CN102593401B - 一种带有导气装置的软包装锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有导气装置的软包装锂离子电池，包括电池极芯、用于封装该电池极芯的外壳以及电解液，导气装置包括贯穿外壳的导气管，以及包裹在导气管外部的塑料外套，该塑料外套的一端与外壳密封连接，另一端延伸出导气管的端面形成用于热封的延伸部，增加了导气装置，能够方便软包装锂离子电池出现气胀现象后导气，在电池化成过程和使用过程中都可以将气体排出电池外，保证电池的继续工作，同时，采用该导气装置后，可实现对电池补充注液维护，提高电池工作寿命和性能。本发明还公开了一种带有导气装置的软包装锂离子电池的制备方法，制备简单、易于实施。

Description

一种带有导气装置的软包装锂离子电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及软包装锂离子电池及其制备领域，具体涉及一种带有导气装置的软包装锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有比能量密度高、平均输出电压高、输出功率大、自放电小、无记忆效应、充放电效率高、循环寿命长、工作温度范围宽及绿色无污染等众多突出的优点，自20世纪90年代初开发成功以来，已成为目前综合性能最好的电池体系。随着电池设计制造技术的进步和新材料的不断涌现，锂离子电池的应用范围不断拓展，目前已在各个领域得到了广泛的应用，尤其是近年来发展迅速的新能源产业领域，锂离子电池更被视为新能源发展的基础和重点研究目标。

从锂离子电池的外壳结构来分，目前市场上常见的有铝合金、不锈钢、塑料及铝塑复合膜软包装等种类。软包装锂离子电池综合了液态锂离子电池的基本电化学性能及聚合物锂离子电池的外形包装上的独特优点。通常，软包装锂离子电池，包括电池极芯、用于封装该电池极芯的外壳以及电解液，制备过程包括：按正极片-隔膜-负极片-隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，采用与液态锂离子电池相似的液体电解液作为锂离子在正负极之间传输的介质，外形包装上则采用铝塑复合膜作为该软包装锂离子电池的外壳，再经注入电解液、封口等工艺，得到软包装锂离子电池，正极片、负极片穿出外壳的部分分别为正极极耳、负极极耳。软包装锂离子电池具有制作过程简单、电池比能量密度高、体积小等突出优点，在消费电子领域占据了主要地位，每年的产量增长迅速。近年来，随着电动汽车、电动自行车、储能系统等的发展，软包装锂离子电池在大容量和动力电池领域也得到了广泛的关注和快速发展。

与采用铝合金或不锈钢外壳等硬包装锂离子电池相比，软包装锂离子电池在比能量密度、体积和成本等方面均具有明显优势，但软包装锂离子电池生产过程中也存在一些先天的不足，如电池在化成和循环过程中的气胀问题就很难解决。据统计，某些厂家在生产软包装锂离子电池的过程中，发生气胀的电池比例高达40％以上，如果加上在循环使用过程中产生气胀的电池，比例会更高。与硬包装锂离子电池相比，软包装锂离子电池由于结构非常紧凑，软包装锂离子电池内部的空间非常小，如果软包装锂离子电池在化成过程中产生少量气体，就会导致气胀现象的出现。而随着软包装锂离子电池循环次数增加，内部产生的气体会逐渐增多，因此软包装锂离子电池的气胀现象会更加严重，将会导致软包装锂离子电池无法正常工作而报废。

从目前软包装锂离子电池生产流程分析，软包装锂离子电池一旦注液封口后，就无法再对软包装锂离子电池进行后续的调整或维护，一旦出现气胀鼓壳或电解液不足等问题，软包装锂离子电池只能报废或者降级处理，没有办法进行弥补，严重影响了软包装锂离子电池的合格率和质量。通过严格控制生产工艺和环境，虽然能减少软包装锂离子电池气胀现象，但无法彻底消除，仍然有相当比例的次品电池和废品电池产生，从而导致企业的生产成本大幅增加。

