CN105514307A - 一种锂离子电池封装外壳及含有该封装外壳的锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本申请涉及锂离子电池领域，具体讲，涉及一种锂离子电池封装外壳，制备方法及含有该封装外壳的锂离子电池。本申请的封装外壳包覆于锂离子电池的裸电芯外，由内至外依次为密封壳层、金属镀膜层和塑料镀膜层，密封壳层包覆于锂离子电池的裸电芯并密封后，金属镀膜层和塑料镀膜层依次设置于密封壳层的外表面。本申请的封装外壳结构的各层材料是在产品制造或包装过程中分别加工到产品外部，在其折边处和折角处的厚度和强度保持不变，避免了在冲压程序中带来的封装缺陷，从而大大提高了产品的封装可靠性，外壳无拉伸变形和起皱，避免带来的外观缺陷，改善了产品的外观，提升了电池能量密度。

Description

一种锂离子电池封装外壳及含有该封装外壳的锂离子电池

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，具体讲，涉及一种锂离子电池封装外壳及含有该封装外壳的锂离子电池。

背景技术

传统的锂离子电池，采用由尼龙薄膜、铝箔和密封材料通过挤压复合而成的包装复合膜作为外壳材料。在电池制造过程中，包装复合膜经过冲压成形工艺制作成电池的外壳，再将裸电芯包裹后进行电池封装和制成电池。在冲压成形时，外壳会经受拉伸和挤压，在角位等拉伸区域的外壳会变薄，相应的，其尼龙层、铝箔层和密封材料层也会变薄。通常，外壳的角位和边沿等在外壳成形时经过了拉伸的区域，其厚度缩减到初始厚度的40％～80％，其中的铝箔层会出现针孔、裂纹等缺陷，导致密封性能下降，影响电池性能和工作寿命。

针对现有技术的缺陷，特提出本申请。

发明内容

本申请的首要发明目的在于提出一种锂离子电池的封装外壳。

本申请的第二发明目的在于提出该锂离子电池的封装外壳的制备方法。

本申请的第三发明目的在于提出含有该封装外壳的锂离子电池。

为了完成本申请的目的，采用的技术方案为：

一种锂离子电池的封装外壳，所述封装外壳包覆于锂离子电池的裸电芯外，所述封装外壳由内至外依次为密封壳层、金属镀膜层和塑料镀膜层，所述密封壳层包覆于锂离子电池的裸电芯并密封后，所述金属镀膜层和塑料镀膜层依次设置于密封壳层的外表面。

优选的，所述金属镀膜层在所述封装外壳的折边处和折角处的厚度不小于其在所述封装外壳的平面处的厚度；优选的，所述密封壳层、所述塑料镀膜层在所述封装外壳的折边处和折角处的厚度不小于其在所述封装外壳的平面处的厚度；更优选的，所述密封壳层、所述金属镀膜层和所述塑料镀膜层在所述封装外壳的折边处和折角处的厚度分别与其在所述封装外壳的平面处的厚度相同。

优选的，所述密封壳层、所述金属镀膜层和所述塑料镀膜层在折边处和折角处所形成的弧面为共轴弧面。

优选的，所述密封壳层的材质选自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯或聚丙烯的酯化物、聚乙烯或聚丙烯的离子交联物中的至少一种；所述聚乙烯选自低密度聚乙烯、中密度聚乙烯或高密度聚乙烯；所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、嵌段聚丙烯或无规聚丙烯；所述金属镀膜层的材质选自金属、金属合金、金属氧化物或陶瓷中的至少一种，所述金属选自铝、铁、银、铜、镍、锰、锡、钛、锆、钒；所述塑料镀膜层的材质选自聚酰胺树脂、聚烯烃、聚碳酸酯、氟树脂中的至少一种。

优选的，在所述塑料镀膜层的材质中还添加有装饰性添加剂。

优选的，在设置所述金属镀膜层前，所述密封壳层为经过整形处理的密封壳层，所述整形处理的方式为部分或全部去除密封后产生的封口区域。

优选的，所述密封壳层的厚度为15～1000μm，优选为15～100μm；所述金属镀膜层的厚度为1～500μm，优选为5～200μm；所述塑料镀膜层的厚度为5～1000μm，优选为5～200μm。

本申请还涉及该锂离子电池封装外壳的制备方法：首先制备与锂离子电池的裸电芯形状相适应的密封壳层，将裸电芯装入所述密封壳层进行密封；在所述密封壳层的外表面通过真空蒸镀、阴极溅镀、离子镀或喷镀的方式设置金属镀膜层，然后在所述金属镀膜层的外表面通过喷涂、浸涂、刷涂或喷漆的方式设置塑料镀膜层。

