电池以及应用所述电池的电子装置

文档序号:474862 发布日期:2021-12-31 浏览:26次 >En<

阅读说明:本技术 电池以及应用所述电池的电子装置 (Battery and electronic device using same ) 是由 陈晓 张远兵 胡克文 石长川 于 2020-12-24 设计创作,主要内容包括:一种电池,包括电极组件和封装所述电极组件的封装膜,所述电极组件包括第一极片、第二极片和隔膜,所述隔膜设置于所述第一极片和所述第二极片之间,所述隔膜与所述第一极片或所述第二极片之间的粘结力≥3N/m,所述电池还包括胶粘层,所述胶粘层设置于所述电极组件的表面与所述封装膜之间并将所述电极组件与所述封装膜粘结在一起。本申请有利于提高安全性及电池能量密度。本申请还提供一种应用上述电池的电子装置。(A battery comprises an electrode assembly and an encapsulation film for encapsulating the electrode assembly, wherein the electrode assembly comprises a first pole piece, a second pole piece and a diaphragm, the diaphragm is arranged between the first pole piece and the second pole piece, the adhesive force between the diaphragm and the first pole piece or the second pole piece is not less than 3N/m, the battery also comprises an adhesive layer, and the adhesive layer is arranged between the surface of the electrode assembly and the encapsulation film and bonds the electrode assembly and the encapsulation film together. The application is beneficial to improving the safety and the energy density of the battery. The application also provides an electronic device using the battery.)

电池以及应用所述电池的电子装置

技术领域

本申请涉及电池领域,尤其涉及一种电池和应用所述电池的电子装置。

背景技术

随着消费类电子产品的成熟应用,客户对整机应用风险越来越关注。例如,对电子产品抗跌落性能的要求越来越高。而电池作为电子产品的重要组成部分,同样对抗跌落性能具有要求。

电池随着电子产品跌落时,收容于电池封装膜内的电极组件容易在封装膜内窜动。而电极组件在封装膜内窜动时,位于电极组件设有极耳的头部及与头部相对的尾部处的隔膜容易发生打褶或收缩,使得阴极极片和阳极极片直接接触,从而导致电极组件短路,进而影响电池的安全性。因此,通常需要在电极组件的头部及尾部粘贴绕胶以固定隔膜。然而,绕胶会增加电池的厚度,导致电池的体积能量密度降低。

发明内容

鉴于上述情况,有必要提供一种有利于提高安全性和能量密度的电池。

另外,还有需要提供一种应用上述电池的电子装置。

本申请的一种电池,包括电极组件和封装所述电极组件的封装膜。所述电极组件包括第一极片、第二极片和隔膜,所述隔膜设置于所述第一极片和所述第二极片之间,所述隔膜与所述第一极片或所述第二极片之间的粘结力≥3N/m。所述电池还包括胶粘层,所述胶粘层设置于所述电极组件的表面与所述封装膜之间并将所述电极组件与所述封装膜粘结在一起。

作为本申请的一种方案,所述胶粘层与所述封装膜之间的粘结力为3N/m至1000N/m。

作为本申请的一种方案,所述胶粘层与所述电极组件的所述表面之间的粘结力为3N/m至1000N/m。

作为本申请的一种方案,所述隔膜与所述第一极片或所述第二极片之间的粘结力为3N/m至30N/m。

作为本申请的一种方案,所述胶粘层的厚度为1μm至20μm,有利于在保证粘结力的同时降低所述电池的整体厚度,从而降低对所述电池的能量密度的影响。

作为本申请的一种方案,所述电极组件的所述表面与所述胶粘层粘结的面积占所述电极组件的所述表面的面积的20%至100%,从而进一步地保障所述电极组件与所述封装膜之间粘结的稳固性。