实用新型专利ZL201020546139.3公开了一种软包装锂离子电池，针对软包装锂离子电池在化成和后续使用过程中存在气胀现象的问题，在包装膜上设有气袋，该气袋可用于承载气胀过程中产生的气体，并且在底封边和气袋之间处设有切口，当软包装锂离子电池在多道工序之间转移时，切口的设置使得角位处的应力大幅减小，防止软包装锂离子电池发生角位破损，避免因电解液泄漏造成的污染，确保软包装锂离子电池的安全性能。气袋的存在会使角位处容易破损，通过在角位处设置切口可以一定程度上减少角位处破损，但是角位处破损还是较难避免并且切口热封后其强度不佳，同时，该软包装锂离子电池结构也不够紧凑，电池体积增大，铝塑包装成本增加。此外，气袋因为仍设置在电池上，当电池工作过程中产生气体后，气袋作为缓冲装置承载了一部分气体，适当降低了电池内压，但无法及时将电池内部的气体排出，电池包括气袋仍然会发生膨胀，是一种不彻底的治标方法。

发明内容

本发明提供了一种带有导气装置的软包装锂离子电池，在现有的软包装锂离子电池基础上，增加了导气装置，能够方便软包装锂离子电池出现气胀现象后导气。

一种带有导气装置的软包装锂离子电池，包括电池极芯、用于封装该电池极芯的外壳以及电解液，所述的导气装置包括贯穿所述外壳的导气管，以及包裹在所述导气管外部的塑料外套，该塑料外套的一端与所述外壳密封连接，另一端延伸出导气管的端面形成用于热封的延伸部。

该导气装置通过简单的结构就可以实现导气，相比于增加气袋的情形，可以使得本发明带有导气装置的软包装锂离子电池结构紧凑，降低封装成本和运输成本。

作为优选，所述的电池极芯带有穿出外壳的负极极耳、正极极耳，由于负极极耳与正极极耳要有一定的距离才会有较好的电池性能，所述的导气装置设置在负极极耳与正极极耳之间，从而使得带有导气装置的软包装锂离子电池结构紧凑，并且方便使用。

作为优选，所述的导气管为不锈钢管，导气管用于导气和支撑，一方面，由于塑料外套在软包装锂离子电池生产过程中热封时容易变形，不锈钢管可以起到很好的支撑作用，防止导气装置的变形；另一方面，不锈钢管对电解液具有一定的防腐蚀作用，延长导气装置的使用寿命。进一步优选，所述的导气管为304不锈钢管或316不锈钢管，这些不锈钢管对电解液具有更好的耐腐蚀性。

作为优选，所述的塑料外套为聚乙烯(PE)塑料外套或者聚丙烯(PP)塑料外套，这些材料的塑料外套能够更好地与外壳热封，热封后具有更好的密封性能。

由于导气装置在后期的使用过程中，需要将延伸部一部分一部分地切除再热封，对延伸部的长度没有特别的限定，可以根据需要设定，作为优选，所述的延伸部的长度为5mm～20mm，以使在合理节约成本的条件下，满足使用的要求，并且方便本发明带有导气装置的软包装锂离子电池的封装和运输。进一步优选，所述的导气管的长度为5mm～15mm，所述的塑料外套的长度(包含延伸部的长度)为15mm～25mm。

作为优选，所述的导气管的内径为0.1mm～2.0mm，外径为0.2mm～3.0mm，可选用毛细管级别的导气管，所述的导气管进一步选用不锈钢毛细管，可采用市售产品。上述尺寸的导气管，既可以实现导气和支撑的功能，又能使本发明带有导气装置的软包装锂离子电池的结构保持紧凑，并且在运输和使用过程中，可以避免电解液对导气装置的影响。

相应地，为了能够更好与导气管复合，所述的塑料外套的内径与导气管的外径配合，为了使塑料外套与外壳能更好地密封，一般采用热封，所述的塑料外套的管壁厚度为0.2mm～1.0mm。

