权利要求
1.一种内置缓冲结构的
锂金属圆柱电池，其特征在于，包括圆柱形电池壳体(2)、
电芯(1)和设置于所述电池壳体(2)与电芯(1)之间的缓冲结构(3)，所述电芯(1)包括卷绕结构的正极片(11)、
隔膜(12)与负极片(13)，所述负极片(13)采用锂金属材料。
2.根据权利要求1所述的一种内置缓冲结构的锂金属圆柱电池，其特征在于，所述缓冲结构(3)为丙烯酸酯橡胶膜、
碳纤维膜、丁苯橡胶膜、氯丁橡胶膜、聚丙烯膜中的一种或多种复合结构。
3.根据权利要求2所述的一种内置缓冲结构的锂金属圆柱电池，其特征在于，所述缓冲结构(3)具有以下一种或多种结构组合形式：整体圆筒状包覆结构、纵向弧形条状结构、多个轴向排列的环形带状结构。
4.根据权利要求2所述的一种内置缓冲结构的锂金属圆柱电池，其特征在于，所述缓冲结构(3)的膜材料厚度为30μm～100μm。
5.根据权利要求1所述的一种内置缓冲结构的锂金属圆柱电池，其特征在于，所述电池壳体(2)为钢壳或者
铝壳。
6.根据权利要求2所述的一种内置缓冲结构的锂金属圆柱电池，其特征在于，所述缓冲结构(3)通过粘贴、热压、嵌套或模压成型方式固定于电芯(1)外表面或电池壳体(2)内壁。
7.根据权利要求2所述的一种内置缓冲结构的锂金属圆柱电池，其特征在于，所述缓冲结构(3)具备吸收
电解液的能力，并在循环过程中实现电解液缓释。
说明书
技术领域
[0001]本实用新型涉及
锂电池技术领域，尤其是涉及一种内置缓冲结构的锂金属圆柱电池。
背景技术
[0002]现有的锂金属电池因其高理论比容量和低电位，已成为下一代高能量密度电池的研究重点。在现有应用中，常见的锂金属电池结构包括方壳、软包和圆柱型电池。
[0003]其中，软包结构虽有一定柔韧性，但其
铝塑膜机械强度低，无法单独承受锂金属膨胀力，需额外依赖外部夹持加压，导致集成度低、成本高，限制了其大规模应用;方壳结构抗压性较强，但棱角设计易形成应力集中点，同样难以长期承受锂金属的循环膨胀;而圆柱钢壳因其几何结构具有良好的均匀应力分布能力，被视为更适用于锂金属负极的结构方案。
[0004]然而，即便采用圆柱钢壳结构，其长期循环中仍不可避免面临来自内部锂金属体积膨胀的周期性应力冲击，若无有效缓冲机制，钢壳极易在应力疲劳下发生破裂，影响安全性与寿命。因此，亟需一种内置缓冲结构，能够在电池内部有效吸收锂金属充放电造成的体积变化与应力波动，保障电池结构稳定性与安全性。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种内置缓冲结构的锂金属圆柱电池，通过在电芯与圆柱形电池壳体之间引入缓冲结构，有效吸收锂金属在充放电循环过程中因体积变化产生的应力，显著降低钢壳因反复膨胀压迫引发的金属疲劳与破裂风险，增强了电池在中长期循环中的结构稳定性和安全可靠性。
[0006]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0007]一种内置缓冲结构的锂金属圆柱电池，包括圆柱形电池壳体、电芯和设置于所述电池壳体与电芯之间的缓冲结构，所述电芯包括卷绕结构的正极片、隔膜与负极片，所述负极片采用锂金属材料。
[0008]作为优选，所述缓冲结构为具有多孔结构和回弹性能的膜材料，具体为丙烯酸酯橡胶膜、碳纤维膜、丁苯橡胶膜、氯丁橡胶膜、聚丙烯膜中的一种或多种复合结构。
[0009]作为优选，所述缓冲结构具有以下一种或多种结构组合形式：整体圆筒状包覆结构、纵向弧形条状结构、多个轴向排列的环形带状结构。
[0010]作为优选，所述缓冲结构的膜材料厚度为30μm～100μm。
[0011]作为优选，所述电池壳体为钢壳或者铝壳。
[0012]作为优选，所述缓冲结构通过粘贴、热压、嵌套或模压成型方式固定于电芯外表面或电池壳体内壁。
[0013]作为优选，所述缓冲结构具备吸收电解液的能力，并在循环过程中实现电解液缓释。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
[0015]1、通过使用圆柱电池结构组装锂金属电池，使得电池稳定性和安全性得到提升，较锂金属软包电池相比，无需夹板进行加压，应用场景得到增加。
[0016]2、通过在电芯与圆柱形电池壳体之间引入丙烯酸酯橡胶膜等膜材料作为缓冲结构，有效吸收锂金属在充放电循环过程中因体积变化产生的应力，显著降低钢壳因反复膨胀压迫引发的金属疲劳与破裂风险，增强了电池在中长期循环中的结构稳定性和安全可靠性。
[0017]3、经我们研究发现，丙烯酸酯橡胶膜等膜材料具备良好的电解液吸收与缓释能力，静置预处理时吸收电解液形成柔性溶胀层，提高了电池保液量，吸收部分电解液并在长期循环过程中有助于减少电解液迁移并有挤出现象，促进了电池循环过程中电解液的均匀分布，减少干涸与界面失效问题，延长电池循环寿命。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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实用新型的一些实施方式，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。
[0019]图1为本发明中电芯的结构示意图;
[0020]图2为本发明中圆柱电池的结构示意图。
[0021]图中：1、电芯;11、正极片;12、隔膜;13、负极片;2、电池壳体;3、缓冲结构。
具体实施方式
[0022]下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0023]实施例1、
[0024]一种内置缓冲结构的锂金属圆柱电池的制备方法，包括以下步骤：
