CN105368336A - 一种电化学电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于胶带及电化学电池领域，特别涉及一种胶带，包括基材和粘接层，所述粘接层附着于所述基材的至少一个表面，所述胶带为多孔结构，孔区域的面积为S1，非孔区域的面积为S2；所述基材的厚度为h1，所述粘接层的厚度为h2；并且(S2×h2)/(S1×h1)≤2；以及含有上述胶带的电化学电池，包括裸电芯和外包装，上述胶带设置与裸电芯与外包装中间，并将裸电芯与外包装紧紧的粘接在一起。本发明中，(S2×h2)/(S1×h1)≤2，即是非孔区域粘胶层体积小于或等于孔区域的基材体积的二倍，此时孔区域有足够的空间容纳非孔区域溢出的粘胶层，从而限制粘胶层不受控制的流动，最终影响电池的封装可靠性。

Description

一种电化学电池及其制备方法

技术领域

本发明属于电化学电池领域，特别涉及一种电化学电池及其制备方法。

背景技术

进入21世纪以后，各种电子器件产品如手机、笔记本、可穿戴设备等层出不穷，极大的丰富了广大用户的生活；同时，电动汽车及各类储能电站也如雨后春笋般迅速萌芽、发展、壮大。以上高科技产品，具有一个共同特征：需要高性能电池充当储能部件。

现有的电池主要有一次电池和二次电池两大类；所谓一次电池，即无法反复充电的电池，主要包括碳锌电池、碱性电池、糊式锌锰电池、纸板锌锰电池、碱性锌锰电池、扣式电池(扣式锌银电池、扣式锂锰电池、扣式锌锰电池)、锌空气电池、一次锂锰电池等、水银电池；所谓二次电池，即可充电电池，主要包括二次碱性锌锰电池、镍镉充电电池、镍氢充电电池、锂充电电池、铅酸电池、太阳能电池。铅酸蓄电池可分为：开口式铅酸蓄电池、全密闭铅酸蓄电池。而从外包装角度分析，现有电池主要分为软包装电池及硬壳包装电池，由于软包装电池包装膜本身厚度小，可塑性大，被广泛的运用于各类高档一次电池和二次电池中。

然而，随着各类用电设备的不断升级，其对电池的性能提出了更多要求，如电池更高能量密度、更快充放电速度、更长循环寿命、更好安全性能等，而这其中，电芯安全性能与用电产品的安全使用及用户的生命财产及人生安全密切相关，备受电池生产厂商、用户的关注。如电池的抗跌落能力，备用户提出了越来越高的要求，并制定了相应的检测标准，如跌落测试、滚筒测试等。

为了解决以上问题，专利申请号为201420044841.8的实用新型专利发明了一种有效方法：卷绕式电芯，由正极极片、隔离膜与负极极片依次卷绕而成，其中，隔离膜的宽度大于正极极片和负极极片的宽度；电解液；以及封装膜，封装卷绕式电芯并容纳电解液；其中，卷绕式电芯的卷绕收尾处粘贴单面粘胶层，单面粘胶层的胶为可流动的固化胶，卷绕式电芯与封装膜通过流动而流出在单面粘胶层周围的固化胶而粘接在一起。粘贴单面粘胶层可防止卷绕式电芯在卷绕完成后、放入封装膜之前散开或者变形，且能够方便卷绕式电芯放入封装膜。然而由于该方法采用了可流动胶，在实际生产过程中，胶液很容易流淌至除气封装边，从而导致封装失效。

