CN102986056B - 电气部件、非水电解液电池、以及其中使用的引线和可密封容器 - Google Patents

电气部件、非水电解液电池、以及其中使用的引线和可密封容器 Download PDF

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Abstract

本发明提供电气部件、非水电解液电池、以及其中所使用的引线和可密封容器。电气部件包括：可密封容器，其具有金属层；以及引线导体，其从可密封容器的内部延伸到外部，可密封容器和引线导体在密封部处熔融粘结，其中，密封部至少局部具有由聚烯丙基胺构成的层，该聚烯丙基胺构成的层位于金属层与引线导体之间的部分处，并与引线导体接触，因此，在初始状态下以及在与电解质溶液接触的状态下，可以提高粘附性和密封性能。

Description

电气部件、非水电解液电池、以及其中使用的引线和可密封 容器
技术领域
本发明涉及电气部件和非水电解液电池，分别用作小型电子装置等的电源，以及，本发明还涉及到作为电气部件和非水电解液电池的组件的引线和可密封容器。
背景技术
随着电子装置尺寸和重量的减小，对于电子装置中使用的电气部件如电池和电容器，也需要减小尺寸和重量。因此，例如，采用非水电解液电池，其中，使用袋状体作为可密封容器，并将非水电解液(电解质溶液)、正极、和负极封入袋状体中。作为非水电解液，使用通过将含氟的锂盐如LiPF6或LiBF4溶解在碳酸丙烯酯、碳酸乙二酯、碳酸甲酯、碳酸甲乙酯等中制备而成的电解质溶液。
这种可密封容器需要具有防止电解质溶液和气体从中渗透穿过的性能、以及防止水分从外部渗入的性能。因此，使用在金属层如铝箔上涂有树脂的层合膜作为可密封容器的材料。通过将两个层合膜的边缘熔融粘结，形成可密封容器。
在可密封容器的端部设置开口部，并将非水电解液、正极板、负极板、隔板等封在其中。此外，端部连接到正极板的引线导体、以及端部连接到负极板的引线导体布置为从可密封容器的内部延伸到外部。最后，通过将开口部热封(熔融粘结)，将可密封容器的开口部封闭，以及，使可密封容器和各引线导体结合在一起，以密封开口部。最后进行热密封的部分称为密封部。
在此过程中，通过热粘结层将可密封容器和各引线导体粘合(熔融粘结)到一起。热粘结层预先设置在引线导体中对应于密封部的部分上，或者预先设置在可密封容器中对应于密封部的部分上，从而，热粘结层可以置于可密封容器的金属层与引线导体之间。当热粘结层在热封时流动性高的情况下，可密封容器与引线导体之间的粘附性能得以提高。然而，当流动性在熔融粘结时过高的情况下，在金属层和引线导体之间可能会发生短路。因此，要求密封部具有这样的特点，其能够维持粘附性和密封性能，而不引起金属层与引线导体之间的短路。
专利文献1中公开了用于这种非水电解液电池的电池密封袋和引线，其描述了这样的方案：通过将作为热粘结层的马来酸改性聚烯烃层直接施加于引线导体的导体，能提高密封部的密封性能。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利No.3562129
专利文献2：日本未经审查的专利申请公开No.2009-99527
发明内容
技术问题
在密封部中，可密封容器和引线导体之间的粘附性和密封性能是必需的。即使在密封后立即具有足够的粘附性，粘附性也会随时间逐渐减弱，导致在与金属层或引线导体的交界处发生脱离，这是一个问题。原因是，随着时间的推移，水分渗透穿过密封部，并且，封在可密封容器中的电解质与水反应产生氢氟酸，导致引线导体(金属)腐蚀。特别地，机动车应用中的电气部件需要使用相当长的时间，并且要求进一步提高熔融粘结部中对电解质的耐受性。特别地，在与用作负极引线导体的镍或镀镍层的交界处容易发生脱离，因此期望改善对电解质的耐受性。
为了提高耐电解液性，专利文献2公开了一种电池极耳(batterytab)，其中，在具有镍表面的引线导体的表面和侧面上，形成由胺化苯酚聚合物(aminated phenolpolymer)、铬[III](三价铬)化合物、和磷化合物构成的复合膜层。该文献指出，通过形成复合膜层，防止镍层因电解质和水分生成的氢氟酸而腐蚀，以及，防止镍层溶解。然而，由于使用重金属铬，这种方法不环保。
