CN102324557B - 一种软包装锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
一种软包装锂离子电池，其包括被密封在包装膜内的正极、负极、隔膜和电解质以及与电极焊接并与包装膜粘着密封而引出的电极端子，包装膜为内、外层高分子薄膜和无机氧化物-高分子镀膜的复合膜。电极端子的上、下侧面与包装膜内层高分子薄膜的接触部位间包含有高分子树脂层，通过热压方法使包装膜、高分子树脂层、电极端子粘着密封。本发明软包装锂离子电池相对传统铝塑膜软包装锂离子电池具有如下优点：电极端子不会通过包装膜而发生短路，电池不会因包装膜的电化学腐蚀而鼓胀或漏液，包装膜具有耐弯折、耐扭曲、透明及较好的微波通透性能。
Description
技术领域
本发明专利属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种包装膜及应用此包装膜的锂离子电池。
背景技术
传统的软包装锂离子电池通常选用铝塑复合膜作为壳体，通常铝塑复合膜主要由三层功能层复合而成，其中中间层为铝层，主要用于阻隔水汽和空气；内层为PP层主要用于热封；外层为尼龙层主要起绝缘、耐磨，耐热和增强柔韧性等保护作用。例如，公开号为CN101350370A的发明专利申请公开一种采用PP/乙烯-甲基丙烯酸共聚物/铝箔/乙烯-甲基丙烯酸共聚物/PP的铝塑复合膜；公开号为CN101992570A的发明专利申请公开的一种采用聚酰胺膜/热固性胶合层/铝箔/热固性胶合层/不饱和酸酐改性聚丙烯薄膜的铝塑复合膜。上述铝塑复合膜用作锂离子电池的壳体均存在以下不足：
(1)电极端子通过铝塑复合膜的热封边引出壳体时，容易造成与铝箔层短路。当荷电的锂离子电池的正负极端子同时与铝箔层短路且短路电流较大时电池将发热、鼓胀，甚至起火。目前常用的办法是将裸露的铝箔层以及电极端子通过热封边的部分做绝缘处理。处理的绝缘层不仅增加了电池生产工艺，而且绝缘涂层会占用锂离子电池的尺寸空间，因而不利于锂离子电池的体积能量密度的提升。另外，如此因电极端子与铝箔层短路造成电池失效的案例也时有发生。
(2)铝塑复合膜在拉伸成型、热封、弯折等动作后，经常会对热封层的相应部位造成损伤，导致相应部位的离子绝缘能力下降。在此条件下，当锂离子电池的负极端子与铝箔层间的电子绝缘不够强时，即构成了铝箔层电化学腐蚀的必要条件。在正极与铝箔层间电势差的作用下，锂离子将通过受损伤的热封层插入铝箔层，形成铝锂合金，造成铝箔层的电化学腐蚀。当铝箔薄层被蚀穿后，其阻隔水汽和空气的功能将完全丧失，从而导致锂离子电池鼓胀或漏液等失效。尽管在工艺上采取了必要的阻止热封层损伤和防止负极端子与铝箔层间短路等措施，但都没有从根本上解决铝塑复合膜因电化学腐蚀而导致电池失效的问题。
(3)铝塑复合膜中的铝层在拉伸的边角处、热封边弯折的角位处容易因金属疲劳而破裂，从而失去其阻隔水汽和空气的功能，导致锂离子电池鼓胀或漏液等失效。
另外传统的软包装锂离子电池的包装膜均为不透明材料，密封在壳体内的材料及壳体内的环境无法通过目视或光学方法进行原位观察或测试分析。例如无法通过PH试纸检测到传统锂离子电池芯内部酸碱环境的变化，也无法通过光学或电子镜显微镜对壳体内的材料做原位分析。
有鉴于此，确有必要提供一种抗电化学腐蚀、无需拉伸成型、壳体透明的软包装锂离子电池。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种抗电化学腐蚀、无需拉伸成型、壳体透明的软包装锂离子电池。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种软包装锂离子电池，其包括被密封在复合包装膜1内的正极、负极、隔膜和电解质以及与电极焊接并与复合包装膜1粘着密封而引出的电极端子2；不同的是：所述的复合包装膜1包括内层高分子薄膜1-1、无机氧化物-高分子镀膜1-2、外层高分子薄膜1-3；所述电极端子2的上、下、侧面与内层高分子薄膜1-1的接触的部位包含可通过热压方法与复合包装膜1、电极端子2粘着密封在一起的高分子树脂层3。
具体地，所述的内层高分子薄膜1-1选自聚对苯二甲酸乙二酯、尼龙、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯及其改性膜中的一种或多种。
所述的外层高分子薄膜1-3选自聚对苯二甲酸乙二酯、尼龙、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯及其改性膜中的一种或多种。
