储液件主体101上设有若干个第一储液孔102;所述第一储液孔102用于电解液的流通或者存储;具体的,所述第一储液孔102可以是用于电解液流通的通孔,也可以是用于电解液存储的盲孔;还可以是通孔和盲孔的混合,也就是说既有通孔,也有盲孔;并且所述第一储液孔102的数量至少为一个;所述第一储液孔102的直径在0.5~3mm之间;所述第一储液件主体101侧面还设有至少一个第一卷针孔103;所述第一卷针孔103用于容纳第一卷针3;所述第一卷针孔103的直径在1~5mm之间;所述第一卷针3插入到第一卷针孔103内部,用于带动第一储液件1做旋转运动;从而进行卷芯的卷绕工作。

如图1所示,所述第二储液件2处于第一储液件1下方,所述第二储液件2包括第二储液件主体201;所述第二储液件主体201上设有若干个第二储液孔202;所述第二储液孔202也是用于电解液的流通或者存储;具体的,所述第二储液孔202可以是用于电解液流通的通孔,也可以是用于电解液存储的盲孔;还可以是通孔和盲孔的混合,也就是说既有通孔,也有盲孔;并且所述第二储液孔202的数量至少为一个;所述第二储液孔202的直径在0.5~3mm之间;所述第二储液件主体201侧面还设有至少一个第二卷针孔203;所述第二卷针孔203用于容纳第二卷针4;所述第二卷针孔203的直径在1~5mm之间;所述第二卷针4插入到第二卷针孔203内部,用于带动第二储液件2做旋转运动;从而进行卷芯的卷绕工作。

所述第一储液件1和第二储液件2为耐电解液腐蚀的聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚乙二醇对苯二甲酸酯PET或者聚碳酸酯PC类的聚合物高分子材料构件,具有一定的强度,并且可以防止电解液腐蚀。

如图1所示,在本实施例中,所述第一储液件1和第二储液件2都为半圆柱形状,将所述第一储液件1和第二储液件2组合在一起组合成一个完整的圆柱;并将所述正极极片、负极极片和隔膜夹在第一储液件1和第二储液件2之间;进一步的,所述第一储液件1和第二储液件2表面具有弧状结构,可以减小拐角处的曲率;更进一步的,所述第一储液件1和第二储液件2还可以是半椭圆柱形状或者半U型柱形状。

所述第一储液件1和第二储液件2分别装设在第一卷针3和第二卷针4上,由于所述第一储液件和第二储液件表面具有一定的弧度,并且在卷芯卷绕完成后,所述第一储液件1和第二储液件2预留在卷芯内部,在对卷芯热压或者冷压时,可以降低卷芯内圈极片拐角处的曲率,从而改善极片掉粉和断片的问题。

如图1所示,所述第一卷针3包括第一卷针主体303和装设在第一卷针主体303一端的第一卷针插入部301,所述第一卷针插入部301上还装设有第一卷针活塞部302。

所述第一卷针3的工作方式:首先,由于所述第一卷针插入部301的直径小于第一卷针孔103的直径,所以第一卷针插入部301可以插入到第一卷针孔103内部;其次,所述第一卷针活塞部302由于内部加压向外伸出,并与第一卷针孔103紧密接触;最后,驱动第一卷针3进行旋转,从而带动第一储液件1做旋转运动。

进一步的,所述第一卷针3内部可以是中空结构,所述第一卷针活塞部302在受到内部压力时,活塞向外伸出,使得所述第一卷针活塞部302的直径变大,使其可以很好与第一卷针孔103紧密接触;使得第一储液件1固定在第一卷针3上;从而带动第一储液件1做旋转运动;所述第一卷针活塞部302在泄压时,活塞向内缩回,使得所述第一卷针活塞部302的直径变小,使其可以很好与第一卷针孔103分离;从而使得第一卷针3可以很轻松的从第一储液件1中取出。

同理,所述第二卷针4具有和第一卷针3一样的功能和结构;具体的,如图1所示,所述第二卷针4包括端部的第二卷针主体403;所述第二卷针主体403一端装设有第二卷针插入部401,所述第二卷针插入部401上还装设有第二卷针活塞部402。

所述第二卷针4的工作方式:首先,由于所述第二卷针插入部401的直径小于第二卷针孔203的直径,所以第二卷针插入部401可以插入到第二卷针孔203内部;其次,所述第二卷针活塞部402由于内部加压向外伸出,并与第二卷针孔203紧密接触;最后,驱动第二卷针4进行旋转,从而带动第二储液件2做旋转运动。

进一步的,所述第二卷针4内部可以是中空结构,所述第二卷针活塞部402在受到内部压力时,活塞向外伸出,使得所述第二卷针活塞部402的直径变大,使其可以很好与第二卷针孔203紧密接触;使得第二储液件2固定在第二卷针4上;从而带动第二储液件2做旋转运动;所述第二卷针活塞部402在泄压时,活塞向内缩回,使得所述第二卷针活塞部402的直径变小,使其可以很好与第二卷针孔203分离;从而使得第二卷针4可以很轻松的从第二储液件2中取出。

