CN101877421A - 一种电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池，包括壳体和被密封于其内、具有正极引出端和负极引出端的电池单元，所述壳体包括基板、复合板，所述基板为平板，所述复合板的截面为C型，所述复合板与所述基板的周缘连接形成封闭腔体，所述电池单元位于所述封闭腔体中。本发明还公开了一种电池制造方法。本发明通过使用金属基板作为壳体的一部分，既继承了软包装电池高抗爆炸的安全性能，同时也提高了壳体的机械强度，电池壳体不容易刺破，大大改善了电池使用及制造中的机械安全性；对基板进行加工，使其具有容纳电池单元的腔体，简化了加工，节约了成本。

Description

一种电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及软包装电池，还涉及软包装电池的制造方法。
背景技术
在锂离子电池中，除了正负极、电解液及隔膜纸外，作为存储锂离子电池各个反应组分的壳体也是非常重要的部件。作为一个有效部件，壳体除了提供存储的功能，还会为锂离子电池提供电极引出的功能，同时对锂离子电池的安全提供一定的帮助。
目前，电池壳体使用的材料主要有：不锈钢、镀镍钢材、铝合金和铝塑膜等。铝塑膜具有质软特点，故采用铝塑膜作为壳体的电池又为软包装电池，因其在防爆炸方面具有优越的安全性而备受重视。铝塑膜又称铝塑复合膜，由其制备的软包装电池，是经裁切一块一定尺寸的铝塑复合膜、对折铝塑复合膜、将铝塑复合膜的开口边缘进行高温复合使电池极组密封于内部等步骤完成制造的。铝塑复合膜是一般采用PP与铝箔经过多层复合制造，其机械强度较低，在制造、使用过程中较容易被尖锐物质刺穿导致报废或刮伤导致安全隐患。为了解决上述容易被刺穿的问题，通常在软包装电池加装金属或塑料壳体来改善其抗刺穿性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有较高机械强度的软包装电池。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种上述电池的加工方法。
本发明的技术问题是通过以下技术方案加以解决的：
一种电池，包括壳体和被密封于其内、具有正极引出端和负极引出端的电池单元，所述壳体包括基板、复合板，所述基板为平板，所述复合板的截面为C型，所述复合板与所述基板的周缘连接形成封闭腔体，所述电池单元位于所述封闭腔体中。
上述复合板包括具有至少一层金属板的层状结构复合板，所述基板包括金属板。
上述基板与所述复合板通过热熔连接。
上述复合板具有设置在金属板上的热熔层。
上述基板与上述复合板通过所述热熔层热熔连接。
上述热熔层包括聚丙烯或丙纶。
上述正极引出端和所述负极引出端自所述基板、所述复合板的连接处引出。
上述正极引出端和负极引出端上设置有热熔层。
上述复合板包括铝塑复合膜。
上述基板包括铝板、钢板、铝箔或铜箔中的任意一种。
上述电池是锂离子电池。
一种电池制造方法，包括如下步骤：
A、制备具有正极引出端、负极引出端的电池单元，裁切一定尺寸的具有薄板结构的基板和具有薄板结构的层状结构复合板；
B、冲压基板，使得所述基板的截面为C型并形成具有周缘、可容纳电池单元的腔体；
C、将电池单元置入腔体，使得正极引出端、负极引出端伸出周缘之外；
D、将电池层状复合板与基板的周缘连接，使得正极引出端与负极引出端固定在基板周缘与层状复合板之间、电池单元封装在腔体内部。
上述步骤D还包括在基板与层状结构复合板连接处形成注液通道、将电解液通过所述注液通道注入腔体、将注液通道封闭的步骤。
上述步骤B还包括冲压层状结构复合材料形成第二腔体的步骤；所述步骤D还包括在基板与层状复合板连接处形成注液通道和第二注液通道，其中注液通道连通腔体和第二腔体，第二注液通道连通第二腔体与外界，将电解液通过第二注液通道、第二腔体、注液通道注入腔体，然后将注液通道第二注液通道封闭的步骤。
上述步骤D还包括对电池进行充电，使腔体内的气体通过注液通道排至第二空腔，封闭注液通道、并裁切下第二腔体的过程。
上述电池制造方法，在所述步骤D中裁切第二腔体之前还包括刺穿第二腔体的步骤。
本发明与现有技术相比较的有益效果是：
(1)通过使用金属基板作为壳体的一部分，既继承了软包装电池高抗爆炸的安全性能，同时也提高了壳体的机械强度，电池壳体不容易刺破，大大改善了电池使用及制造中的机械安全性；对基板进行加工，使其具有容纳电池单元的腔体，简化了加工，节约了成本；
(2)基板相对复合板制造成本极低，可以降低电池的生产成本；
(3)预留注液通道的密封方式更与一次完全密封电池单元的方式具有更好的操作性，大大改善生产效率；
(4)采用第二腔体排出腔体废气的制造方法能大大降低电池膨胀鼓壳的概率；
(5)在第二腔体上穿刺后排废气的方式，更有利于废气排除。
附图说明
图1是本发明具体实施方式电池结构示意图；
图2是图1中C处放大图；
图3是本发明电池加工方法实施例1步骤101示意图；
图4是图3中A处放大图；
图5是图3中B处放大图；
图6是本发明电池加工方法实施例1步骤102示意图；