所述的无机氧化物-高分子镀膜1-2选自氧化硅、氧化铝、氧化镁、蒙脫土的一元或多元高分子镀膜。
所述高分子树脂层3为酸改性聚丙烯或聚乙烯；所述电极端子2为具有粗糙表面的金属带状导电构件。
作为优选，所述包装膜1的厚度为20um-200um。
进一步地，所述的正极含有正极活性物质，正极活性物质选自钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂中的一种或多种；所述的负极含有负极活性物质，负极活性物质选自人造石墨、天然石墨、中间相碳纤维球、中间相碳纤维、软碳、硬碳、钛酸锂中的一种或多种；所述的电解质包括锂盐、非水溶剂和添加剂，其中，锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酸亚胺基锂、双草酸硼酸锂、草酸双氟硼酸锂、高氯酸锂、二全氟烷基三氯磷酸锂中的一种或多种；非水溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丁内酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的一种或多种；添加剂选自SEI成膜添加剂、防过充添加剂、阻燃添加剂、电解质稳定剂、提高电导率添加剂、抗氧化添加剂中的一种或多种。
更具体地，所述无机氧化物-高分子镀膜(1-2)通过蒸镀或涂镀工艺制成。
本发明与现有技术相比，由于无需拉伸成型，不仅具有较好的抗电化学腐蚀性，而且工艺简便、壳体透明美观。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，详细说明本发明软包装锂离子电池。其中：
图1为本发明软包装锂离子电池的外观结构示意图；
图2为本发明包装膜结构示意图；
图3为本发明包装膜、高分子树脂层、电极端子密封结合处的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明软包装锂离子电池作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，以公知技术将钴酸锂、导电剂、粘结剂混合制浆，涂布于铝箔集流体上，烘干，压片后裁切得到正极板；将人造石墨、导电剂、粘合剂混合制浆，涂布于铜箔集流体上，烘干，压片后裁切得到正极板；在正、负极板上分别焊接具有粗糙表面的金属带状电极端子2；以隔膜将正极板与负极板隔开并卷绕制成电池芯；将该电池芯放置在尼龙膜层/SiOx-PET蒸镀膜层/PP膜层复合成的包装膜1中，进行包裹；如图2所示，在电极端子2通过包装膜1热封边的上、下两面各放置一片酸改性PP高分子树脂层3，然后将包装膜1、电极端子2、高分子树脂层3热封结合，热封温度在120-250摄氏度之间；先将电池芯包装成口袋型，然后将六氟磷酸锂、碳酸乙烯酯、防过充添加剂、阻燃添加剂制成的液态电解质注入口袋型包装中；经过化成处理后，将电池进行最后一道热封，制成软包装锂离子电池。
实施例2
基本同实施例1，不同的是：以镍酸锂代替钴酸锂；以PET膜层/蒙脱土-PP涂镀膜层/PP膜层复合成的包装膜1代替尼龙膜层/SiOx-PET蒸镀膜层/PP膜层复合成的包装膜1；以中间相碳纤维球代替人造石墨；以酸改性PP代替酸改性PE，以四氟硼酸锂、碳酸丙烯酯、SEI成膜添加剂、防过充添加剂、电解质稳定剂、提高电导率添加剂、抗氧化添加剂制成的凝胶电解质代替六氟磷酸锂、碳酸乙烯酯、防过充添加剂、阻燃添加剂制成的液态电解质。
实施例3
基本同实施例1，不同的是：以磷酸锰锂-磷酸钒锂代替钴酸锂；以PP-PE膜层/MgOx-PVC蒸镀膜层/PE膜层复合成的包装膜1代替尼龙膜层/SiOx-PET蒸镀膜层/PP膜层复合成的包装膜1；以软碳-钛酸锂代替人造石墨；以高氯酸锂、乙酸乙酯、防过充添加剂、电解质稳定剂、抗氧化添加剂制成的液态电解质代替六氟磷酸锂、碳酸乙烯酯、防过充添加剂、阻燃添加剂制成的液态电解质。
实施例4
基本同实施例1，不同的是：以磷酸亚铁锂代替钴酸锂；以PVC膜层/AlOx-PE蒸镀膜层/PET膜层复合成的包装膜1代替尼龙膜层/SiOx-PET蒸镀膜层/PP膜层复合成的包装膜1；以天然石墨代替人造石墨；以二全氟烷基三氯磷酸锂、丁内酯、电解质稳定剂制成的液态电解质代替六氟磷酸锂、碳酸乙烯酯、防过充添加剂、阻燃添加剂制成的液态电解质。
对比例1
仅将实施例1中的包装膜(1)换成传统的铝塑复合包装膜，用上述相同方法制成软包装锂离子电池。