有鉴于此，确有必要开发一种新的电池，其既能解决电池的抗跌落问题，又不影响电池除气封装边的封装可靠性。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种胶带，包括基材和粘接层，所述粘接层附着于所述基材的至少一个表面，所述胶带为多孔结构，孔区域的面积为S1，非孔区域的面积为S2；所述基材的厚度为h1，所述粘接层的厚度为h2；并且(S2×h2)/(S1×h1)≤2；以及含有上述胶带的电化学电池，包括裸电芯和外包装，上述胶带设置与裸电芯与外包装中间，并将裸电芯与外包装紧紧的粘接在一起。本发明中，(S2×h2)/(S1×h1)≤2，即是非孔区域粘胶层体积小于或等于孔区域的基材体积的二倍，此时孔区域有足够的空间容纳非孔区域溢出的粘胶层，从而限制粘胶层不受控制的流动，最终影响电池的封装可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种胶带，包括基材和粘接层，所述粘接层附着于所述基材的至少一个表面，所述胶带为多孔结构，孔区域的面积为S1，非孔区域的面积为S2；所述基材的厚度为h1，所述粘接层的厚度为h2；并且(S2×h2)/(S1×h1)≤2。

作为本发明一种胶带的改进，将所述胶带置于温度大于或等于40℃的环境中或/和对所述胶带施加大于或等于0.05MPa面压时，所述粘接层具有流动性；在此温度(小于等于100℃)下，胶带的基材结构保持完整，不会变形。即所述胶带为溢胶型胶带，在加热状态粘胶层呈现可流动性能而基材保持原有形状。

作为本发明一种胶带的改进，所述孔区域的等效直径(将孔区域面积等效为同等面积的圆时，圆的直径即为孔的等效直径)小于或等于4cm，并且0.5≤(S2×h2)/(S1×h1)≤1.5，h1≤200μm。等效直径过大，在使用时，不利于胶层的填充，容易出现孔洞中心无粘接层填充的状况；(S2*h2)/(S1*h1)过大，即非孔区域粘胶层体积比孔区域的基材体积过大，此时可流动的粘胶层体积较能够存储胶液的基材孔洞区体积明显偏大，因此基材孔洞区无法尽量多的存储溢出的胶液，胶液将不受限制的流动，极易扩散到除气封装边，从而影响封装可靠性；(S2*h2)/(S1*h1)过小，即非孔区域粘胶层体积比孔区域的基材体积过小，此时可流动的粘胶层体积较能够存储胶液的基材孔洞区体积明显偏少，因此没有足够的粘胶层溢胶填充基材孔洞区，从而使得裸电芯与外包装之间的有效粘接区过小，减小两者之间的粘接力，因此将影响电芯的抗跌落性能。h1过大，不仅会增加电芯整体厚度，而且较为坚硬的基材区的存在，会使得外包装在孔洞区内陷，从而影响电池外观。

作为本发明一种胶带的改进，所述孔区域的孔的大小或/和孔的形状相同；两孔边缘之间距离相等；孔的形状选自圆形、长方形、正六边形、菱形、梯形、椭圆形和三角形中的至少一种。

作为本发明一种胶带的改进，所述基材选自双向拉伸聚丙烯薄膜、布基、牛皮纸、美纹纸、纤维、PVC、PE泡棉和聚酰亚胺中的至少一种；所述粘胶层选自有机硅压敏胶粘剂、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚氨酯和聚丙烯酸酯中的至少一种。

本发明还包括一种电化学电池，所述电化学电池包括裸电芯、电解液及外包装，所述裸电芯与所述外包装之间设置有上述的胶带，所述胶带覆盖所述裸电芯表面积的2％～80％。

本发明还包括一种电化学电池，所述电化学电池包括裸电芯、电解液及外包装，所述裸电芯与所述外包装之间设置有上述述胶带的基材，粘接层位于基材上或/和基材的孔洞中，将所述裸电芯与所述外包装粘接在一起，所述胶带基材(包括孔洞面积)覆盖所述裸电芯表面积的2％～80％。

作为所述电化学电池的一种改进，所述胶带覆盖所述裸电芯表面积的2％～30％；所述胶带离所述电池除气封装边的距离大于或等于2mm，即预留部分距离，确保溢胶不扩散至除气封装边，影响封装可靠性。