本发明还提供了一种带有导气装置的软包装锂离子电池的制备方法，制备简单、易于实施。

所述的带有导气装置的软包装锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

1)将涂有极耳胶的导气管插入加热软化的塑料外套中，待塑料外套冷却收缩后在塑料外套的表面涂覆极耳胶，得到导气装置；

导气管在涂有极耳胶之前，将导气管的外表面进行粗化加工，两端抛光，除去毛刺，为了增加导气管和塑料外套之间的气密性，导气管表面涂覆锂离子电池专用极耳胶；为了增加导气装置的塑料外套与外壳热封时的密封性，在塑料外套的表面涂覆极耳胶；

2)在软包装锂离子电池的外壳热封时，将步骤1)中的导气装置安装在外壳的热封口边上后，将热封口边热封，经过电池化成后，将塑料外套的延伸部热封，得到带有导气装置的软包装锂离子电池。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明带有导气装置的软包装锂离子电池，在现有的软包装锂离子电池基础上，增加了导气装置，在带有导气装置的软包装锂离子电池在化成过程中，可及时将电池内部产生的气体通过导气装置排出电池外，防止电池气胀鼓壳现象的发生。电池化成后，可采用热封形式将塑料外套的延伸部顶端密封，保持整个带有导气装置的软包装锂离子电池的密封性。

本发明带有导气装置的软包装锂离子电池，在使用过程中，如果在循环过程中产生气体导致内压升高产生电池气胀鼓壳现象，可及时将塑料外套的延伸部的顶端切开，排出内部多余的气体，消除电池的气胀鼓壳现象，恢复电池正常的外形后再采用热封方法将塑料外套的延伸部顶端再次密封，使本发明带有导气装置的软包装锂离子电池继续工作。同时，采用该导气装置后，可实现对电池补充注液维护，提高电池工作寿命和性能。

本发明带有导气装置的软包装锂离子电池适合应用于各类大容量软包装锂离子电池，尤其适用于采用磷酸铁锂、锰酸锂及三元材料等作为正极材料的大容量软包装锂离子电池中，可有效消除电池在生产和工作过程中产生的气胀鼓壳现象，大幅度提高了本发明带有导气装置的软包装锂离子电池的合格率，实现对本发明带有导气装置的软包装锂离子电池补注电解液，延长本发明带有导气装置的软包装锂离子电池的工作寿命和提高了可靠性，有利于产品的推广和利用，具有广阔的应用前景。

本发明带有导气装置的软包装锂离子电池的制备方法，制备简单、易于实施，有利于工业化生产，有利于推广和应用，具有较好的经济效益。

附图说明

图1为本发明带有导气装置的软包装锂离子电池的结构示意图；

图2为本发明的导气装置的截面结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的带有导气装置的软包装锂离子电池，包括电池极芯、用于封装该电池极芯的外壳4、电解液和导气装置2，电池极芯带有穿出外壳的负极极耳1、正极极耳3，导气装置2设置在负极极耳1与正极极耳3之间。

如图1和图2所示，导气装置2包括贯穿外壳4的导气管21，以及包裹在导气管21外部的塑料外套22，该塑料外套22的一端与外壳4密封连接，可具体采用热封进行密封连接，另一端延伸出导气管21的端面形成用于热封的延伸部，延伸部的长度为5mm～20mm，在电池化成后，可采用热封形式将塑料外套22的延伸部顶端密封。

导气管21可选用不锈钢管，更优选的，可选用304不锈钢管或316不锈钢管，导气管21的内径为0.1mm～2.0mm，外径为0.2mm～3.0mm，导气管的长度为5mm～15mm，可选用不锈钢毛细管。塑料外套22的内径与导气管21的外径配合，为了使塑料外套22与外壳4能更好地密封，一般采用热封，塑料外套22为聚乙烯(PE)塑料外套或者聚丙烯(PP)塑料外套，塑料外套22的管壁厚度为0.2mm～1.0mm，塑料外套22的长度(包含延伸部的长度)为15mm～25mm。

