应力释放层及具有应力释放层的硅负极锂离子电池的制作方法

1.本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有应力释放层的硅负极锂离子电池。


背景技术：

2.近年来随着新能源汽车产业的发展，锂离子电池的能量密度有了越来越高的要求，传统的石墨负极已经接近理论容量。硅负极材料具有十倍于石墨负极的比能量密度，是未来高比能负极最具前景的材料。然而，硅负极嵌锂带来高膨胀问题，导致电池内部应力水平增加，过高的应力加速电池衰减劣化，甚至导致锂离子电池内部枝晶生成，影响电池安全性。同时，锂离子电池安全性还表现在电芯内部局部热点引发热失控蔓延，阻断电池内部热蔓延十分重要。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种应力释放层及具有应力释放层的硅负极锂离子电池，能释放电池膨胀应力。
4.为了达到上述的目的，本发明提供一种应力释放层，包括芯层和包膜，所述包膜包裹所述芯层，所述芯层具有良好弹性变形能力，所述包膜保护所述芯层不受电解液腐蚀。
5.上述应力释放层，其中，所述芯层采用陶瓷气凝胶，所述包膜采用铝塑膜。
6.上述应力释放层，其中，将包膜裁为满足芯层包裹的尺寸；将包膜冲坑，冲坑尺寸为芯层尺寸；将芯层放入冲坑内，先进行侧封和底封，顶封采用抽真空热封，经过抽真空处理，芯层与包膜之间处于紧贴状态。
7.本发明提供的另一技术方案是一种硅负极锂离子电池，包括电芯、电池壳、电池盖以及上述应力释放层；所述电芯有两块，两块所述电芯并联，所述应力释放层置于两块所述电芯之间；应力释放层和两块电芯的组合体放置于所述电池壳内，所述电池壳容腔厚度大于应力释放层和两块电芯的组合体的厚度；所述电池盖与所述电池壳固连。
8.上述硅负极锂离子电池，其中，所述电池壳容腔厚度与应力释放层和两块电芯的组合体的厚度为10︰9。
9.上述硅负极锂离子电池，其中，所述应力释放层的表面积与所述电芯的表面积相匹配。
10.上述硅负极锂离子电池，其中，用聚酰亚胺胶带缠绕应力释放层和两块电芯的组合体，电池壳容腔厚度大于缠绕有聚酰亚胺胶带的组合体的厚度。
11.上述硅负极锂离子电池，其中，在电池活化过程和电池循环过程中，电芯体积膨胀，应力释放层与电芯发生协同变形，吸收硅负极锂离子电池多余变形。
12.上述硅负极锂离子电池，其中，所述电池盖与所述电池壳采用激光焊接。
13.与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
14.(1)本发明在两块电芯之间设置应力释放层，在电池活化过程和电池循环过程中，
利用应力释放层吸收硅负极锂离子电池多余变形，可在不显著提升电池重量的前提下，提升硅负极锂离子电池内部应力水平，保证电池内部应力水平处于舒适状态，提升电池循环性能和改善硅负极锂离子电池劣化趋势；
15.(2)本发明应力释放层采用陶瓷气凝胶，利用陶瓷气凝胶的极低导热性，可以阻断电芯间热失控蔓延，提升电池安全性。
附图说明
16.本发明的应力释放层及具有应力释放层的硅负极锂离子电池由以下的实施例及附图给出。
17.图1为本发明较佳实施例的应力释放层局部剖面图。
18.图2为本发明较佳实施例的具有应力释放层的硅负极锂离子电池外观示意图。
19.图3为本发明较佳实施例的具有应力释放层的硅负极锂离子电池爆炸图。
20.图4为本发明较佳实施例中电芯与应力释放层位置示意图。
21.图5为本发明较佳实施例中陶瓷气凝胶应力应变特性曲线图。
具体实施方式
22.以下将结合图1～图5对本发明的应力释放层及具有应力释放层的硅负极锂离子电池作进一步的详细描述。
23.图1所示为本发明较佳实施例的应力释放层局部剖面图。
24.参见图1，本实施例的应力释放层包括芯层32和包膜32，所述包膜32包裹所述芯层32，所述芯层32具有良好弹性变形能力，所述包膜32保护所述芯层32不受电解液腐蚀。
25.本实施例中，所述芯层32采用陶瓷气凝胶，较佳地，所述芯层32采用氧化铝陶瓷气凝胶；所述包膜32采用铝塑膜。
26.将铝塑膜裁为满足芯层包裹的尺寸；将铝塑膜冲坑，冲坑尺寸为芯层尺寸；将芯层放入冲坑内，先进行侧封和底封，顶封采用抽真空热封，经过抽真空处理，应力释放层表面承受0.1mpa预压力，保证应力释放层内部处于紧贴状态(即保证芯层与包膜之间处于紧贴状态)，故，应力释放层最终为平整的薄状结构。
27.图2所示为本发明较佳实施例的具有应力释放层的硅负极锂离子电池外观示意图；图3所示为本发明较佳实施例的具有应力释放层的硅负极锂离子电池爆炸图；图4所示为本发明较佳实施例中电芯与应力释放层位置示意图。
28.结合图2至图4，本实施例的具有应力释放层的硅负极锂离子电池包括电芯1、应力释放层3、电池壳4和电池盖2；
29.所述电芯1有两块，两块所述电芯1并联，所述应力释放层3置于两块所述电芯1之间；
30.应力释放层3和两块电芯1的组合体放置于所述电池壳4内，所述电池壳4容腔厚度略大于应力释放层3和两块电芯1的组合体的厚度，两者厚度差应控制在合理范围内，一方面方便应力释放层3和两块电芯1的组合体放入电池壳4内，另一方面避免电池壳4内部较大空隙造成电芯晃动，较佳地，所述电池壳4容腔厚度与应力释放层3和两块电芯1的组合体的厚度为10︰9；
31.所述电池盖2与所述电池壳4固连，较佳地，所述电池盖2与所述电池壳4采用激光焊接。
32.所述应力释放层3的表面积与所述电芯1的表面积相匹配，本实施例中，所述电芯1呈矩形，所述应力释放层3亦呈矩形，所述应力释放层3的长和宽分别与所述电芯1的长和宽相匹配。
33.较佳地，本实施例中，用聚酰亚胺胶带缠绕应力释放层3和两块电芯1的组合体，使得该组合体组合结构固定，将缠绕有聚酰亚胺胶带的组合体放置于电池壳4内，电池壳4容腔厚度略大于缠绕有聚酰亚胺胶带的组合体的厚度，两者厚度比为10︰9。
34.硅负极锂离子电池，在电池活化过程中，电芯体积膨胀填补电池内部空隙，导致电池应力水平增加，随着电池循环，电池sei膜逐渐增厚，电芯不可逆膨胀增加，进一步导致电池内部应力水平增加，陶瓷气凝胶具有很好的弹性变形能力，如图5所示，在电池活化过程和电池循环过程中，应力释放层与电芯发生协同变形，吸收硅负极锂离子电池多余变形，避免过大压力差值和过大峰值压力，保证电池内部应力状态平稳舒适，提升硅负极锂离子电池循环能力，避免应力水平过高导致锂离子电池性能劣化。
35.另外，陶瓷气凝胶具有极低的导热系数，因此应力释放层还具有阻断两块电芯之间热失控的作用，当单块电芯局部热点引起热失控时，可以通过应力释放层阻断热失控蔓延至另一块电芯。
36.以上所述，对于本领域的技术人员，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其他相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。