图7是本发明电池加工方法实施例1步骤103示意图。
具体实施方式
一种电池，其一种实施方式，是一种锂离子电池，如图1、图2所示，包括壳体和被密封于其内、具有正极引出端4和负极引出端(与正极引出端4平行设置，未示出)的电池单元3；所述壳体包括基板1、由一层金属层11和层叠在金属层11正反面的热熔层12构成的层状结构复合板2；正极引出端4和负极引出端其上均设置有热熔层10；基板1的截面为C型，包括周缘6和具有开口的腔体5，电池单元3设置在腔体5内，电池单元3上的正极引出端4和负极引出端伸出周缘6之外、被夹在层状结构复合板2与周缘6之间，基板1的周缘6与层状结构复合板2熔融连接为一体，正极引出端4和负极引出端亦熔融连接、固定在周缘6与层状结构复合板2之间。
优选的方式，基板1采用铝板、钢板、铝箔或铜箔，较优的方式采用铝片或不锈钢，更优的方式采用A3003或A3005退火O态铝合金片，厚度可设置在0.18～0.35mm之间，最好选用0.22～0.3mm之间，本例采用型号为A3005、厚度为0.25mm的铝合金片；层状结构复合板2采用两层PP、中间夹层为铝箔的层状复合体，更优的方式采用现行软包装电池的铝塑复合膜等板材。
如表1和表2所示，表1为铝塑复合膜的穿刺试验结果，表2为铝塑复合膜的拉伸强度测试结果，由此可见铝塑复合膜的机械强度较低。
Figure B2009101070176D0000041
表1
Figure B2009101070176D0000042
表2
本例采用铝片和铝塑复合膜，连接部采用铝片与铝塑复合膜复合的方式，能够提高壳体的机械强度，同时也保留了铝塑复合膜的安全防爆性能。表3为铝片拉伸强度测试结果。
Figure B2009101070176D0000052
表3
本发明电池制造方法，其一种实施方式，为锂离子电池制造方法，包括如下步骤：
实施例1：
步骤101、如图3、图4和图5所示，制备具有正极引出端4、负极引出端(与正极引出端并行设置，未示出)的电池单元3，裁切一定尺寸的具有薄板结构的型号为A3003的铝板作为基板1和具有薄板结构的层状结构复合板的铝塑复合膜(也称铝塑复合膜)作为层状结构复合板2；
步骤102、如图6、图7所示，冲压基板1形成可容纳电池单元3的腔体5和周缘6，再冲压层状结构复合板2，使得形成第二腔体7；
步骤103、如图7所示，将电池单元3置入腔体5，使得正极引出端4、负极引出端伸出周缘6之外；将层状结构复合板2与基板1的周缘6热熔连接，使得正极引出端4与负极引出端固定在层状结构复合板2与基板1的周缘6之间、电池单元3封装在腔体5内部，同时，基板1与层状结构复合板2连接处形成注液通道8和第二注液通道9，其中注液通道8连通腔体5和第二腔体7，第二注液通道9将第二腔体7与外界连通；因铝塑膜中存在PP材料，PP材料的融化温度为150℃左右，考虑到机器波动，热熔复合连接的温度为90℃，复合压力为3MPa；
步骤104、电解液通过第二注液通道9、第二腔体7、注液通道8注入腔体5，然后将第二注液通道9封闭；
步骤105、对电池进行充电；
步骤106、将第二腔体7刺穿，使腔体5内充电产生的废气经注液通道8、第二腔体7排除；
步骤107、最后封闭注液通道7，并将第二腔体7裁切掉制得如图1所示的电池。
本例加工出的电池经过壳体连接剥离强度测试，其测试结果如表4所示。
  试样号  最大力(N)   最大变形(mm)  试验时间(S)
  401  45.755   14.6403  18.0
  402  45.315   7.3518  9.2
  403  41.096   26.1083  31.6
表4
实施例2：本例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤103中的复合温度为120℃。
加工出的电池经过壳体连接剥离强度测试，其测试结果如表5所示。
  试样号  最大力(N)   最大变形(mm)  试验时间(S)
  501  52.916   27.6622  33.6
  试样号  最大力(N)   最大变形(mm)  试验时间(S)
  502  47.868   24.8259  30.2
  503  63.495   6.4819  8.2
  504  54.318   23.7385  28.8
表5
实施例3：本例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤103中的复合温度为140℃。加工出的电池经过壳体连接剥离强度测试，其测试结果如表6所示。
  试样号  最大力(N)   最大变形(mm)  试验时间(S)
  601  63.578   4.0898  5.4
  602  63.505   15.5629  19.0
  603  58.651   11.6142  14.4
表6
实施例4：本例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤103中的复合温度为140℃，复合压力为1MPa，加工出的电池经过壳体连接剥离强度测试，其测试结果如表7所示。
