CN216133880U - 一种绝缘框以及包含该绝缘框的锂金属电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电池零配件技术领域，尤其涉及一种绝缘框以及包含该绝缘框的锂金属电池，包括用于套设于极片外侧边的绝缘边框，所述绝缘边框设置有用于所述极片的极耳伸出的避让口。本实用新型的一种绝缘框，能够为层叠放置的极片提供支撑力，避免极片边缘塌陷，从而避免正负极边缘接触造成的短路，提高安全性，同时便于检测。
Description
技术领域
本实用新型属于电池零配件技术领域，尤其涉及一种绝缘框以及包含该绝缘框的锂金属电池。
背景技术
随着“碳达峰”和“碳中和”新概念和新要求的提出，给当下的锂电行业带来了新的机遇和挑战。传统的插层型负极/正极(如石墨/钴酸锂)构成的锂金属电池经过多年发展，其能量密度正逐渐接近其理论极限，难以满足移动电子设备、新能源汽车和分布式储能系统的飞速发展和《中国制造2025》中的相关电池能量密度发展要求。
金属锂作为一种古老的锂源型负极材料，在离开人们视野多年后又因其极高的理论比容量和较低的氧化还原电势而再次引起了人们的热切关注。众所周知，金属锂负极在电池循环过程时产生“锂枝晶”和“死锂”以及体积变化等问题严重阻碍了其实际应用，研究者们采取了诸多策略来进行缓解这些问题。然而，在把锂金属电池推向实用化的进程中，由金属锂单质的物化特性所带来的锂金属电池制备工艺问题也不容小觑。
金属锂密度仅为0.534g/cm3,以之作为负极在质量能量密度上具有很大的优势。但因密度低易被X射线穿透，电池制程中X-ray难以检测锂金属电池干电芯正负极间伸出量(overhang)和对齐度，影响对锂金属电池结构优劣判断。加之其质地柔软易形变易粘连，容易造成电池边缘塌陷导致外观不良。特别地，在制备全固态锂金属电池时，由于缺乏隔膜的阻隔，锂金属边缘易受外压与正极边缘接触造成短路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种绝缘框，能够为层叠放置的极片提供支撑力，避免极片边缘塌陷，从而避免正负极边缘接触造成的短路，提高安全性，同时便于检测。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种绝缘框，包括用于套设于极片外侧边的绝缘边框，所述绝缘边框设置有用于所述极片的极耳伸出的避让口。
作为本发明一种绝缘框的一种改进，所述绝缘边框包括依次首尾相连的第一边条、第二边条、第三边条以及第四边条，所述第一边条设置有避让口。
作为本发明一种绝缘框的一种改进，所述绝缘边框的厚度与所述极片的厚度相同。
作为本发明一种绝缘框的一种改进，所述绝缘边框外部平整。
本实用新型的另一目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂金属电池，有效地避免电池边缘塌陷导致外观不良以及短路问题，安全性好。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种锂金属电池，包括正极片、负极片和绝缘框，所述负极片与所述正极片依次层叠放置，所述绝缘框套设所述正极片，所述绝缘框与所述正极片的共同垂直投影面积与所述负极片的垂直投影面积相同，所述绝缘框为上述的绝缘框。
作为本发明一种锂金属电池的一种改进，所述正极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一侧面的固态电解质层，所述绝缘框的厚度等于所述正极集流体的厚度与所述固态电解质层的厚度之和。
作为本发明一种锂金属电池的一种改进，所述正极片包括正极集流体、活性物质层以及固态电解质层，所述活性物质层设置于所述正极集流体的至少一侧面，所述固态电解质层设置于所述活性物质层远离正极集流体一侧和/或设置于所述正极集流体远离活性物质层一侧，所述绝缘框的厚度等于所述正极集流体的厚度与所述活性物质层的厚度以及所述固态电解质层的厚度之和。
作为本发明一种锂金属电池的一种改进，所述锂金属电池还包括固态电解质膜，所述固态电解质膜用于分隔所述正极片和所述负极片。
作为本发明一种锂金属电池的一种改进，所述锂金属电池还包括隔离膜、电解液以及壳体，所述隔离膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、负极片、隔离膜和电解液。