作为本申请的一种方案,所述胶粘层包括聚烯烃、环氧树脂、有机硅或丙烯酸酯中的至少一种。

作为本申请的一种方案,所述胶粘层设置在所述电极组件的所述表面,所述胶粘层的形状包括块状、点状或线状中的至少一种。

作为本申请的一种方案,所述隔膜包括隔膜基材和设置于所述隔膜基材的表面的粘结层,所述粘结层背离所述隔膜基材的一侧与所述第一极片或所述第二极片粘结。

作为本申请的一种方案,所述粘结层设置于所述隔膜基材的相背的两个表面,有利于进一步地降低所述第一极片和所述第二极片的短路的风险。

本申请还提供了一种电子装置,所述电子装置包括如上所述的电池。

本申请通过在所述电池中设置高粘性的隔膜,使得隔膜与第一极片或者第二极片粘结紧密,当所述电池在受到外力作用时,所述隔膜不易打褶或收缩,进而能够避免电极组件短路,使得电池具备较高的抗跌落性能,降低了所述电池受到冲击时失效的可能性,提高了电池的安全性。同时,所述胶粘层将所述电极组件与所述封装膜粘结在一起,减少所述电池在受到外力作用时所述电极组件在所述封装膜内窜动甚至冲破所述封装膜的情况,因此进一步提高了电池的抗跌落性和安全性。即,高粘性隔膜和胶粘层共同作用,使得电池具有较高的抗跌落性和安全性。另一方面,由于取消了电极组件头部和尾部的绕胶,电池厚度减小,有利于提升所述电池的能量密度。

附图说明

图1为本申请一实施例的电池的结构示意图。

图2为本申请一实施例的电池的拆解示意图。

图3为本申请一实施例的设有胶粘层的电极组件的结构示意图。

图4为本申请一实施例的设有胶粘层的电极组件的结构示意图。

图5为本申请一实施例的设有胶粘层的电极组件的剖面示意图。

图6为本申请一实施例的电极组件的局部剖面示意图。

图7为本申请一实施例的电极组件的局部剖面示意图。

图8为本申请一实施例的电子装置的结构示意图。

主要元件符号说明

如下

具体实施方式

将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。

下面结合附图,对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例/实施方式及实施例/实施方式中的特征可以相互组合。

请参阅图1和图2,本申请实施方式提供一种电池100,其包括电极组件10和封装电极组件10的封装膜30。

电池100还包括胶粘层50,胶粘层50设置于电极组件10的表面与封装膜30之间,并粘结电极组件10的表面和封装膜30,减少电池100在受到外力作用时电极组件10在封装膜30内窜动甚至冲破封装膜30的情况,从而降低了电池100受到冲击时失效的可能性。

优选的,胶粘层50与封装膜30之间的粘结力为3N/m至1000N/m,胶粘层50与电极组件10的表面之间的粘结力为3N/m至1000N/m。因此,电极组件10与封装膜30之间粘结紧密,从而进一步地避免电池100在受到外力作用时电极组件10在封装膜30内窜动甚至冲破封装膜30。

在一些实施方式中,胶粘层50可选自但不仅限于聚烯烃、环氧树脂、有机硅、丙烯酸酯或者上述材质的组合。优选的,胶粘层50的厚度为1μm至20μm,有利于在保证粘结力的同时降低电池100的整体厚度,从而降低对电池100的能量密度的影响。

电极组件10的表面与胶粘层50粘结的面积占电极组件10的所述表面的总面积的20%至100%,从而进一步地保障电极组件10与封装膜30之间粘结的稳固性。

请同时参阅图2、图3和图4,在电极组件10的所述表面上,胶粘层50的形状可为但不仅限于块状、点状、线状等形状以及上述形状的组合中的至少一种。

电极组件10为卷绕式结构,电极组件10的所述表面包括两相对设置的主平面101以及连接两主平面101且相对设置的两弯折面103。优选的,胶粘层50设置于主平面101上。

请参阅图5,电极组件10包括第一极片11、第二极片13和隔膜15。隔膜15设置于第一极片11和第二极片13之间,且隔膜15与第一极片11或第二极片13之间的粘结力≥3N/m。本申请在电极组件10中设置高粘性的隔膜15,使得隔膜15与第一极片11或者第二极片13粘结紧密,当电池100在受到外力作用时,隔膜15不易打褶或收缩,进而避免电极组件10短路,使得电池100同样可具有较高的抗跌落性能,进一步提高了电池100的安全性。因此,高粘性隔膜15和胶粘层50共同作用,使得电池100具有较高的抗跌落性和安全性。另一方面,由于取消了电极组件10头部和尾部的绕胶,避免了通过绕胶固定隔膜15导致的电池100厚度的增加,有利于提升电池100的能量密度。

请参阅图6,隔膜15包括隔膜基材151和设置于隔膜基材151的表面的粘结层153。粘结层153背离隔膜基材151的一侧和第一极片11或第二极片13粘结。

在一些实施方式中,如图6所示,粘结层153仅设置于隔膜基材151的一侧,用于与第一极片11或第二极片13粘结。在一些实施方式中,请参阅图7,粘结层153还可设置于隔膜基材151的相背的两个表面,且位于隔膜基材151的相对两表面的粘结层153分别粘结第一极片11和第二极片13,有利于进一步地降低第一极片11和第二极片13的短路的风险。

