CN100449856C - 袋型锂二次电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种袋型锂二次电池，其包括具有电极组件的袋型裸电池、用于接纳电极组件的外袋、及卷绕该袋型裸电池的套管件。本发明还公开了一种制备该袋型锂二次电池的方法，其包括通过在外袋中接纳电极组件来形成袋型裸电池以及采用套管件将袋型裸电池制成管形。根据本发明，不用单独的组装壳体对袋型锂二次电池进行组装，而通过设置套管件将袋型裸电池卷绕成管形，因此，可以简化组装工艺，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂二次电池及其制备方法，更具体地说，涉及一种袋型锂二次电池(pouch type lithium secondary battery)以及可简化组装工艺的制备该袋型锂二次电池的方法。
背景技术
通常，在锂二次电池中，锂基氧化物用作正极活性材料，碳基材料用作负极活性材料。锂二次电池根据电解质的类型可以分为液体电解质电池和聚合物电解质电池。液体电解质电池通常称为锂离子电池，聚合物电解质电池通常称为锂聚合物电池。此外，可将锂离子电池制备成各种形状，例如卷绕型、多边型和袋型。
在这些电池中，袋型锂二次电池具有外袋，该袋包括金属箔和覆盖金属箔层的多层合成树脂薄膜。因为与采用较重的金属包套(can)的多边形或卷绕型相比袋型锂电池可以显著降低电池的重量，袋型锂电池已经逐渐被使用并且发展为重量轻的锂二次电池。
现在将简要描述制备袋型锂二次电池的传统方法。首先，将电极组件放置在具有用于容纳电极组件的空间的外袋的第二侧面上。然后，用外袋的第一侧面覆盖第二侧面，并密封外袋，从而获得袋型裸电池。接下来，将如保护电路模块之类的附件连接到袋型裸电池上以提供袋型芯件组(pouch core pack)，并将袋型芯件组插入电池组壳体(case)中，最终可获得袋型锂二次电池。
然而，根据传统的制备袋型锂二次电池的方法，需使用单独的电池组壳体，因此，制备过程所花时间较长。这个事实限制了袋型锂二次电池的产量。
此外，单独的电池组壳体还使袋型锂二次电池成本的降低受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种袋型锂二次电池以及制备这种袋型锂二次电池的方法，采用该方法可简化组装(packing)工艺。
根据本发明一实施方式，袋型锂二次电池包括具有电极组件和容纳电极组件的外袋的袋型裸电池，以及卷绕(winding)袋型裸电池的套管件(sleeve member)。在一实施方式中，套管件是由铝或不锈钢(steel-usestainless；SUS)制得的金属箔。
该电池还可包括用于控制电极组件中的充电/放电和误操作的保护电路模块，其中，该保护电路模块在袋型裸电池的第一端处被电连接至电极组件上，其具有设于保护电路模块的第一表面上、用于对电极组件充电/放电的输入/输出端子。
在外袋的第一部分上还可以设置第一模制单元(molding unit)，用于覆盖保护电路模块的第一表面并同时暴露设置在保护电路模块的第一表面上的输入/输出端子。在外袋的第二部分上也可以设置第二模制单元。第一模制单元可以由如热型粘合剂(thermal type adhesive)之类的热熔性树脂构成。热熔性树脂可以包括选自由以乙烯-乙酸乙烯酯共聚物为基的材料、以聚酯为基的材料、以橡胶为基的材料和以聚氨酯为基的材料组成的组中的材料。
该电池还可包括分别位于电极组件的第一和第二部分上的第一和第二绝缘板，外袋可以包括芯层；形成在芯层上的热塑层；以及形成在芯层下面的绝缘薄膜。芯层可以包括铝，热塑层可以包括改性的聚丙烯，而绝缘薄膜包括尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
在袋型裸电池的至少部分外表面上和袋型裸电池的外表面上可以设置增强件，致使将袋型锂二次电池安装在电气装置/电子器件中时，增强件可以面对电气装置/电子器件的外部。增强件可以是由金属或塑料制得的平板。
制备袋型锂二次电池的方法的一实施方式包括：通过在外袋中接纳电极组件形成袋型裸电池；采用套管件将袋型裸电池制成管形。该实施方式还可以包括将在保护电路模块的第一表面上具有输入/输出端子的保护电路模块在袋型裸电池的第一端处电连接至电极组件上，以及通过热熔套管件在袋型裸电池的第一侧面上形成第一模制单元，其中，第一模制单元覆盖保护电路模块同时暴露形成在保护电路模块上的输入/输出端子。