技术特征：
1.应力释放层，其特征在于，包括芯层和包膜，所述包膜包裹所述芯层，所述芯层具有良好弹性变形能力，所述包膜保护所述芯层不受电解液腐蚀。2.如权利要求1所述的应力释放层，其特征在于，所述芯层采用陶瓷气凝胶，所述包膜采用铝塑膜。3.如权利要求1所述的应力释放层，其特征在于，将包膜裁为满足芯层包裹的尺寸；将包膜冲坑，冲坑尺寸为芯层尺寸；将芯层放入冲坑内，先进行侧封和底封，顶封采用抽真空热封，经过抽真空处理，芯层与包膜之间处于紧贴状态。4.硅负极锂离子电池，其特征在于，包括电芯、电池壳、电池盖以及如权利要求1至3中任一权利要求所述的应力释放层；所述电芯有两块，两块所述电芯并联，所述应力释放层置于两块所述电芯之间；应力释放层和两块电芯的组合体放置于所述电池壳内，所述电池壳容腔厚度大于应力释放层和两块电芯的组合体的厚度；所述电池盖与所述电池壳固连。5.如权利要求4所述的硅负极锂离子电池，其特征在于，所述电池壳容腔厚度与应力释放层和两块电芯的组合体的厚度为10︰9。6.如权利要求4所述的硅负极锂离子电池，其特征在于，所述应力释放层的表面积与所述电芯的表面积相匹配。7.如权利要求4所述的硅负极锂离子电池，其特征在于，用聚酰亚胺胶带缠绕应力释放层和两块电芯的组合体，电池壳容腔厚度大于缠绕有聚酰亚胺胶带的组合体的厚度。8.如权利要求4所述的硅负极锂离子电池，其特征在于，在电池活化过程和电池循环过程中，电芯体积膨胀，应力释放层与电芯发生协同变形，吸收硅负极锂离子电池多余变形。9.如权利要求4所述的硅负极锂离子电池，其特征在于，所述电池盖与所述电池壳采用激光焊接。

技术总结
本发明涉及应力释放层及具有应力释放层的硅负极锂离子电池，电池包括电芯、电池壳、电池盖以及应力释放层；电芯有两块，两块电芯并联，应力释放层置于两块电芯之间；应力释放层和两块电芯的组合体放置于电池壳内，电池壳容腔厚度大于应力释放层和两块电芯的组合体的厚度；电池盖与电池壳固连。应力释放层包括芯层和包膜，包膜包裹芯层，芯层具有良好弹性变形能力，包膜保护所述芯层不受电解液腐蚀。在电池活化过程和电池循环过程中，应力释放层吸收硅负极锂离子电池多余变形，可在不显著提升电池重量的前提下，提升硅负极锂离子电池内部应力水平，保证电池内部应力水平处于舒适状态，提升电池循环性能和改善硅负极锂离子电池劣化趋势。劣化趋势。劣化趋势。


技术研发人员：陈健 陈海锋 宋缙华 刘雯 梅悦旎 顾海涛 郭瑞 王可 杨丞 解晶莹
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/7/27