所述的带有导气装置的软包装锂离子电池的制备方法，该带有导气装置的软包装锂离子电池结构可参照图1和图2，包括以下步骤：

1)将导气管21的外表面进行粗化加工，两端抛光，除去毛刺，并在导气管2的外表面涂覆极耳胶，得到处理后的导气管21；

2)将塑料外套22加热至软化后，放入步骤1)中处理后的导气管21，待塑料外套22冷却后收缩得到导气装置2，再在导气装置2中的塑料外套22的表面涂覆极耳胶；

3)在软包装锂离子电池的外壳4热封时，将步骤2)中的导气装置2安装在外壳4的热封口边5上后，将热封口边5热封，经过电池化成后，将塑料外套22的延伸部热封，得到带有导气装置的软包装锂离子电池。

在制备过程中，在电池化成之前，塑料外套22的延伸部不封闭，可及时将电池化成过程中内部产生的气体通过导气装置2排出电池外，防止电池气胀鼓壳现象的发生。在电池化成后，可采用热封形式将塑料外套22的延伸部顶端密封，保持整个带有导气装置的软包装锂离子电池的密封性。如果在循环使用过程中产生气体导致内压升高产生电池气胀鼓壳现象，可及时将塑料外套22的延伸部的顶端切开，排出内部多余的气体，消除电池的气胀鼓壳现象，恢复电池正常的外形后再采用热封方法将塑料外套22的延伸部顶端再次密封，使带有导气装置的软包装锂离子电池继续工作。同时，采用该导气装置2后，可实现对电池补充注液维护，提高电池工作寿命和性能。

实施例1

一种带有导气装置的软包装锂离子电池的制备方法，该带有导气装置的软包装锂离子电池结构可参照图1和图2，包括以下步骤：

1)选取304不锈钢管作为导气管21，其内径为0.5mm，外径为0.8mm，长度为10mm，将该304不锈钢管的外表面进行粗化加工，两端抛光，除去毛刺，并在该304不锈钢管的外表面涂覆极耳胶，极耳胶选用日本凸版印刷公司生产的锂离子电池专用极耳胶，得到处理后的导气管21；

2)选取内径为0.7mm，外径为1.5mm，长度为20mm的聚乙烯塑料外套作为塑料外套22，将该塑料外套22加热至50℃软化后，放入步骤1)中处理后的导气管21，待塑料外套22冷却后收缩得到导气装置2，再在导气装置2中的塑料外套22的表面涂覆日本凸版印刷公司生产的锂离子电池专用极耳胶；

3)在软包装锂离子电池的外壳4热封时，将步骤2)中的导气装置2安装在外壳4的热封口边5上后，将热封口边5热封，经过电池化成后，将塑料外套22的延伸部热封，得到带有导气装置的软包装锂离子电池。

Claims (2)

1.一种带有导气装置的软包装锂离子电池，包括电池极芯、用于封装该电池极芯的外壳以及电解液，其特征在于，所述的电池极芯带有穿出外壳的负极极耳、正极极耳，所述的导气装置设置在负极极耳与正极极耳之间；

所述的导气装置包括贯穿所述外壳的导气管，以及包裹在所述导气管外部的塑料外套，该塑料外套的一端与所述外壳密封连接，另一端延伸出导气管的端面形成用于热封的延伸部；

所述的导气管为304不锈钢管或316不锈钢管，所述的导气管的长度为5mm～15mm，所述的导气管的内径为0.1mm～2.0mm，外径为0.2mm～3.0mm；

所述的塑料外套为聚乙烯塑料外套或者聚丙烯塑料外套，所述的塑料外套的长度为15mm～25mm，所述的延伸部的长度为5mm～20mm，所述的塑料外套的管壁厚度为0.2mm～1.0mm。

2.根据权利要求1所述的带有导气装置的软包装锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将涂有极耳胶的导气管插入加热软化的塑料外套中，待塑料外套冷却收缩后在塑料外套的表面涂覆极耳胶，得到导气装置；

2)在软包装锂离子电池的外壳热封时，将步骤1)中的导气装置安装在外壳的热封口边上后，将热封口边热封，经过电池化成后，将塑料外套的延伸部热封，得到带有导气装置的软包装锂离子电池。