另一实施方式还包括通过热熔套管件在套管件上形成第一模制单元，以及在形成袋型裸电池后将增强件附贴到袋型裸电池的至少部分外表面上。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其它特点和方面将更加显而易见。附图中：
图1A是本发明一实施方式的袋型锂二次电池的透视图；
图1B是沿图1A中线A-A剖切的横截面图；
图1C是沿图1A中线B-B剖切的横截面图；
图2是根据本发明一实施方式制备袋型锂二次电池的方法流程图；
图3A至3D是描述本发明一实施方式的制备袋型锂二次电池的方法示意图；
图4是根据本发明另一实施方式沿图1中线B-B剖切的横截面图；
图5是根据本发明另一实施方式制备袋型锂二次电池的方法流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，其中相同的附图标记代表相同的部件。
图1A是本发明一实施方式的袋型锂二次电池的透视图；图1B是沿图1A中线A-A剖切的横截面图；图1C是沿图1A中线B-B剖切的横截面图。
参照图1A至1C，本发明一实施方式的袋型锂二次电池包括：袋型裸电池200；用于控制袋型裸电池200的充电/放电的保护电路模块300；卷绕袋型裸电池200的套管件400；以及通过热熔方法形成的第一和第二模制单元510和520。
袋型裸电池200包括电极组件210和接纳电极组件210的外袋220。
电极组件210包括具有由正极活性材料和负极活性材料之一制得的涂层的第一电极板211；包括具有由正极活性材料和负极活性材料中的另一种制得的涂层的第二电极板212；以及设置在第一和第二电极板211和212之间的隔离件213，该隔离件用来防止第一和第二电极板211和212之间短路并且只允许锂离子通过它。此外，由铝制得的第一电极接片214被结合在第一电极板211上并且突出预定长度以作为正电极接片。相似地，由Ni制得的第二电极接片215被结合在第二电极板212上并且突出预定长度以作为负电极接片。根据本发明，第一和第二电极接片214和215的材料不限于上述材料。还可包括用于防止第一和第二电极接片214和215与外袋220之间短路的绝缘接片216。此外，第一和第二电极接片214和215伸出外袋220的外部并且电连接到保护电路模块300上。再者，还可将第一和第二绝缘板217和218设置在电极组件210的两端以防止电极组件210与外袋220接触。
正电极活性材料可以是硫属化合物，例如，如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1)以及LiMnO2等之类的金属氧化物。负电极活性材料可以选自由碳基材料、硅、锡、氧化锡、复合锡合金、过渡金属氧化物、锂金属氮化物或锂金属氧化物组成的组中的材料。在一实施方式中，正电极板由铝材制得，负电极板由铜材制得。隔离件通常由聚乙烯或聚丙烯制得。当然，本发明并不限于上述材料。
在本发明一实施方式中，袋型锂二次电池100的第一和第二电极接片214和215在第一侧面上伸出外袋的外部。
外袋220接纳电极组件210。如图3A所示，外袋220具有由如铝之类的金属制得的芯层220a、形成在芯层上的热塑层220b、和形成在芯层下面的绝缘薄膜220c。热塑层可以由如铸塑聚丙烯(casted polypropylene)之类的改性聚丙烯等聚合物树脂制得，其起结合层的作用。绝缘薄膜可以由如尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)之类的树脂材料制得。当然，本发明的外袋220不局限于上述构型和材料。
再次参照图1A-1C，保护电路模块300被设置在袋型裸电池200的第一端上并且电连接到电极组件210的第一和第二电极接片214和215上，以控制电极组件210中的充电/放电和误工作。例如，当过大的电流流过电极组件210时，保护电路模块300切断电流。另外，保护电路模块300具有用于对袋型锂二次电池进行充电/放电并位于保护电路模块300上的输入/输出端子310。尽管附图中未示出，在保护电路模块300中可包括各种保护电路。
套管件400为环绕袋型裸电池200的管状。套管件400不仅可以在开始就制成管状，而且还可以通过围绕袋型裸电池卷绕板形件或片形件并且采用粘合剂将两端结合以防止松脱而制得。在本实施方式中，套管件400的机械强度比外袋的机械强度高。在一实施方式中，套管件400通过由铝或不锈钢(SUS)构成的金属箔制成。
第一和第二模制单元510和520通过热熔方法模制而成。第一和第二模制单元510和520可使套管400始终具有管状。