优选的，密封壳层通过冲压成型、注塑的方法制备得到；所述裸电芯装入所述密封壳层密封后进行整形处理，部分或全部去除封装后产生的封口区域。

本申请还涉及一种含有该封装外壳的锂离子电池。

本申请所达到的技术效果为：

首先，由于现有技术中外壳是使用已复合好的包装复合膜通过冲壳成形加工而成的，其外壳的折边处和折角处经过拉伸，厚度缩减；而本申请的封装外壳结构的各层材料是在产品制造或包装过程中分别加工到产品外部，因此，在其折边处和折角处的厚度和强度保持不变，避免了在冲压程序中带来的封装缺陷，从而大大提高了产品的封装可靠性。

其次，本申请的封装外壳结构在制造或包装的过程中，不需要对最终产品进行冲壳成形工序，外壳无拉伸变形和起皱，避免带来的外观缺陷，改善了产品的外观。

再次，本申请的封装外壳结构，由于不需要进行冲壳成形工序，在同等密封水平的要求下，可设置更薄的外壳，减小产品体积，提升电池能量密度。

最后，本申请的封装外壳结构在密封后的封口区域可以通过整形方法部分或全部去除，从而可以进一步减小产品体积，进一步的提升电池能量密度。

附图说明

图1为传统锂离子电池封装外壳的外观示意图；

图2为传统锂离子电池封装外壳的截面图；

图3为传统锂离子电池封装外壳的截面图中区域A的放大图；

图4为本申请实施例中锂离子电池封装外壳的外观示意图；

图5为本申请实施例锂离子电池封装外壳的截面图；

图6为本申请实施例锂离子电池封装外壳的截面图中区域B的放大图；

图7为本申请实施例1中步骤1后的锂离子电池封装外壳的截面图；

图8为本申请实施例1中步骤1后的截面图中区域C的放大图；

图9为本申请实施例1中步骤3后的锂离子电池封装外壳的截面图；

图10为本申请实施例1中步骤3的截面图中区域D的放大图；

图11为本申请实施例2中封装外壳的外观示意图；

图12本申请实施例3中裸电芯2外表面设置密封壳层3后的外观示意图；

图13本申请实施例3中裸电芯2外表面设置密封壳层3后的截面图；

图14为本申请实施例3中设置密封壳层3后截面图中区域E的放大图；

图15为本申请实施例3中封装外壳的截面图；

图16为本申请实施例3中封装外壳的截面图中区域F的放大图；

图17为本申请实施例3中封装外壳的外观示意图。

附图说明：

1-传统电池的电池外壳；

11-尼龙层、12-铝箔层、13-密封材料层；

2-裸电芯；

3-密封壳层；

4-金属镀膜层；

5-塑料镀膜层；

6-极耳。

下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。

具体实施方式

传统锂离子电池封装完成后的示意图、截面图如图1～3所示。其中，电池外壳1完全包裹住内部的裸电芯2，外壳1由尼龙层11、铝箔层12、和密封材料层13层叠组成。由该图可以看出，外壳的角位和边沿等在外壳成形时经过了拉伸的区域，其厚度缩减到初始厚度的40％～80％，其中铝箔层12会出现针孔、裂纹等缺陷，导致密封性能下降，影响电池性能和工作寿命。

本申请的封装外壳结构采用了密封膜密封技术、金属镀膜技术和金属表面镀塑技术，制作包括密封壳层、金属镀膜层和塑料镀膜层的外壳结构，实现锂离子电池的可靠封装。本申请的特点为：先将密封壳层包覆于锂离子电池的裸电芯并密封，再将所述金属镀膜层和塑料镀膜层依次设置于密封壳层的外表面。

本申请的锂离子电池封装外壳的示意图、截面图如图4～6所示。锂离子电池的裸电芯2以外的封装外壳，由内向外分别是，密封壳层3、金属镀膜层4和塑料镀膜层5。其中，密封壳层3完全包裹内部的裸电芯，金属镀膜层4紧密包覆在密封壳层3的外层，塑料镀膜层5完全包覆金属镀膜4。