对比例2
仅将实施例1中的包装膜(1)换成传统的铝塑复合包装膜，用上述相同方法制成软包装锂离子电池。
取实施例1和实施例2制得的软包装锂离子电池和对比例1、对比例2所制得的软包装锂离子电池做对比测试。其中加速腐蚀试验的做法为：将荷电的锂离子电池的负极端子与包装膜用金属导线短接，模拟构成电子通道，然后将上述电池放置在40-50℃并且相对湿度＞90％的环境下进行存储，定期检测电池壳体是否发生了电化学腐蚀。热封边弯折试验的做法为：将热封边沿靠近电池的体的未封装区往复折起-90°到90°的角度，统计其弯折轴处出现机械疲劳时的最少弯折次数。高温高湿和振动-真空模拟均为检测壳体密闭性，其中高温高湿测试的环境温度为65-75℃，环境相对湿度为85-95％；振动-真空模拟测试的做法为：先将电池通过正弦振动，再将电池转移到真空度＜-90Kpa的环境中保持6小时以上，通过前后重量变化来判断是否有漏液或漏气情况的发生。
表1
从对比结果上看出，本发明软包装锂离子电池壳体在保证密闭性能的同时从根本上消除了锂离子电池壳体电化学腐蚀的问题。另外，本发明软包装锂离子电池壳体耐弯折性能好且透明。
根据上述原理，本发明还可以对上述具体实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (7)
1.一种软包装锂离子电池，其包括被密封在复合包装膜(1)内的正极、负极、隔膜和电解质以及与电极焊接并与复合包装膜(1)粘着密封而引出的电极端子(2)；其特征在于：所述的复合包装膜(1)包括内层高分子薄膜(1-1)、无机氧化物-高分子镀膜(1-2)、外层高分子薄膜(1-3)；所述电极端子(2)的上、下、侧面与内层高分子薄膜(1-1)的接触的部位包含可通过热压方法与复合包装膜(1)、电极端子(2)粘着密封在一起的高分子树脂层(3)；所述的无机氧化物-高分子镀膜(1-2)选自氧化硅、氧化铝、氧化镁、蒙脱土的一元或多元高分子镀膜。
2.根据权利要求1所述的一种软包装锂离子电池，其特征在于：所述的内层高分子薄膜(1-1)选自聚对苯二甲酸乙二酯、尼龙、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯及其改性膜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种软包装锂离子电池，其特征在于：所述的外层高分子薄膜(1-3)选自聚对苯二甲酸乙二酯、尼龙、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯及其改性膜中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种软包装锂离子电池，其特征在于：所述高分子树脂层(3)为酸改性聚丙烯或聚乙烯；所述电极端子(2)为具有粗糙表面的金属带状导电构件。
5.根据权利要求1所述的一种软包装锂离子电池，其特征在于：所述包装膜(1)的厚度为20um-200um。
6.根据权利要求1所述的一种软包装锂离子电池，其特征在于：所述的正极含有正极活性物质，正极活性物质选自钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂中的一种或多种；所述的负极含有负极活性物质，负极活性物质选自人造石墨、天然石墨、中间相碳纤维球、中间相碳纤维、软碳、硬碳、钛酸锂中的一种或多种；所述的电解质包括锂盐、非水溶剂和添加剂，其中，锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酸亚胺基锂、双草酸硼酸锂、草酸双氟硼酸锂、高氯酸锂、二全氟烷基三氯磷酸锂中的一种或多种；非水溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丁内酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的一种或多种；添加剂选自SEI成膜添加剂、防过充添加剂、阻燃添加剂、电解质稳定剂、提高电导率添加剂、抗氧化添加剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池，其特征在于：所述无机氧化物-高分子镀膜(1-2)通过蒸镀或涂镀工艺制成。
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