在一些实施方式中,隔膜基材151的材质可选自聚乙烯(polyethylene,简称PE)、聚丙烯(polypropylene,简称PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate,简称PET)等材料中的至少一种。隔膜基材151可以是单层结构或者多种混合的多层复合结构。

在一些实施方式中,粘结层153可包括呈核壳结构的粘结剂(图未示),粘结剂包括核体及包覆核体的壳体。核体和壳体为由聚合物单体形成的均聚物或共聚物,形成核体的聚合物单体包括丙烯酸酯类单体、芳香族单乙烯基化合物、单羧酸酸酐或二羧酸酸酐中的至少一种。丙烯酸酯类单体包括但不限于丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯以及甲基丙烯酸乙酯。芳香族单乙烯基化合物包括但不限于苯乙烯、氯苯乙烯、氟苯乙烯以及甲基苯乙烯。

形成壳体的聚合物单体包括丙烯酸酯类单体、芳香族单乙烯基化合物以或腈化乙烯基化合物中的至少一种。丙烯酸酯类单体包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯以及甲基丙烯酸丁酯。芳香族单乙烯基化合物包括但不限于乙烯、氯苯乙烯、氟苯乙烯以及甲基苯乙烯。腈化乙烯基化合物包括但不限于丙烯腈以及甲基丙烯腈。

在另一些实施方式中,粘结层153可由非核壳结构的粘结剂构成,粘结剂包括由聚合物单体形成的均聚物或共聚物,聚合物单体包括偏二氟乙烯、六氟丙烯、丙烯酸、丙烯酸酯、丁二烯、苯乙烯、丙烯腈、乙烯、氯苯乙烯、氟苯乙烯或丙烯中的至少一种。

在一些实施方式中,粘结层153还可包括辅助粘结剂,粘结剂与辅助粘结剂的质量比为(85%~95%):(5%~15%)。辅助粘结剂包括丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、氯苯乙烯、氟苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、丙烯腈和丁二烯的均聚物或共聚物中的至少一种。

进一步地,粘结层153还可含有增稠剂和润湿剂。增稠剂的作用是增加浆料稳定性,防止浆料沉降。润湿剂的作用是降低浆料表面能,防止涂布漏涂。其中,粘结剂的质量占粘结层153总质量的88%至92.5%,增稠剂的质量占粘结层153总质量的0.5%至2%,润湿剂的质量占粘结层153总质量的7%至10%。在一些实施方式中,增稠剂可以为羧甲基纤维素钠(CMC)。润湿剂包括二甲基硅氧烷、聚环氧乙烷、氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物或磺基丁二酸二辛基钠盐中的至少一种。

在一些实施方式中,隔膜15还可包括涂覆于隔膜基材151上的陶瓷涂层(图未示)。粘结层153位于陶瓷涂层的表面和/或未涂覆有陶瓷涂层的隔膜基材151的表面。例如,陶瓷涂层位于隔膜基材151的一个表面,粘结层153的数量为两个,一个粘结层153位于陶瓷涂层的表面,另一粘结层153位于隔膜基材151未设有陶瓷涂层的表面。其中,陶瓷涂层用于提高隔膜15的耐热性和抗穿刺能力。陶瓷涂层中设有纳米级的无机颗粒,无机陶瓷颗粒可选自但不仅限于水合氧化铝(勃姆石)、氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铈、碳酸钙、氧化钙、氧化锌、氧化镁、钛酸铈、钛酸钙、钛酸钡、硫酸钡、磷酸锂或磷酸钛锂中的至少一种。

在另一些实施方式中,隔膜15也可以不含有陶瓷涂层。此时,粘结层153还可进一步地包括纳米级的无机陶瓷颗粒。通过在粘结层153中添加无机陶瓷颗粒,同样可提高隔膜15的耐热性和抗穿刺能力。

请参阅图8,将上述电池100应用电子装置200中。电子装置200可为但不仅限于手机、玩具、笔记本电脑、电子阅读器等。

下面通过对比例及实施例对本申请进行具体说明。可以理解的,本申请中各参数不仅限于对比例及实施例中记载的内容,具体可根据实际需要进行选择。

对比例1

阴极极片的制备:选择10μm的铝箔作为阴极集流体,将钴酸锂、导电炭黑以及聚偏二氟乙烯按质量比为97:1.4:1.6的比例溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中,形成阴极活性浆料,在阴极集流体的表面涂布阴极活性浆料并进行烘干、冷压制得阴极极片。