本发明还包括一种电化学电池的制备方法，主要包括如下步骤：

步骤1，裸电芯制备：将正极片、负极片以及隔离膜组装得到裸电芯待用；

步骤2，粘接层设置：将本发明的胶带粘贴在裸电芯表面或外包装内侧，之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

步骤3，成品电池制备：将步骤2得到的电芯烘干、注液、化成、整形、除气、封口得到成品电芯；且在化成或/和整形过程中，对电芯置于大于或等于40℃的环境中或/和对电芯施加大于或等于0.05MPa的面压。

作为本发明电化学电池制备方法的一种改进，步骤1所述裸电芯为卷绕式裸电芯或/和叠片式裸电芯；所述卷绕结构的裸电芯以阴极或隔离膜收尾；所述裸电芯的收尾胶为权利要求1所述胶带。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(S2*h2)/(S1*h1)的大小合适，即非孔区域粘胶层体积比孔区域的基材体积大小合适，此时可流动的粘胶层体积能够存储胶液的基材孔洞区体积匹配较好，因此基材孔洞区能够存储溢出的胶液，使得溢出的胶液被限制在固定区域而不会扩散至除气封装边，最终保证封装效果；同时溢出的胶液也能够充分的填充基材孔洞，从而使得裸电芯与外包装之间的有效粘接区尽可能的大，从而增加两者之间的粘接力，达到最佳的抗跌落效果。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明及其有益效果进行详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

比较例，

裸电芯制备：将正极片、负极片以及隔离膜卷绕得到裸电芯待用；

粘接层设置：选择厚度为40μm的双向拉伸聚丙烯薄膜作为基材、厚度为30μm的聚氨酯为粘胶层组成的胶带待用；将胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带覆盖裸电芯表面积的50％，胶带离电池除气封装边的距离小于2mm(具体为1mm左右)；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

成品电池制备：将上述顶封后的电芯烘干、注液，待电解液充分浸润后于75℃、0.6MPa下进行夹具化成，之后整形、除气、封口得到成品电芯。

实施例1，与比较例不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为40μm的双向拉伸聚丙烯薄膜作为基材、厚度为30μm的聚氨酯为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为圆形，孔间距相等，孔直径为5mm，(S2×h2)/(S1×h1)＝0.5，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的50％，胶带离电池除气封装边的距离为4mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

其余与比较例相同，这里不在赘述。

实施例2，与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为40μm的双向拉伸聚丙烯薄膜作为基材、厚度为30μm的聚氨酯为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为圆形，孔间距相等，孔直径为5mm，(S2×h2)/(S1×h1)＝0.8，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的50％，胶带离电池除气封装边的距离为4mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

其余与实施例1相同，不再赘述。

实施例3，与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为40μm的双向拉伸聚丙烯薄膜作为基材、厚度为30μm的聚氨酯为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为圆形，孔间距相等，孔直径为5mm，(S2×h2)/(S1×h1)＝0.9，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的50％，胶带离电池除气封装边的距离为4mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

其余与实施例1相同，不再赘述。

实施例4，与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为40μm的双向拉伸聚丙烯薄膜作为基材、厚度为30μm的聚氨酯为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为圆形，孔间距相等，孔直径为5mm，(S2×h2)/(S1×h1)＝1.0，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的50％，胶带离电池除气封装边的距离为4mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

其余与实施例1相同，不再赘述。

实施例5，与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为40μm的双向拉伸聚丙烯薄膜作为基材、厚度为30μm的聚氨酯为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为圆形，孔间距相等，孔直径为5mm，(S2×h2)/(S1×h1)＝1.1，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的50％，胶带离电池除气封装边的距离为4mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

其余与实施例1相同，不再赘述。

实施例6，与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为40μm的双向拉伸聚丙烯薄膜作为基材、厚度为30μm的聚氨酯为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为圆形，孔间距相等，孔直径为5mm，(S2×h2)/(S1×h1)＝1.2，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的50％，胶带离电池除气封装边的距离为4mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