相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种绝缘框，能够为层叠放置的极片提供支撑力，避免极片边缘塌陷，从而避免正负极边缘接触造成的短路，提高安全性，同时便于检测。本实用新型的一种锂金属电池，有效地避免电池边缘塌陷导致外观不良以及短路问题，安全性好。
附图说明
图1是本实用新型的绝缘框的结构示意图。
图2是本实用新型的绝缘框的侧视图。
图3是本实用新型的绝缘框与极片的装配示意图。
图4是本实用新型的一种锂金属电池的结构示意图之一。
图5是图4中A-A处剖视图。
图6是本实用新型的一种锂金属电池的结构示意图之二。
图7是图6中B-B处剖视图。
图8是本实用新型的一种锂金属电池的结构示意图之三。
图9是图8中C-C处剖视图。
其中：1、绝缘框；2、避让口；3、正极片；31、正极集流体；32、活性物质层；33、固态电解质层；34、极耳；4、负极片；5、固态电解质膜；6、隔离膜；7、锂金属电池。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。
如图1至图3所示，本实用新型的一种绝缘框1，包括用于套设于极片外侧边的绝缘边框，所述绝缘边框设置有用于所述极片的极耳34伸出的避让口2。本实用新型的绝缘框1套设于极片的外侧边，与另一极片层叠放置时，能够起到支撑作用，从而避免正负极接触而短路。避让口2的设置能够使极片上的极耳34水平伸出，不会破坏极耳34，便于极片之间的层叠放置。本实用新型提供一种绝缘框1，能够为层叠放置的极片提供支撑力，避免极片边缘塌陷，从而避免正负极边缘接触造成的短路，提高安全性，同时便于检测。
本实用新型的绝缘框1可以根据极片的大小进行定制，在不减小体积能量密度和尽量少的降低重量能量密度前提下，简便地固定好了正负极片4的相对位置，保证正负极间的伸出量(overhang)和对齐度，降低工艺难度，提高品质良率。当绝缘框1安装在正极片3上时，以绝缘框1作为锂负极的支撑极大地改善了锂金属电池7四周边缘伸出量(overhang)区域的塌陷情况，有效改良外观。特别地，在无隔膜的全固态锂金属电池7中，绝缘框1的存在避免了正负极片4在边缘的接触，减少了其工艺过程中的短路。此外，该方法简单易行，不会大为改变现有工艺，适合大规模生产。
本实用新型的绝缘框1构成的材料应为不与电解液反应的具有电化学惰性的绝缘材料，例如可为绝缘高分子材料、绝缘玻璃材料、绝缘陶瓷材料、绝缘玻璃纤维材料或上述材料的任意组合。其构成的材料除了上述的绝缘材料之外，也可为完整包覆有上述材料的任何材质，或是完整覆盖有上述材料的任何材质。绝缘框1外部平整，内部有孔或无孔均可。
如图1至图3所示，本实用新型的绝缘边框包括依次首尾相连的第一边条、第二边条、第三边条以及第四边条，所述第一边条设置有避让口2。优选地，绝缘框1整体为一个矩形，包括四周的四条边条，四条边条依次首尾相边形成矩形，同时在第一边条处设置有避让口2，便于极片的极耳34水平伸出，避免极耳34弯折而损坏。
如图5、图7和图9所示，本实用新型的绝缘边框的厚度与所述极片的厚度相同，使该极片的平面形成一个水平的平台，从而为层叠放置于该极片上的另一极片提供稳定的、全面牢固的支撑，避免被支撑的极片凹陷或塌陷，进而避免正负极接触短路。
本实用新型的绝缘边框外部平整，能够为另一极片提供平整的支撑，避免极片变形。
如图4-图9所示，本实用新型的一种锂金属电池7，包括正极片3、负极片4和绝缘框1，所述负极片4与所述正极片3依次层叠放置，所述绝缘框1套设所述正极片3，所述绝缘框1与所述正极片3的共同垂直投影面积与所述负极片4的垂直投影面积相同，所述绝缘框1为上述的绝缘框1。绝缘框1套设于正极片3的外侧边，且正极片3与负极片4层叠放置，绝缘框1位于正极片3的边缘，并为负极片4的边缘提供支撑，从而避免负极片4的边缘塌陷，避免正负极接触短路。本实用新型的一种锂金属电池7，有效地避免电池边缘塌陷导致外观不良以及短路问题，安全性好。