阳极极片的制备:选择6μm的铜箔作为阳极集流体,将石墨、导电炭黑、CMC以及丁苯橡胶(SBR)按质量比为96.5:1.0:1.0:1.5的比例溶于去离子水中,在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状,获得阳极活性浆料,在阳极集流体的表面涂布阳极活性浆料并进行烘干、冷压制得阳极极片。

隔膜的制备:选择5μm的聚乙烯(PE)作为隔膜基材,在隔膜基材的单面涂覆厚度为2μm的陶瓷涂层,陶瓷涂层包括粒径D50为0.8μm至1μm的勃姆石;取2份丙烯酸共聚物加入100份水中搅拌均匀,然后加入35份聚偏氟乙烯(PVDF),再加入0.5份增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC),然后将此浆料分别均匀涂覆于隔膜基材和陶瓷涂层上,而后烘干制得隔膜。

电极组件的制备:将上述阴极极片、上述隔膜和上述阳极极片依次层叠后进行卷绕形成卷绕式电极组件,并通过一长度为70mm、宽度为20mm以及厚度为48μm的双面热熔胶带(作为后续封装时与封装膜粘结的胶粘层)收尾,热熔胶带与封装膜之间的粘结力为158.5N/m。而后再采用长度为24mm、厚度为48μm的单面热熔胶分别对电极组件的设有极耳的头部进行一条绕胶处理,对电极组件与头部相背的底部进行两条绕胶处理。其中,隔膜与阴极极片之间的粘结力为1.1N/m,隔膜与阳极极片之间的粘结力为0.4N/m。

电池的制备:通过封装膜将上述电极组件进行封装、烘干、注液,并在80摄氏度以及1030kg/2ea的压力下化成处理40min,而后除气、封口并折边制得电池。其中,胶粘层粘结封装膜和电极组件。

实施例1

阴极极片的制备:与对比例1不同之处在于,在对比例1制得的极片的尾部的空白区涂布聚烯烃热熔胶并烘干,从而形成胶粘层,其中,胶粘层的厚度为1μm。

阳极极片的制备:与对比例1相同。

隔膜的制备:选择厚度为5μm的PE作为隔膜基材,在隔膜基材上单面涂覆厚度为2μm的陶瓷涂层,陶瓷涂层包括粒径D50为0.8μm至1μm的勃姆石;将91wt%的粘结剂加入搅拌器中,粘结剂的聚合单体包括0.8份苯乙烯、0.1份丙烯酸异丁酯以及0.1份丙烯腈,然后加入0.5wt%的增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC),然后继续加入8.5wt%的润湿剂二甲基硅氧烷,最后加入去离子水,调整浆料粘度,然后将此浆料分别均匀涂覆于隔膜基材和陶瓷涂层上形成粘结层(厚度8.3μm),过烘箱完成干燥,从而制得隔膜。

电极组件的制备:将上述阴极极片、上述隔膜和上述阳极极片依次层叠后进行卷绕形成卷绕式电极组件,并通过一厚度为10μm的绿胶收尾。其中,卷绕后,阴极极片设有胶粘层的空白区作为电极组件的整个表面,电极组件的表面与胶粘层粘结的面积占电极组件的所述表面的总面积的50%。隔膜与阴极极片之间的粘结力为3N/m,隔膜与阳极极片之间的粘结力为3N/m。

电池的制备:与对比例1相同。

实施例2

阴极极片的制备:与实施例1不同之处在于,胶粘层的厚度为6μm。

阳极极片的制备:与实施例1相同。

隔膜的制备:与实施例1不同之处在于,粘结剂的聚合单体包括0.7份苯乙烯、0.2份丙烯酸异丁酯以及0.1份丙烯腈。

电极组件的制备:与实施例1的不同之处在于,电极组件的表面与胶粘层粘结的面积占电极组件的所述表面的总面积的20%。隔膜与阴极极片之间的粘结力为9.1N/m,隔膜与阳极极片之间的粘结力为10.2N/m。