其中，密封壳层与锂离子电池的裸电芯的形状相适应，包覆锂离子电池的裸电芯，然后密封，并优选使用加热的方式密封。密封壳层可通过冲压成形、注塑等技术制备。

金属镀膜层：采用真空蒸镀、离子镀敷或喷涂等方法，在密封壳层上设置金属镀层，用于水气防护。

塑料镀膜层：采用喷塑喷漆的方法，在金属镀层表面制作塑料塑层，用于外观防护和表面装饰。在塑料镀膜层表面可以再设置装饰层，以此达到调整其颜色和外观的目的。

本申请中“相适应”的含义包括密封壳层的大小和形状与裸电芯完全一致的情况，也包括密封壳层的大小与裸电芯具有一定的装配偏差的情况，即略大于或略小于裸电芯的情况。

优选的，在设置所述金属镀膜层前，先对密封壳层经过整形处理，整形处理的方式为部分或全部去除密封后产生的封口区域。

根据图6可知，金属镀膜层在封装外壳的折边处和折角处的厚度不小于其在平面处的厚度；密封壳层、塑料镀膜层在折边处和折角处的厚度也不小于其在平面处的厚度；更优选的，密封壳层、金属镀膜层和所述塑料镀膜层在折边处和折角处的厚度分别与其平面处的厚度相同。优选的，密封壳层、金属镀膜层和塑料镀膜层在折边处和折角处所形成的弧面为共轴弧面。

本申请中密封壳层的材质选自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯或聚丙烯的酯化物、聚乙烯或聚丙烯的离子交联物中的至少一种；聚乙烯选自低密度聚乙烯、中密度聚乙烯或高密度聚乙烯；聚丙烯选自均聚聚丙烯、嵌段聚丙烯或无规聚丙烯。并优选均聚聚丙烯。

本申请中金属镀膜层的材质选自金属、金属合金、金属氧化物或陶瓷中的至少一种，金属选自铝、铁、银、铜、镍、锰、锡、钛、锆、钒；并优选铝、铜、铝铜合金或铜镍合金。

本申请中塑料镀膜层的材质选自聚酰胺树脂、聚烯烃、聚碳酸酯、氟树脂中的至少一种，并优选聚酰胺树脂。在所述塑料镀膜层的材质中还添加有装饰性亚光或染料添加剂，例如英科卡尔ICV543或DIC油墨有限公司的优力福805。其中，根据具体需要，密封壳层可采用上述同种材料制备一层或多层，也可采用不同的材料制备不同的层进行复合。塑料镀膜层也可根据实际需要采用上述同种原料制备一层或多层，也可采用不同的材料制备不同的层进行复合。

其中，密封壳层的厚度为15～1000μm，优选为15～100μm；金属镀膜层的厚度为1～500μm，优选为5～200μm；塑料镀膜层的厚度为5～1000μm，优选为5～200μm。本申请的三层复合结构针对常规小型锂离子电池或小型产品，可减薄到25～80μm，在包装封装可靠性的同时，提高电池能量密度或产品的体积；针对动力型锂离子电池或其他大型产品或特殊用途的产品，可将外壳增厚至200～500μm或按实际需求定制，以提高外壳强度和密封性能。

本申请还涉及该锂离子电池封装外壳的制备方法：

1、通过冲压成型、注塑的方法制备得到与锂离子电池的裸电芯形状相适应的密封壳层，将裸电芯装入所述密封壳层进行密封；

2、在密封壳层的外表面通过真空蒸镀、阴极溅镀、离子镀或喷镀的方式设置金属镀膜层；

3、在金属镀膜层的外表面通过喷涂、浸涂、刷涂或喷漆的方式设置塑料镀膜层。

优选的，在步骤2后，对密封壳层整形处理，部分或全部去除封装后产生的封口区域。

实施例1

锂离子电池封装外壳的制备：

1、采用厚度25μm的均聚聚丙烯材质的密封壳层3，通过压膜制成匹配裸电芯2的尺寸，包裹裸电芯后进行密封；其示意图如图7和8所示；如图8所示，密封壳层在折边处和折角处的厚度不小于其在平面处的厚度；

2、使用真空蒸镀方法，在密封壳层3的外表面形成15μm铝材质的金属镀膜层4；其示意图如图9、10所示；如图10所示，金属镀膜层在折边处和折角处的厚度不小于其平面处的厚度，且密封壳层、金属镀膜层形成的弧面为共轴弧面；

3、采用喷涂工艺，在金属镀膜层4上喷涂形成10μm材质为聚酰胺树脂的塑料镀膜层5。塑料镀膜层在折边处和折角处的厚度不小于其平面处的厚度，且密封壳层、金属镀膜层、塑料镀膜层形成的弧面为共轴弧面。

制备得到的锂离子电池封装外壳总厚度为50μm，按电池厚度3.0mm进行计算，相对常规的使用100μm厚包装复合膜的电池，实施例1的封装结构，可使电池的能量密度增加3.6％。