考虑上述问题，本发明的目的是提供一种电气部件和一种非水电解液电池，其中，在初始状态下以及在与电解质溶液接触的状态下，可提高粘附性和密封性能，以及，本发明还提供在电气部件和非水电解液电池中使用的引线和可密封容器。
问题的解决方案
本发明提供了一种电气部件，其包括具有金属层的可密封容器、以及从可密封容器的内部延伸到外部的引线导体，可密封容器和引线导体在密封部处熔融粘结，其特征在于，该密封部至少局部具有聚烯丙基胺所构成的层，该聚烯丙基胺所构成的层位于金属层和引线导体之间的部分处，并与引线导体接触(本申请第一发明方面)。可密封容器和引线导体通过热粘结层熔融结合在一起，以及，通过进一步在与引线导体接触的部分处设置由聚烯丙基胺所构成层，提高耐电解液性。
聚烯丙基胺是通过聚合至少一种类型的烯丙胺而得到的聚合物。当使用分子结构中具有二氧化硫的聚烯丙基胺时，如烯丙胺和二氧化硫的共聚物，与金属的粘附性提高，这是优选的(本申请第二发明方面)。
此外，当聚烯丙基胺包括二烯丙胺作为可聚合成分时，防腐蚀能力提高，这是优选的(本申请第三发明方面)。当包含二烯丙胺作为可聚合成分时，聚合物中存在二级或更高的胺基团，因此，提高防腐蚀能力。在这种情况下，可以使用通过仅聚合二烯丙胺得到的二烯丙胺聚合物，或者，也可以使用通过二烯丙胺与其他共聚成分聚合得到的二烯丙胺共聚物。
此外，本发明提供了一种非水电解液电池，其包括：具有金属层的可密封容器，从可密封容器的内部延伸到外部的引线导体，封入可密封容器内部的非水电解液，以及封入可密封容器内部并与引线导体端部相连接的电极，可密封容器和引线导体在密封部处熔融粘结，其特征在于，密封部至少局部具有聚烯丙基胺所构成层，该聚烯丙基胺所构成层位于金属层与引线导体之间的部分处，并与引线导体接触(本申请第四发明方面)。在具有这样结构的非水电解液电池中，密封部具有高粘附性和密封性能，并且对电解质的耐受性高，因此，即使长时间使用，也可保持粘附性和密封性能。
此外，本发明提供了一种在电气部件或非水电解液电池中使用的引线，该引线包括：引线导体；热粘结层，其覆盖引线导体中至少与密封部对应的部分；以及聚烯丙基胺构成的层，其设置在热粘结层和引线导体之间(本申请的第五发明方面)。
引线导体中与密封部对应的部分为引线导体与可密封容器(金属层)结合在一起的部分。当引线导体中与这部分对应的一个表面或两个表面上覆盖有热粘结层、并且将聚烯丙基胺所构成层设置于热粘结层和引线导体之间时，聚烯丙基胺所构成层与引线导体接触。通过使用具有这种结构的引线，可以得到这样的电气部件和非水电解液电池，其中，密封部具有高的粘附性和密封性能，以及，即使经过长期使用，也可以保持粘附性和密封性能。当引线导体由镍或表面镀有镍的金属构成时，特别地，提高了耐电解液性的改善效果(本申请的第六发明方面)。
此外，本发明提供了一种在电气部件或非水电解液电池中使用的可密封容器，该可密封容器包括：金属层；热粘结层，其覆盖金属层中至少对应于密封部的部分；以及，聚烯丙基胺构成的层，其在与引线导体接触的部分处设置在热粘结层的表面上(本申请的第七发明方面)。
金属层中对应于密封部的部分是引线导体和可密封容器(金属层)结合在一起的部分。可密封容器由层合膜构成，该层合膜大致包括金属层和覆盖金属层整个表面的树脂层。可以在树脂层表面上对应于密封部的部分处设置热粘结层，以及，聚烯丙基胺所构成层可以设置在热粘结层的表面上。可替换地，树脂可以完全或部分由热粘结层取代，以及，在对应于密封部的部分处，可以将聚烯丙基胺所构成层设置于热粘结层的表面上。通过使用具有这种结构的可密封容器，能获得这样的电气部件和非水电解液电池，其中，密封部具有高的粘附性和密封性能，以及，即使经过长期使用，也能够维持粘附性和密封性能。
发明的有益效果
根据本发明，能够提供一种电气部件和一种非水电解液电池，其中，在初始状态下以及在与电解质溶液接触的状态下，可提高粘附性和密封性能，以及，本发明还提供在电气部件和非水电解液电池中使用的引线和可密封容器。