本实用新型的正极片3包括正极集流体31以及设置于集流体至少一侧面的固态电解质层33，所述绝缘框1的厚度等于所述集流体的厚度与所述固态电解质层33的厚度之和。本实用新型的电池为具有固态电解质层33的锂金属电池7，固态电解质层33设置于正极集流体31的两侧面，正极片3与负极片4依次层叠放置，固态电解质层33将正极集流体31与负极片4分隔，同时，绝缘框1的厚度与正极片3的厚度相同，能够为负极片4提供平整的支撑，避免负极片4弯曲变形。优选地，固态电解质层33采用陶瓷固态电解质层33。其中正极片3上活性材料区域均匀涂覆一层厚度为0.01-0.05mm的陶瓷的固态电解质磷酸钛铝锂(Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3)。优选地，固态电解质层33的厚度为0.01mm。绝缘框1外部长54.5mm宽45mm，内部长51.5mm宽42mm，厚0.12mm，此处厚度等于正极片3厚度加上固态电解质厚度，框宽1.5mm且四周等宽，材质为环氧树脂，其内部无孔且表面平整。一个绝缘框1与一个涂覆了固态电解质的正极片3嵌套后成为一个整体，在干燥环境下(露点不超过-40℃)与锂负极相间叠片得到裸电芯；将裸电芯放入外包装中，经封装，化成，热冷压和分容，完成锂金属电池7的制备。
如图6和图7所示，本实用新型的正极片3包括正极集流体31、活性物质层32以及固态电解质层33，所述活性物质层32设置于所述正极集流体31的至少一侧面，所述固态电解质层33设置于所述活性物质层32远离正极集流体31一侧和/或设置于所述正极集流体31远离活性物质层32一侧，所述绝缘框1的厚度等于所述集流体的厚度与所述活性物质层32的厚度以及所述固态电解质层33的厚度之和。本实施例的正极片3包括正极集流体31、活性物质层32以及固态电解质层33，活性物质层32能够提高固态电解质层33与正极集流体31的导电性，固态电解质层33能够储存电解液，相对于使用液态电解液，能够有效地提高电池的安全性能和能量密度。优选地，活性物质层32设置于正极集流体31的两侧面，所述固态电解质层33设置于所述活性物质层32远离正极集流体31两侧面。所述正极活性物质包括钴酸锂，镍钴锰酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂，镍锰二元材料，镍钴铝酸锂，富锂相正极材料，聚阴离子类正极材料，有机正极材料，无机硫材料，有机硫材料中的至少一种。所述负极为纯锂负极或锂合金。
如图8和图9所示，本实用新型的锂金属电池7还包括固态电解质膜5，所述固态电解质膜5用于分隔所述正极片3和所述负极片4。聚合物固态电解质为含有锂盐和无机填料的聚氧化乙烯(PEO)薄膜。使聚合物固态电解质膜5于正负极中间，在干燥环境下(露点不超过-40℃)按顺序叠好得到裸电芯；将裸电芯放入外包装中，经封装，化成，热冷压和分容，完成锂金属电池7的制备。所述固态电解质膜5包括无机固态电解质，聚合物固态电解质和复合固态电解质。其中，无机固态电解质包括钙钛矿型固态电解质、NASICON型固态电解质、石榴石型固态电解质、硫化物固态电解质及经过各类改性掺杂优化后的无机固态电解质。聚合物固态电解质包括聚氧化乙烯(PEO)基类、聚丙烯腈(PAN)基类、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基类、聚偏氟乙烯(PVDF)基类和其他类聚合物固态电解质。复合固态电解质则为各种复合方式下的无机-聚合物复合固态电解质。所述正极活性物质包括钴酸锂，镍钴锰酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂，镍锰二元材料，镍钴铝酸锂，富锂相正极材料，聚阴离子类正极材料，有机正极材料，无机硫材料，有机硫材料中的至少一种。所述负极为纯锂负极或锂合金。所述正极片3包括正极集流体以及设置在正极集流体31至少一侧面的正极活性物质层，所述负极片4包括负极集流体以及设置在所述负极集流体至少一侧面的负极活性层。
如图4和图5所示，本实用新型的锂金属电池7还包括隔离膜6、电解液以及壳体，所述隔离膜6用于分隔所述正极片3和所述负极片4。正极片3(包括正极集流体31以及分布在正极集流体31上的正极活性物质，正极活性物质为钴酸锂，且经过烘烤)长51.5mm宽42mm厚0.11mm。负极为纯锂，其长54.5mm宽45mm厚0.05mm。优选地，正极活性物质设置于正极集流体31的两侧面，绝缘框1外部长54.5mm宽45mm，内部长51.5mm宽42mm，厚0.11mm框宽1.5mm且四周等宽，材质为环氧树脂，其内部无孔且表面平整。一个绝缘框1与一个正极片3嵌套后成为一个整体，使隔离膜6处于正负极中间，在干燥环境下(露点不超过-40℃)按顺序叠好得到裸电芯；将裸电芯放入外包装中，注入电解液，经封装，静置，化成，热冷压和分容，完成电池制备。所述正极活性物质包括钴酸锂，镍钴锰酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂，镍锰二元材料，镍钴铝酸锂，富锂相正极材料，聚阴离子类正极材料，有机正极材料，无机硫材料，有机硫材料中的至少一种。所述负极为纯锂负极或锂合金。所述正极片3包括正极集流体以及设置在正极集流体31至少一侧面的正极活性物质层，所述负极片4包括负极集流体以及设置在所述负极集流体至少一侧面的负极活性层。