  试样号  最大力(N)   最大变形(mm)  试验时间(S)
  701  26.94   9.1561  11.4
  702  26.973   11.4692  14.2
  703  25.363   11.1305  13.8
表7
实施例5：本例与实施例3基本相同，不同之处在于步骤103中的复合温度为120℃，复合压力为5MPa，加工出的电池经过壳体连接剥离强度测试，其测试结果如表8所示。
  试样号  最大力(N)   最大变形(mm)  试验时间(S)
  801  81.729   10.9499  13.6
  802  89.98   9.9904  12.4
  试样号  最大力(N)   最大变形(mm)  试验时间(S)
  803  66.191   7.9739  10.0
表8
对比例：常规复合的铝塑复合膜的剥离强度测试结果，如表9所示。
  试样号  最大力(N)   最大变形(mm)  试验时间(S)
  901  36.779   12.8505  15.8
  902  37.557   7.5495  9.4
  903  34.878   17.3963  21.2
表9
通过剥离强度对比测试可以看出，压力在3MPa下，120℃的热复合强度较大，在温度为120℃时，5MPa的压力较大，但限于设备的长期使用，优选使用3MPa的压力，同铝塑复合膜的复合强度对比可以看出，采用本发明中的材料复合强度能够满足正常生产的需要。
对本发明的复合位置进行扫描电子显微镜测试(SEM)测试，从复合层处可以看出其复合较为紧密，铝片与铝塑复合膜之间相互渗透，复合效果较好。
本发明电池制造方法的另一种实施方式，用于镍氢电池加工，包括如下步骤：
实施例6
步骤601、制备具有正极引出端4、负极引出端的电池单元，裁切一定尺寸的具有薄板结构的型号为A3005的铝板作为基板1和具有薄板结构的铝塑复合膜(也称铝塑膜)作为层状结构复合板2；
步骤602、冲压基板1，使得形成具有周缘6、可容纳电池单元3的腔体5；
步骤603、将电池单元3置入腔体5，使得正极引出端4、负极引出端伸出周缘6之外；
步骤604、将周缘6与层状结构复合板2热熔连接，使得正极引出端4与负极引出端固定在层状结构复合板2与周缘6之间、电池单元3密封在腔体5内部，形成完整电池。
本例中电池单元3已经被电解液浸渍，故电池单元可一次性完全密封于腔体5内。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池，包括壳体和被密封于其内、具有正极引出端和负极引出端的电池单元，所述壳体包括基板、复合板，其特征是，所述复合板为平板，所述基板的截面为C型，所述复合板与所述基板的周缘连接形成封闭腔体，所述电池单元位于所述封闭腔体中。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征是，所述复合板包括具有至少一层金属板的层状结构复合板，所述基板包括金属板。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征是，所述基板与所述复合板通过热熔连接。
4.根据权利要求2至3任意一项所述的电池，其特征是，所述的复合板包括铝塑复合膜。
5.根据权利要求2至3任意一项所述的电池，其特征是，所述基板包括铝板、钢板、铝箔或铜箔中的任意一种。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的电池，其特征是，所述的电池是锂离子电池。
7.一种电池制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、制备具有正极引出端、负极引出端的电池单元，裁切一定尺寸的具有薄板结构的基板和具有薄板结构的层状结构复合板；
B、冲压基板，使得所述基板的截面为C型并形成具有周缘、可容纳电池单元的腔体；
C、将电池单元置入腔体，使得正极引出端、负极引出端伸出周缘之外；
D、将电池层状复合板与基板的周缘连接，使得正极引出端与负极引出端固定在基板的周缘与层状复合板之间、电池单元封装在腔体内部。
8.根据权利要求7所述的电池制造方法，其特征是，所述步骤D还包括在基板与层状结构复合板连接处形成注液通道、将电解液通过所述注液通道注入腔体、将注液通道封闭的步骤。
9.根据权利要求7所述的电池制造方法，其特征是，所述步骤B还包括冲压层状结构复合材料形成第二腔体的步骤；所述步骤D还包括在基板与层状复合板连接处形成注液通道和第二注液通道，其中注液通道连通腔体和第二腔体，第二注液通道连通第二腔体与外界，将电解液通过第二注液通道、第二腔体、注液通道注入腔体，然后将注液通道第二注液通道封闭的步骤。
10.根据权利要求9所述的电池制造方法，其特征是，所述步骤D还包括对电池进行充电，使腔体内的气体通过注液通道排至第二腔体，封闭注液通道、并裁切下第二腔体的过程。
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