附图说明
[图1]图1是根据本发明实施例的非水电解液电池的正视图；
[图2]图2是根据本发明实施例的非水电解液电池的局部剖视图；
[图3A]图3A是根据本发明实施例的引线的局部剖视图，其中，由聚烯丙基胺构成的层仅设置在热粘结层的表面上；
[图3B]图3B是根据本发明实施例的引线的局部剖视图，其中，由聚烯丙基胺构成的层设置为完全覆盖引线导体；
[图4]图4是根据本发明实施例的可密封容器的局部剖视图；
[图5]图5是根据本发明实施例的可密封容器的局部剖视图；以及
[图6]图6是根据本发明实施例的可密封容器的局部剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图描述本发明电气部件的结构。在附图中，相同的附图标记表示相同或相应的部分，并且省略重复的描述。此外，附图中的尺寸比例并不总是与描述中的相一致。图1是正视图，示意性示出根据一个实施例的非水电解液电池，如锂离子电池，以及，图2是沿图1中A-A′线截取的局部剖视图。非水电解液电池1包括：基本上为矩形的可密封容器2，以及，从可密封容器2的内部延伸到外部的引线导体3。
如图2中所示，可密封容器2由三层式层合膜8构成，其包括金属层5、以及覆盖金属层5的树脂层6和树脂层7。金属层5由金属如铝箔构成。作为位于可密封容器外侧的树脂层6，可以使用聚酰胺树脂，如尼龙6，6或尼龙6、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂等。此外，作为位于可密封容器2内侧的树脂层7，优选使用不溶解于非水电解液且通过加热熔融的绝缘性树脂。其示例包括聚烯烃树脂、酸改性聚烯烃树脂、以及酸改性苯乙烯类弹性体。通过叠置两个层合膜8，以及，除了引线导体穿过所在侧面之外热封其余的三个侧面，形成可密封容器2。在可密封容器的外周，两个金属层5通过树脂层7结合在一起。
在密封部9处，引线导体3通过热粘结层4与可密封容器(层合膜8)结合(熔融粘结)。在热粘结层4的内侧，在与引线导体3接触的部分处设置由聚烯丙基胺(polyallylamine)所构成的层14。
连接至各自引线导体端部的用于正极10的集电体和用于负极11的集电体、非水电解液13、以及隔板12进一步被封在非水电解液电池内部。
作为构成热粘结层4的材料，可以使用任何树脂，只要该树脂能因热封过程中的热而熔融以便将可密封容器和引线导体结合在一起即可。例如，可以使用聚烯烃树脂、酸改性聚烯烃树脂、酸改性苯乙烯类弹性体等。除了这些树脂之外，在热粘结层还可以混入多种添加剂，如阻燃剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、热稳定剂、润滑剂、以及着色剂。使用公知的混合机，如开辊混炼器、压力捏合机、单螺杆捏和机、或双螺杆捏和机，将树脂材料和添加剂混合，然后通过挤出成型等形成膜状热粘结层。热粘结层的厚度取决于引线导体的厚度，优选为30μm至200μm。
在使用之前，也可以用电离辐射如加速的电子束或γ射线使热粘结层交联。通过交联可提高耐热性，并且，能够防止粘附性降低或在使用过程中温度增加时在引线导体与金属层之间发生短路。整个热粘结层可进行交联，或者，热粘结层可以形成为具有多层结构，其中非交联层和交联层彼此叠置。
例如，可以通过将聚烯丙基胺溶解在溶剂中制得的溶液施加于热粘结层的表面，然后进行干燥，形成由聚烯丙基胺构成的层。作为溶剂，可以使用水、甲醇、乙醇、丙二醇单甲醚等。聚烯丙基胺所构成层的厚度优选为10nm至0.1μm。
聚烯丙基胺是通过聚合至少一种类型的烯丙胺而得到的聚合物。烯丙胺的均聚物、二烯丙胺的均聚物、烯丙胺与二烯丙胺的共聚物、烯丙胺或二烯丙胺、二氧化硫、以及马来酸等的共聚物可以用作聚烯丙基胺。也可以使用这样的聚烯丙基胺，其胺部分被中和，例如乙酸盐、或盐酸盐。