[0025]S1、制备电芯结构：将正极片、隔膜、锂金属负极片卷绕成电芯。
[0026]
正极材料：选用NCM811三元正极材料，制备涂布正极片，
集流体为铝箔;
[0027]
负极材料：采用厚度为50μm的锂金属箔，集流体为
铜箔;
[0028]隔膜材料：聚丙烯/聚乙烯(PP/PE)复合隔膜。
[0029]S2、将作为缓冲结构的丙烯酸酯橡胶膜裁剪为厚度为60μm的圆筒状膜片，将其整体套设于卷绕后的电芯外侧，使其与电芯表面贴合紧密，然后将套设有丙烯酸酯橡胶膜的电芯装入直径匹配的电池壳体中，使丙烯酸酯橡胶膜位于电芯及电池壳体之间作为缓冲结构使用。
[0030]S3、注入电解液1号，液量依据常规电芯体积匹配进行注液，然后在密闭条件下完成封装，电池容量为6Ah。
[0031]电解液：使用1M LiPF6溶于FEC与EMC混合溶剂(体积比1:1)，记作电解液1号。
[0032]S4、将电池置于恒温环境下，静置温度设为45℃，静置时间为24h，以使丙烯酸酯橡胶膜充分吸收电解液并形成稳定的弹性缓冲结构;
[0033]S5、静置完成后，对电池进行常规的化成程序，得到锂金属圆柱电池，并进行循环测试，经多轮充放电循环后观察，丙烯酸酯橡胶膜未发生剥离或结构损伤，电池壳体无鼓胀、无破裂现象。
[0034]即制备得到的锂金属圆柱电池，如图1和2所示，包括圆柱形电池壳体2、电芯1和设置于所述电池壳体2与电芯1之间的缓冲结构3，所述电芯1包括卷绕结构的正极片11、负极片13与隔12，所述负极片13采用锂金属材料。
[0035]实施例2、
[0036]本实施例与实施例1的区别在于，将丙烯酸酯橡胶膜裁剪为厚度60μm的圆筒状膜片，将其整体装入电池壳体内，并与电池壳体的内壁紧密贴合。为使丙烯酸酯橡胶膜与电池壳体一体化，在电池壳体的内壁上设置多个涂胶点，用于与丙烯酸酯橡胶膜粘结。
[0037]实施例3、
[0038]本实施例与实施例1的区别在于，选用NCM622三元正极材料，电解液为含醚含硝酸锂电解液1M LiPF6+0.1M LiNO3/FEC-EMC-DME(1:1:1体积比),并将该电解液记作电解液2号。
[0039]实施例4、
[0040]本实施例与实施例3的区别在于，丙烯酸酯橡胶膜的厚度为30μm。
[0041]实施例5、
[0042]本实施例与实施例3的区别在于，丙烯酸酯橡胶膜的厚度为100μm。
[0043]实施例6、
[0044]本实施例与实施例3的区别在于，静置温度为45℃，静置时间为6h。
[0045]实施例7、
[0046]本实施例与实施例3的区别在于，静置温度为45℃，静置时间为12h。
[0047]实施例8、
[0048]本实施例与实施例3的区别在于，静置温度为45℃，静置时间为36h。
[0049]实施例9、
[0050]本实施例与实施例3的区别在于，静置温度为25℃，静置时间为24h。
[0051]实施例10、
[0052]本实施例与实施例3的区别在于，静置温度为60℃，静置时间为24h。
[0053]实施例11、
[0054]本实施例与实施例3的区别在于，将丙烯酸酯橡胶膜裁剪为轴向长度为1cm，厚度为60μm的环形带状膜片三条，并将其间隔套设于卷绕后的电芯外侧，使其与电芯表面贴合紧密，然后将套设有丙烯酸酯橡胶膜的电芯装入直径匹配的电池壳体中，使丙烯酸酯橡胶膜位于电芯及电池壳体之间作为缓冲结构使用。
[0055]实施例12、
[0056]本实施例与实施例1的区别在于，采用碳纤维膜作为缓冲结构。
[0057]对比例1、
[0058]锂金属电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，正极片的正极材料为
镍钴锰三元材料，具体为NCM811，负极片的负极材料为锂金属，该锂金属的厚度为50μm，电解液为1MLiPF6/FEC-EMC,该电解液记作电解液1号，电池容量为6Ah。
[0059]对比例2、
[0060]锂金属电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，正极片的正极材料为镍钴锰三元材料，具体为NCM622，负极片的负极材料为锂金属，该锂金属的厚度为50μm，电解液为含醚含硝酸锂电解液1M LiPF6+0.1M LiNO3/FEC-EMC-DME(1:1:1体积比),该电解液记作电解液2号,电池容量为6Ah。
[0061]本发明所有的实施例1-12和对比例1-2采用的电池体系一致，且单体电池的容量都在6±0.3Ah范围内。所有电池都在25℃的环境中进行，电压测试范围均为3.0V～4.35V，充电倍率为0.5C，放电倍率均为1C。当电池放电容量保持率低于80.0%时，判定电池达到使用寿命，记录循环次数。如表1。
[0062]
电解液型号缓冲结构厚度静置时间(h)静置温度(℃)循环圈数实施例11602445521实施例21602445496实施例32602445591实施例42302445357实施例521002445364实施例6260645388实施例72601245500实施例82603645404实施例92602425472实施例102602460376实施例112环形带状2445362实施例121602445516对比例11/244551对比例22/244539
[0063]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
说明书附图(2)
声明：
“内置缓冲结构的锂金属圆柱电池” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：浙江锋锂新能源科技有限公司
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