此外，第一和第二模制单元510和520中使用的热熔材料是热型粘合剂(thermal-type adhesive)。在一实施方式中，使热熔材料在高温下熔化，并通过采用无水或溶剂并在室温下100％固化的非挥发性不易燃的热塑性树脂将该热熔材料涂覆到粘附体上。然后，对热熔材料施加压力并使之冷却或者在几秒钟内固化以具有粘性。
第一和第二模制单元510和520中采用的热熔粘合剂可以选自由以乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)为基的材料、以聚酰胺为基的材料、以聚酯为基的材料、以橡胶为基的材料和以聚氨酯为基的材料组成的组中的材料。
此外，第一模制单元510可以由模制通过热熔方法卷绕袋型裸电池200的套管件400的第一部分来制得，并可将保护电路模块300安装在第一模制单元510上。在这种情况下，保护电路模块300的输入/输出端子310暴露于第一模制单元510上。
类似地，形成第二模制单元520，以使本发明的袋型锂二次电池100利用套管件400卷绕袋型裸电池200。因为袋型锂二次电池100的第二部分较容易受到来自外部的伤害，例如刺穿，第二模制单元520可通过热熔方法模制。
图2为本发明一实施方式的制备袋型锂二次电池的方法流程图。
参照图2，本发明一示例性实施方式的制备袋型锂二次电池的方法包括：S1)形成袋型裸电池；S2)安装保护电路模块；S3)利用套管件将袋型裸电池制成管形；以及S4)热熔套管件的第一和第二模制单元。
图3A至3D为参照图2在袋型锂二次电池制备方法的一实施方式中的步骤示意图。
首先，在形成袋型裸电池(S1)的工艺中，如图3A所示，将电极组件210放置在外袋220中以制备袋型裸电池200。
更具体地说，制备电极组件210和具有接纳电极组件210的空间的外袋220。
然后，将电极组件210插入外袋220中的接纳电极组件210的空间。在这种情况下，电极组件210的第一和第二电极接片214和215伸出电极组件210预定长度。假设第一和第二电极接片214和215沿图中示出的第一方向延伸。
在接纳电极组件210后，通过热熔等方法密封外袋220以制备袋型裸电池200。
尽管图中未示出，还可将第一和第二绝缘板附贴在电极组件210的第一和第二部分上，以避免电极组件210与外袋220接触。
形成袋型裸电池200之后，在安装保护电路模块的工艺中(S2)，将保护电路模块300电连接到伸出袋型裸电池200的第一和第二电极接片214和215上。
在这种情况下，保护电路模块300具有控制电极组件210中的充电/放电和误操作的各种保护电路，其还包括用于对电极组件210充电/放电的输入/输出端子310。
将保护电路模块300安装到袋型裸电池200上之后，在利用套管件将袋型裸电池制成管形的工艺中(S3)，采用套管件400将袋型裸电池200卷绕成管状。
在该实施方式中，套管件400的机械强度比外袋220的机械强度高。在一实施方式中，套管件400由如铝或不锈钢(SUS)之类的金属箔制得。
安装保护电路模块的工艺(S2)和利用套管件将袋型裸电池制成管形的工艺(S3)的顺序不限于以上所述。作为替换，可以在安装保护电路模块的工艺(S2)之前，进行利用套管件将袋型裸电池制成管形的工艺(S3)。
在利用套管件400将袋型裸电池200制成管状的工艺后，在热熔第一和第二部分的工艺中(S4)，对安装有保护电路模块300的袋型裸电池200的第一部分和袋型裸电池200的处于第一部分对面的第二部分进行热熔工艺，以制备第一和第二模制单元510和520，从而最终制得袋型锂二次电池100。
在对第一部分进行热熔工艺的一实施方式中，保护电路模块300的输入/输出端子310暴露在外部。
此外，由于对套管件400的第一和第二部分进行热熔工艺，因此可使卷绕袋型裸电池200的套管件400维持管形。
如上所述，根据本发明一实施方式，不用单独的封装壳体(package case)可对袋型锂二次电池进行封装。取而代之的是，设置套管件400将袋型裸电池卷绕成管形。结果，可以简化封装工艺。
此外，由于不用单独的组装壳体(pack case)，因此可以减少袋型锂二次电池100的制备成本。
图4为本发明的另一实施方式的横截面图，其示出了沿图1A中线B-B剖切时具有如图1A所示的外形的袋型锂二次电池的横截面。
图5为本发明另一实施方式的袋型锂二次电池的制备方法流程图。
参照图4，本发明第二实施方式的袋型锂二次电池具有与前述实施方式相似的形状。然而，与图1C所示的横截面图不同，在袋的外表面上还设置有增强件500。更具体地说，该袋具有后板(即，接纳侧)和前板，后板具有用于接纳电极组件210的中空部，前板用于覆盖中空部。当后板(图4中的上面一个)沿周边与前板(图4中的下面一个)结合时，可将单独的增强件500附贴到该袋的前板的外表面上。增强件500可以是由金属或塑料制成的平板或薄膜，其面对袋的表面上可以具有粘结层。