其余与实施例1相同，不再赘述。

实施例7，与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为40μm的双向拉伸聚丙烯薄膜作为基材、厚度为30μm的聚氨酯为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为圆形，孔间距相等，孔直径为5mm，(S2×h2)/(S1×h1)＝1.5，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的50％，胶带离电池除气封装边的距离为4mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

其余与实施例1相同，不再赘述。

实施例8，与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为40μm的双向拉伸聚丙烯薄膜作为基材、厚度为30μm的聚氨酯为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为圆形，孔间距相等，孔直径为5mm，(S2×h2)/(S1×h1)＝2.0，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的50％，胶带离电池除气封装边的距离为4mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

其余与实施例1相同，不再赘述。

实施例9，与实施例1不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为200μm的聚酰亚胺作为基材、厚度为100μm的有机硅压敏胶粘剂为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为正方形，孔间距相等，孔直径为4cm，(S2×h2)/(S1×h1)＝0.5，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的80％，胶带离电池除气封装边的距离为3mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

成品电池制备：将上述顶封后的电芯烘干、注液，待电解液充分浸润后于40℃、2MPa下进行夹具化成，之后整形、除气、封口得到成品电芯。

其余与实施例1相同，不再赘述。

实施例10，与实施例9不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为80μm的聚酰亚胺作为基材、厚度为50μm的有机硅压敏胶粘剂为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为正六边形，孔间距相等，孔直径为1cm，(S2×h2)/(S1×h1)＝1.1，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的30％，胶带离电池除气封装边的距离为5mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

成品电池制备：将上述顶封后的电芯烘干、注液，待电解液充分浸润后于50℃、3MPa下进行夹具化成，之后整形、除气、封口得到成品电芯。

其余与实施例9相同，不再赘述。

实施例11，与实施例9不同的是，本实施例包括如下步骤：

粘接层设置：选择厚度为10μm的纤维作为基材、厚度为50μm的聚丙烯酸酯为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为正六边形，孔间距相等，孔直径为3mm，(S2×h2)/(S1×h1)＝1.1，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的2％，胶带离电池除气封装边的距离为5mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

成品电池制备：将上述顶封后的电芯烘干、注液，待电解液充分浸润后于90℃、0.05MPa下进行夹具化成，之后整形、除气、封口得到成品电芯。

其余与实施例9相同，不再赘述。

实施例12，与实施例9不同的是，本实施例包括如下步骤：

裸电芯制备：将正极片、负极片以及隔离膜叠片得到裸电芯待用；

粘接层设置：选择厚度为10μm的纤维作为基材、厚度为50μm的聚丙烯酸酯为粘胶层组成的胶带，之后在胶带上打孔，孔形状为正六边形，孔间距相等，孔直径为3mm，(S2×h2)/(S1×h1)＝1.1，得到多孔胶带待用；将多孔胶带粘贴于上述裸电芯表面，且胶带(包括孔区域面积)覆盖裸电芯表面积的15％，胶带离电池除气封装边的距离为5mm；之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

其余与实施例9相同，不再赘述。

测试过程：

安全测试(跌落测试)：从比较例1、实施例1-10中各取出10只电池进行跌落测试：将电池用双面胶固定在跌落测试夹具中，测试其初始电压V0，在室温25℃环境中，将夹具置于1.5m高的测试台上、电芯头部朝下做自由落体运动，循环10次，完成跌落测试。静置1H后测试电芯最终电压V1，并计算电压降为ΔV，当ΔV>2mV时认为跌落测试失效，并统计失效个数；同时观察外观是否破损。

封装可靠性测试：从比较例1、实施例1-10中各取出30只电池进行封装可靠性测试：测试电池厚度记为h1，之后将其置于温度为60℃、湿度为95％的环境中烘烤30天，取出样品，待其降温至室温时，测试电池厚度记为h2；当(h2-h1)/h1>10％时，认为封装失效，并统计封装失效电芯个数。