如图1所示,所述第一卷针3带动第一储液件1做旋转运动;所述第二卷针4带动第二储液件2做旋转运动;并且所述第一卷针3和第二卷针4同步卷绕,从而第一储液件1和第二储液件2也同步卷绕,所述卷芯卷绕成型后,将第一卷针3和第二卷针4分别从第一卷针孔103和第二卷针孔203中拔出;可以从根本上规避卷芯拔针不良带来的隔膜打皱、极片错位甚至正极和负极直接存在的接触短路风险。

实施例二

请参考图1,本发明实施例二提供了一种包括实施例一所述的一种储液装置的锂电池。

所述锂电池包括卷芯和装设在卷芯内部的储液装置;具体的,所述卷芯包括正极极片、负极极片和隔膜,并且由所述正极极片、负极极片和隔膜卷绕而成,进一步的,所述第一储液件1和第二储液件2将正极极片、负极极片和隔膜的一端夹持在中间,然后进行卷绕卷制而成。

进一步的,所述卷芯可以被钢壳、铝壳或者铝塑膜封装,然后最终制作成钢壳、铝壳或者铝塑膜锂电池。

更进一步的,通过上述论述可知:所述卷芯内部装设储液装置,在卷绕型电池上可以通用,在叠片型电池中,所述储液装置也可以均匀放置在叠片型电池中部,同时所述储液装置的外形就需要制作成长方体或者正方体;这样可以更好地进行叠片,从而适应叠片电池。

实施例三

请参考图1,本发明实施例三提供了一种制造实施例二所述的一种包括该储液装置的锂电池的制造方法,包括以下步骤:

步骤S1:按照一般卷绕型锂电池的制作方法,制备正极极片、负极极片和隔膜进行备用。

步骤S2:将第一储液件1和第二储液件2分别固定在第一卷针3和第二卷针4上;将第一卷针3插入到第一储液件1中的第一卷针孔103;并通过第一卷针活塞部302将第一储液件1固定;将第二卷针4插入到第二储液件2中的第二卷针孔203;并通过第二卷针活塞部402将第二储液件2固定。

步骤S3:将正极极片、负极极片和隔膜的一端夹持在第一储液件1和第二储液件2的中间;进行卷绕前准备。

步骤S4:驱动第一卷针3和第二卷针4旋转,从而将正极极片、负极极片和隔膜卷绕制成卷芯。

步骤S5:将第一卷针3和第二卷针4分别从第一储液件1和第二储液件2中拔出,而将第一储液件1和第二储液件2保留在卷芯内部;卷芯卷制完成后将第一储液件1和第二储液件2保留在卷芯内部,从而提高电解液保留量,进而提高锂电池的循环寿命。

步骤S6:将卷芯用钢壳、铝壳或者铝塑膜进行封装,制作成钢壳、铝壳或者铝塑膜锂电池。

实施例

以下是实际操作过程中具体的实施例,并与对比例进行比较;以下对其具体实施方式进行详细说明。

首先制备出用于卷绕的正极极片、负极极片和隔膜。

将第一储液件1固定装设在第一卷针3上,通过第一卷针活塞部302将第一储液件1固定。

将第二储液件2固定装设在第二卷针4上,通过第二卷针活塞部402将第二储液件2固定。

所述第一储液件1和第二储液件2表面分别具有若干个第一储液孔102和第二储液孔202,并且都是通孔,所述通孔直径为1mm。

所述第一储液件1和第二储液件2一侧分别具有一个第一卷针孔103和第二卷针孔203;所述第一卷针孔103和第二卷针孔203的直径为2mm。

所述第一储液件1和第二储液件2完全相同。

所述第一储液件1和第二储液件2将正极极片、负极极片和隔膜的一端进行夹持;驱动第一卷针3和第二卷针4旋转,从而将正极极片、负极极片和隔膜卷绕制成卷芯。

卷芯卷制完成后,释放第一卷针3和第二卷针4内部气压,所述第一卷针活塞部302和第二卷针活塞部402上的活塞收缩,将第一卷针3和第二卷针4分别从第一储液件1和第二储液件2中拔出,而将第一储液件1和第二储液件2保留在卷芯内部;卷芯卷制完成后将第一储液件1和第二储液件2保留在卷芯内部,从而提高电解液保留量,进而提高锂电池的循环寿命。

然后按常规锂电池制造工艺进行后续工艺流程。

将卷芯用钢壳、铝壳或者铝塑膜进行封装,最终制作成一种具有储液装置的钢壳、铝壳或者铝塑膜锂电池;得到实施例锂电池。

对比例

对比例锂电池为一种常规锂电池,未在卷芯内部装设储液组件,其他设计或制作工艺流程与实施例完全相同。

如图2所示,为本发明实施例锂电池与对比例锂电池的循环曲线对比图;根据图2所示,在循环次数在小于800次时,所述实施例锂电池的容量保持率优于对比例锂电池的容量保持率,但是两者的差距不大,所述实施例锂电池的优势不太明显;在循环次数在大于800次时,所述实施例锂电池的容量保持率明显大大优于对比例锂电池的容量保持率,具体的,所述对比例锂电池的容量保持率明显出现断崖式的下降,而实施例锂电池的容量保持率保持稳定的下降趋势,在需要循环次数大于800次的应用情形时,所述实施例锂电池具有明显优势。

上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

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