可以预先将热粘结层4和聚烯丙基胺所构成层14设置成覆盖与引线导体3的密封部对应的部分。此结构限定为引线。图3A和图3B分别是引线的示意性剖视图。引线的两个表面上覆盖有聚烯丙基胺所构成层14和热粘结层4。聚烯丙基胺所构成层14可以仅设置于热粘结层的表面上，如图3A所示，或者，聚烯丙基胺所构成层14可以设置成完全覆盖引线导体，如图3B所示。例如，具有图3A中所示结构的引线可以如下方式制成：通过将聚烯丙基胺溶液施加于热粘结层4的表面上，形成聚烯丙基胺所构成层14，以及，将所得到的结构体结合到引线导体，使得由聚烯丙基胺所构成的层与引线导体接触。或者，具有图3A所示结构的引线可以如下方式制成：通过将聚烯丙基胺溶液施加于引线导体的表面上，形成聚烯丙基胺所构成层14，然后使其与热粘结层结合。注意，在某些情况下引线可被称为“凸耳引线”。
作为引线导体3，可以使用金属，如铝、镍、铜或镀镍铜。在锂离子电池的情况下，使用铝作为正极，以及，在许多情况下使用镍或镀镍铜作为负极。
可以预先将热粘结层4和聚烯丙基胺所构成层14设置在可密封容器中。在这种情况下，层合膜中至少对应于密封部的部分被热粘结层4覆盖，以及，聚烯丙基胺所构成层设置于热粘结层的表面上。这种可密封容器的示例包括：热粘结层4和聚烯丙基胺所构成层14设置于树脂层7内侧的结构(图4)；用热粘结层4完全取代绝缘树脂层7，并且在与密封部对应的部分处将聚烯丙基胺所构成层设置于热粘结层的表面上的结构(图5)；以及绝缘树脂层7的一部分(对应于密封部的部分)用热粘结层4取代，并且将聚烯丙基胺所构成层设置于热粘结层4的表面上的结构(图6)。此外，当引线导体和可密封容器被密封(熔融粘结)到一起时，粘合部件(其中聚烯丙基胺所构成层设置于热粘结层表面上)可插在引线导体和可密封容器之间。
在本实施例中，描述锂离子电池作为示例。然而，根据本发明的电气部件和非水电解液电池并不局限于这种形式。
实施例
本发明将基于实施例进行更详细的描述。应当理解，实施例并不限制本发明的范围。
(实施例1至5)
作为用于负极的各引线导体，制备由镀镍铜构成的引线导体，厚度为0.1毫米(mm)，宽度为20毫米，长度为40毫米。将引线导体浸渍在表1示出类型的聚烯丙基胺溶液中，随后在100℃下进行干燥，以在引线导体的表面上形成聚烯丙基胺所构成的层。通过对马来酸酐改性聚丙烯进行挤出成型，形成厚度为100μm的热粘结层。用热粘结层覆盖引线导体的两个表面，并且通过在180℃下施压5秒进行结合。由此，制成引线。
(实施例6和7)
作为用于负极的各引线导体，制备由镀镍铜构成的引线导体，厚度为0.1毫米，宽度为20毫米，长度为40毫米。通过对马来酸酐改性聚丙烯进行挤出成型，形成厚度为100μm的热粘结层。将表1所示类型的聚烯丙基胺溶液施加于所得到热粘结层的表面上，随后在100℃下进行干燥。由此，得到绝缘膜，其中，聚烯丙基胺所构成层置于热粘结层的表面上。用绝缘膜覆盖引线导体的两个表面，使得聚烯丙基胺所构成层与导体接触，以及，通过在180℃下施压5秒进行结合。由此，制成引线。
(比较例1)
作为用于负极的引线导体，制备由镀镍铜构成的引线导体，其厚度为0.1毫米，宽度为20毫米，长度为40毫米。通过对马来酸酐改性聚丙烯进行挤出成型，形成厚度为100μm的热粘结层。热粘结层覆盖引线导体的两个表面，以及，在180℃下施5秒进行结合。由此，制成引线。
碳酸乙二醇酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、和碳酸二甲酯(DMC)以1∶1∶1的体积比混合，以及，将1.0摩尔/升(mol/l)六氟磷酸锂(LiPF6)作为电解质溶解于其中，以制备电解质溶液。实施例1至7和比较例1的引线分别浸渍在电解质溶液中，并且，在电解质溶液中的水分百分比被调节到100ppm到200ppm的情况下，在65℃的恒温浴中静置2周，以及，静置4周。然后，目视观察热粘结层和引线导体之间所发生的脱离，以及，通过180℃剥离试验评价粘附性。结果示于表1中。术语“材料断裂”是指，由于粘附性非常高且使被剥离热粘结层断裂，粘附性不可测的情况。
[表1]
(注释)
(*1)烯丙胺聚合物部分地含有尿素(Nitto Boseki有限公司制造的PAA-N5000)
水/甲醇溶液(浓度1.5％)