对比比较例与各实施例可得，本发明不仅能够有效的改善电芯的抗跌落性能，而且能够极大的提高电池的封装可靠性。这是由于本发明使用特定结构的多孔胶带，可流动的粘胶层体积较能够存储胶液的基材孔洞区体积匹配较好，基材孔洞区能够存储溢出的胶液，使得溢出的胶液被限制在固定区域而不会扩散至除气封装边，最终影响封装效果；同时溢出的胶液也能够充分的填充基材孔洞，从而使得裸电芯与外包装之间的有效粘接区尽可能的大，从而增加两者之间的粘接力，达到最佳的抗跌落效果。

由实施例1～实施例8可得，(S2×h2)/(S1×h1)较小时，电池的抗跌落性能较差，(S2×h2)/(S1×h1)较大时，电池的封装可靠性相对较差，与本发明说明书效果匹配。

由实施例11可得，当胶层对裸电芯的覆盖面积比例较低时，裸电芯与外包装之间的粘接面积较小，相应粘接力较小，制得的电芯的抗跌落性能较差。

表1各比较例、实施例测试结果汇总表

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。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 (10)

1.一种胶带，包括基材和粘接层，所述粘接层附着于所述基材的至少一个表面，其特征在于：

所述胶带为多孔结构，孔区域的面积为S1，非孔区域的面积为S2；

所述基材的厚度为h1，所述粘接层的厚度为h2；

并且(S2×h2)/(S1×h1)≤2。

2.一种权利要求1所述的胶带，其特征在于，将所述胶带置于温度大于或等于40℃的环境中或/和对所述胶带施加大于或等于0.05MPa面压时，所述粘接层具有流动性。

3.一种权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述孔区域的等效直径小于或等于4cm，并且0.5≤(S2×h2)/(S1×h1)≤1.5，h1≤200μm。

4.一种权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述孔区域的孔的大小或/和孔的形状相同；相邻的两孔的相邻边缘之间的距离相等；孔的形状选自圆形、长方形、正六边形、菱形、梯形、椭圆形和三角形中的至少一种。

5.一种权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述基材选自双向拉伸聚丙烯薄膜、布基、牛皮纸、美纹纸、纤维、PVC、PE泡棉和聚酰亚胺中的至少一种；所述粘胶层选自有机硅压敏胶粘剂、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚氨酯和聚丙烯酸酯中的至少一种。

6.一种电化学电池，包括裸电芯、电解液及外包装，其特征在于，所述裸电芯与所述外包装之间设置有权利要求1所述的胶带，所述胶带覆盖所述裸电芯表面积的2％～80％。

7.一种电化学电池，包括裸电芯、电解液及外包装，其特征在于，所述裸电芯与所述外包装之间设置有权利要求1所述胶带的基材，粘接层位于基材上或/和基材的孔洞中，将所述裸电芯与所述外包装粘接在一起，所述胶带基材(包括孔洞面积)覆盖所述裸电芯的表面积的2％～80％。

8.一种权利要求7所述的电化学电池，其特征在于，所述胶带覆盖所述裸电芯的表面积的2％～30％；所述胶带离所述外包装的电池除气封装边的距离大于或等于2mm。

9.一种权利要求7所述电化学电池的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

步骤1，裸电芯制备：将正极片、负极片以及隔离膜组装得到裸电芯待用；

步骤2，粘接层设置：将权利要求1所述胶带粘贴在裸电芯表面或外包装内侧，之后将裸电芯置于外包装袋中进行顶封、侧封；

步骤3，成品电池制备：将步骤2得到的电芯烘干、注液、化成、整形、除气、封口得到成品电芯；且在化成或/和整形过程中，对电芯置于大于或等于40℃的环境中或/和对电芯施加大于或等于0.05MPa的面压。

10.一种权利要求9所述电化学电池的制备方法，其特征在于，步骤1所述裸电芯为卷绕式裸电芯或/和叠片式裸电芯；所述卷绕结构的裸电芯以阴极或隔离膜收尾；所述裸电芯的收尾胶为权利要求1所述胶带。