电池的制备:与实施例1相同。

实施例3

阴极极片的制备:与实施例1的不同之处在于,胶粘层的厚度为8μm。

阳极极片的制备:与实施例1相同。

隔膜的制备:与实施例1不同之处在于,粘结剂的聚合单体包括0.6份苯乙烯、0.3份丙烯酸异丁酯以及0.1份丙烯腈。

电极组件的制备:与实施例1的不同之处在于,电极组件的表面与胶粘层粘结的面积占电极组件的所述表面的总面积的40%。隔膜与阴极极片之间的粘结力为9.8N/m,隔膜与阳极极片之间的粘结力为10.6N/m。

电池的制备:与实施例1相同。

实施例4

阴极极片的制备:与实施例1的不同之处在于,胶粘层的厚度为10μm。

阳极极片的制备:与实施例1相同。

隔膜的制备:与实施例1不同之处在于,粘结剂的聚合单体包括0.7份丙烯、0.2份丙烯酸异丁酯以及0.1份丙烯腈。

电极组件的制备:与实施例1的不同之处在于,电极组件的表面与胶粘层粘结的面积占电极组件的所述表面的总面积的80%。隔膜与阴极极片之间的粘结力为8.8N/m,隔膜与阳极极片之间的粘结力为9.8N/m。

电池的制备:与实施例1相同。

实施例5

阴极极片的制备:与实施例1的不同之处在于,胶粘层的厚度为15μm。

阳极极片的制备:与实施例1相同。

隔膜的制备:与实施例1不同之处在于,粘结剂的聚合单体包括0.8份丙烯、0.1份丙烯腈和0.1份丙烯酸。

电极组件的制备:与实施例1的不同之处在于,电极组件的表面与胶粘层粘结的面积占电极组件的所述表面的总面积的80%。隔膜与阴极极片之间的粘结力为9.5N/m,隔膜与阳极极片之间的粘结力为10.5N/m。

电池的制备:与实施例1相同。

实施例6

阴极极片的制备:与实施例1的不同之处在于,胶粘层的厚度为20μm。

阳极极片的制备:与实施例1相同。

隔膜的制备:与实施例1相同。

电极组件的制备:与实施例1的不同之处在于,电极组件的表面与胶粘层粘结的面积占电极组件的所述表面的总面积的80%。隔膜与阴极极片之间的粘结力为3N/m,隔膜与阳极极片之间的粘结力为3N/m。

电池的制备:与实施例1相同。

对比例4

阴极极片的制备:与实施例6相同。

阳极极片的制备:与实施例6相同。

隔膜的制备:与对比例1相同。

电极组件的制备:与实施例6相同,不同之处在于,隔膜与阴极极片之间的粘结力为1.1N/m,隔膜与阳极极片之间的粘结力为0.4N/m。

电池的制备:与实施例6相同。

对比例1-2和实施例1-6的主要参数记录于下表1中。

表1

对对比例1-2和实施例1-6制得的电池进行厚度测量。然后,对对比例1-2和实施例1-6制得的电池进行跌落测试,并将对应的跌落结果记录于下表2中。每组对比例或实施例的电池取10个进行测试,跌落测试的具体方法为:先将电池的电压调整到100%SOC,并在充电静置2小时后测量跌落前的电池的电压和内阻;将电池、档条、硅胶垫依次放入夹具仓(电极组件-挡条-硅胶垫),并在电池表面放上1mm硅胶垫,用5kg压块压12h后,装夹具仓的上盖板;用自动设备跌落设备将带有电池的夹具仓以夹具仓头部、尾部、右上角、右下角、左上角、左下角为一轮的着地的方式依次从1.5米位置跌落,共计跌落3轮即18次。每轮跌落后测电池的电压,当电池出现起火、发热、漏液、电压降≥50mV时则停止继续跌落,否则继续跌落完成3轮。完成3轮跌落后取出电池常温下静置24小时后再测量电池的电压和内阻。测量结果记录于下表2中。

表2

由表格数据可知,相较于对比例1,本申请实施例1-6的电池取消了电极组件头部和底部的绕胶,同时设置了高粘性的隔膜,在有利于降低电池的整体厚度的前提下,保持了较高的电池抗跌落性能。

对比对比例2和实施例6,对比例2和实施例6均在电极组件的表面设置聚烯烃热熔胶,然而实施例6的电池抗跌落性能相较于对比例2大幅提高,表明实施例6中高粘性的隔膜的设置是使电池能够保持较高的抗跌落性能的主要原因。

另外,对于本领域的普通技术人员来说,可以根据本申请的技术构思做出其它各种相应的改变与变形,而所有这些改变与变形都应属于本申请的保护范围。

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