具有上述袋型裸电池的整个二次电池可以以增强件500的侧面面对电气装置的外部的方式安装在电气装置中。在这种情况下，即使电气装置受到破坏力，增强件500使得外表面能防止与电气装置的外壳在一起的袋以及套管件400受损。结果，可以提高袋型锂二次电池的安全性。
参照图5，本发明另一实施方式的袋型锂二次电池的制备方法还包括：在形成袋型裸电池的工艺P1和安装保护电路模块的工艺P3之间的安装增强件500的工艺P2。然后，如图2所示，进行利用套管件将袋型裸电池制成管形的工艺P4和热熔第一和第二部分的工艺P5，以最后制备本发明一实施方式的锂二次电池。
如上所述，根据本发明，可以提供一种袋型锂二次电池和制备该袋型锂二次电池的方法，在该方法中，通过采用套管件而不采用单独的组装壳体可简化组装工艺。
尽管上面已参照示例性实施方式具体示出和描述了本发明，本领域技术人员将理解在不超出本发明的构思和范围的前提下所作出的各种形式和细节上的变换都将落入所附权利要求限定的范围及其等同范围内。
Claims (18)
1.一种袋型锂二次电池，其包括：
具有电极组件和用于接纳电极组件的外袋的袋型裸电池；以及
卷绕该袋型裸电池的套管件。
2.根据权利要求1所述的袋型锂二次电池，其中，所述套管件是由铝或不锈钢制得的金属箔。
3.根据权利要求1所述的袋型锂二次电池，其中，还包括用于控制电极组件中的充电/放电和误操作的保护电路模块，该保护电路模块在所述袋型裸电池的第一端处被电连接至所述电极组件上并具有位于所述保护电路模块的第一表面上的用于对所述电极组件充电/放电的输入/输出端子。
4.根据权利要求3所述的袋型锂二次电池，其中，还包括设置在所述外袋的第一部分上的第一模制单元，其用于覆盖所述保护电路模块的第一表面并同时暴露设置在所述保护电路模块的第一表面上的所述输入/输出端子。
5.根据权利要求1所述的袋型锂二次电池，其中，还包括设置在所述外袋的第二部分上的第二模制单元。
6.根据权利要求4所述的袋型锂二次电池，其中，所述第一模制单元由热熔性树脂构成。
7.根据权利要求6所述的袋型锂二次电池，其中，所述热熔性树脂是热型粘合剂。
8.根据权利要求7所述的袋型锂二次电池，其中，所述热熔性树脂包括选自由以乙烯-乙酸乙烯酯共聚物为基的材料、以聚酯为基的材料、以橡胶为基的材料和以聚氨酯为基的材料组成的组中的材料。
9.根据权利要求1所述的袋型锂二次电池，其中，还包括分别设置在所述电极组件的第一和第二部分上的第一和第二绝缘板。
10.根据权利要求1所述的袋型锂二次电池，其中，所述外袋包括：
芯层；
形成在所述芯层上面的热塑层；以及
形成在所述芯层下面的绝缘薄膜。
11.根据权利要求10所述的袋型锂二次电池，其中，
所述芯层包括铝；
所述热塑层包括改性的聚丙烯；以及
所述绝缘薄膜包括尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
12.根据权利要求1所述的袋型锂二次电池，其中，还包括设置在所述袋型裸电池的至少部分外表面上的增强件。
13.根据权利要求12所述的袋型锂二次电池，其中，所述增强件是包括金属或塑料的平板。
14.一种制备袋型锂二次电池的方法，包括：
通过在外袋中接纳电极组件形成袋型裸电池；以及
采用套管件将所述袋型裸电池制成管形。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，还包括在所述袋型裸电池的一端处将保护电路模块连接到所述电极组件上，所述保护电路模块具有位于所述保护电路模块的第一表面上的输入/输出端子。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，还包括通过热熔所述套管件在所述袋型裸电池的第一侧面上形成第一模制单元，该第一模制单元覆盖所述保护电路模块并同时暴露形成在所述保护电路模块上的输入/输出端子。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，还包括通过热熔所述套管件在所述套管件上形成第一模制单元。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，还包括在形成所述袋型裸电池后将增强件附贴在所述袋型裸电池的至少部分外表面上。
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