(*2)二烯丙胺聚合物(Nitto Boseki有限公司制造的PAS-21)
水/丙二醇单甲醚溶液(浓度2.5％)
(*3)二烯丙基胺乙酸盐和二氧化硫的共聚物(Nitto Boseki有限公司制造的PAS-92A)
水/丙二醇单甲醚溶液(浓度10％)
(*4)烯丙胺聚合物(Nitto Boseki有限公司制造的PAA-03)水/甲醇溶液(浓度2％)
(*5)二甲基二烯丙基氯化铵共聚物(Nitto Boseki有限公司制造的PAS-H-5L)
水/甲醇溶液(浓度3％)
在实施例1至7中，聚烯丙基胺所构成层形成在与导体接触的部分处，即使被浸渍在电解质溶液中4周之后也没有发生脱离，因而表现出良好的耐电解质浸泡性。相比较而言，在比较例1中没有使用聚烯丙基胺，在电解质溶液中浸渍约1周后发生脱离。
在实施例3和7中，二烯丙基胺乙酸盐和二氧化硫的共聚物用作处理液。在这些实施例中，与导体的粘附性，无论是在电解质溶液中浸渍2周后的粘附性，还是在电解质溶液中浸渍4周后的粘附性，都是非常高的，并且，粘附性和耐电解液性非常好。此外，与烯丙胺聚合物用作处理液的实施例4相比，容易看出，在使用其他处理液的实施例1至3和5至7中，2周后的粘附性和4周后的粘附性都很高，以及，粘附性和耐电解液性都很高。
工业实用性
如上所述，根据本发明，能够提供一种电气部件、一种非水电解液电池、以及其中所使用的引线和可密封容器。电气部件包括具有金属层的可密封容器、以及从可密封容器内部延伸到外部的引线导体，可密封容器和引线导体在密封部处熔融粘结，其中，该密封部至少部分地具有聚烯丙基胺所构成的层，该聚烯丙基胺所构成的层位于金属层和引线导体之间的部分处，并与引线导体接触，因此，在初始状态下和与电解质溶液接触的状态下，可以提高粘附性和密封性能。
附图标号列表
1非水电解液电池
2可密封容器
3引线导体
4热粘结层
5金属层
6树脂层
7树脂层
8层合膜
9密封部
10正极的集电体
11负极的集电体
12隔板
13非水电解液
14聚烯丙基胺所构成的层

Claims (7)

1.一种电气部件，包括：
可密封容器，其具有金属层；以及
引线导体，其从所述可密封容器的内部延伸到外部，所述可密封容器和所述引线导体在密封部处熔融粘结，
所述电气部件的特征在于，所述密封部至少局部具有由聚烯丙基胺构成的层，所述聚烯丙基胺构成的层位于所述金属层与所述引线导体之间的部分处，并与所述引线导体接触。
2.根据权利要求1所述的电气部件，其特征在于，聚烯丙基胺在其分子结构中具有二氧化硫。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电气部件，其特征在于，聚烯丙基胺包括二烯丙胺作为可聚合成分。
4.一种非水电解液电池，包括：
可密封容器，其具有金属层；
引线导体，其从所述可密封容器的内部延伸到外部；
非水电解液，其被封在所述可密封容器的内部；以及
电极，其被封在所述可密封容器的内部并与所述引线导体的端部连接，所述可密封容器与所述引线导体在密封部处熔融粘结，
所述非水电解液电池的特征在于，所述密封部至少局部具有由聚烯丙基胺构成的层，所述聚烯丙基胺构成的层位于所述金属层与所述引线导体之间的部分处，并与所述引线导体接触。
5.一种引线，其在根据权利要求1至权利要求3中任一项权利要求所述的电气部件中使用，或在根据权利要求4所述的非水电解液电池中使用，所述引线包括：
引线导体；
热粘结层，其覆盖所述引线导体中至少与所述密封部对应的部分；以及
聚烯丙基胺构成的层，其设置于所述热粘结层与所述引线导体之间。
6.根据权利要求5所述的引线，其中，所述引线导体由镍或表面镀有镍的金属构成。
7.一种可密封容器，其在根据权利要求1至权利要求3中任一项权利要求所述的电气部件中使用，或在根据权利要求4所述的非水电解液电池中使用，所述可密封容器包括：
金属层；
热粘结层，其覆盖所述金属层中至少与所述密封部对应的部分；以及
聚烯丙基胺构成的层，其在与所述引线导体接触的部分设置在所述热粘结层的表面上。
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