上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种绝缘框，其特征在于，包括用于套设于极片外侧边的绝缘边框，所述绝缘边框设置有用于所述极片的极耳伸出的避让口。
2.根据权利要求1所述的绝缘框，其特征在于，所述绝缘边框包括依次首尾相连的第一边条、第二边条、第三边条以及第四边条，所述第一边条设置有避让口。
3.根据权利要求1所述的绝缘框，其特征在于，所述绝缘边框的厚度与所述极片的厚度相同。
4.根据权利要求1所述的绝缘框，其特征在于，所述绝缘边框外部平整。
5.一种锂金属电池，其特征在于，包括正极片、负极片和绝缘框，所述负极片与所述正极片依次层叠放置，所述绝缘框套设所述正极片，所述绝缘框与所述正极片的共同垂直投影面积与所述负极片的垂直投影面积相同，所述绝缘框为权利要求1-4中任一项所述的绝缘框。
6.根据权利要求5所述的一种锂金属电池，其特征在于，所述正极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一侧面的固态电解质层，所述绝缘框的厚度等于所述正极集流体的厚度与所述固态电解质层的厚度之和。
7.根据权利要求5所述的一种锂金属电池，其特征在于，所述正极片包括正极集流体、活性物质层以及固态电解质层，所述活性物质层设置于所述正极集流体的至少一侧面，所述固态电解质层设置于所述活性物质层远离正极集流体一侧和/或设置于所述正极集流体远离活性物质层一侧，所述绝缘框的厚度等于所述正极集流体的厚度与所述活性物质层的厚度以及所述固态电解质层的厚度之和。
8.根据权利要求5所述的一种锂金属电池，其特征在于，所述锂金属电池还包括固态电解质膜，所述固态电解质膜用于分隔所述正极片和所述负极片。
9.根据权利要求5所述的一种锂金属电池，其特征在于，所述锂金属电池还包括隔离膜、电解液以及壳体，所述隔离膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、负极片、隔离膜和电解液。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2024044883A1 (zh) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池及用电装置 |
| WO2024164215A1 (zh) * | 2023-02-09 | 2024-08-15 | 浙江南都电源动力股份有限公司 | 一种复合阴极框架组件、电芯及电芯的组装方式 |
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2021
- 2021-08-31 CN CN202122081929.XU patent/CN216133880U/zh active Active
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Denomination of utility model: An insulation frame and a lithium metal battery containing the insulation frame Granted publication date: 20220325 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Zhuzhou branch Pledgor: HUNAN LIFANG NEW ENERGY SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980042821 |
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