实施例2

锂离子电池封装外壳的制备：

1、采用厚度20μm的均聚聚丙烯材质的密封壳层3，通过注塑技术制成匹配裸电芯2尺寸，包裹裸电芯后进行密封；

2、切除单侧的密封边并进行热整形修饰，以消除一侧的密封边；

3、然后使用真空蒸镀方法，在密封壳层3的外表面形成12μm铝材质的金属镀膜4；

4、采用喷涂工艺，在金属镀膜4上喷涂形成8μm材质为聚酰胺树脂的塑料镀膜层5。

制备得到的锂离子电池封装外壳的密封壳层、金属镀膜层和塑料镀膜层在折边处和折角处的厚度分别与其平面处的厚度相同，且密封壳层、金属镀膜层和塑料镀膜层在折边处和折角处所形成的弧面为共轴弧面。

锂离子电池封装外壳的总厚度为电池外壳总厚度为40μm。按厚度3.0mm、宽度30mm、且单侧折边占据1.0mm宽度的电池进行计算，相对常规的使用100μm厚包装复合膜的电池，实施例2的封装结构，可使电池的能量密度增加8％。产品外观示意图如图11所示。

实施例3

采用厚度30μm的均聚聚丙烯材质的密封壳层3，通过压膜技术制成匹配裸电芯寸的膜壳，包裹裸电芯后进行封装，如图12～图14所示。如图14所示，密封壳层在折边处和折角处的厚度分别与其平面处的厚度相同。切除各个封装边并进行热整形修饰，去除封口区域。然后使用真空蒸镀方法，在密封壳层3的外表面形成15μm铝材质的金属镀膜层4。之后，采用喷涂工艺，在金属镀膜4上喷涂形成15μm材质为聚酰胺树脂的塑料镀膜层5，如图15、图16所示。如图16所示，密封壳层、金属镀膜层和塑料镀膜层在折边处和折角处的厚度分别与其平面处的厚度相同，且密封壳层、金属镀膜层和塑料镀膜层在折边处和折角处所形成的弧面为共轴弧面。

制备得到的锂离子电池外壳总厚度为60μm。此方法制作出的密封结构，相比常规的封装结构，外壳金属层未经拉伸，防水密封可靠性高；且因去除了封印边，外形简洁美观。产品外观示意图如图17所示。

本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种锂离子电池的封装外壳，其特征在于，所述封装外壳包覆于锂离子电池的裸电芯外，所述封装外壳由内至外依次为密封壳层、金属镀膜层和塑料镀膜层，所述密封壳层包覆于锂离子电池的裸电芯并密封后，所述金属镀膜层和塑料镀膜层依次设置于密封壳层的外表面。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池封装外壳，其特征在于，所述金属镀膜层在所述封装外壳的折边处和折角处的厚度不小于其在所述封装外壳的平面处的厚度；优选的，所述密封壳层、所述塑料镀膜层在所述封装外壳的折边处和折角处的厚度不小于其在所述封装外壳的平面处的厚度；更优选的，所述密封壳层、所述金属镀膜层和所述塑料镀膜层在所述封装外壳的折边处和折角处的厚度分别与其在所述封装外壳的平面处的厚度相同。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池封装外壳，其特征在于，所述密封壳层、所述金属镀膜层和所述塑料镀膜层在折边处和折角处所形成的弧面为共轴弧面。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池封装外壳，其特征在于，所述密封壳层的材质选自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯或聚丙烯的酯化物、聚乙烯或聚丙烯的离子交联物中的至少一种；所述聚乙烯选自低密度聚乙烯、中密度聚乙烯或高密度聚乙烯；所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、嵌段聚丙烯或无规聚丙烯；所述金属镀膜层的材质选自金属、金属合金、金属氧化物或陶瓷中的至少一种，所述金属选自铝、铁、银、铜、镍、锰、锡、钛、锆、钒；所述塑料镀膜层的材质选自聚酰胺树脂、聚烯烃、聚碳酸酯、氟树脂中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池封装外壳，其特征在于，在所述塑料镀膜层的材质中还添加有装饰性添加剂。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池封装外壳，其特征在于，在设置所述金属镀膜层前，所述密封壳层为经过整形处理的密封壳层，所述整形处理的方式为部分或全部去除密封后产生的封口区域。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池封装外壳，其特征在于，所述密封壳层的厚度为15～1000μm，优选为15～100μm；所述金属镀膜层的厚度为1～500μm，优选为5～200μm；所述塑料镀膜层的厚度为5～1000μm，优选为5～200μm。

8.一种如权利要求1～7任一权利要求所述的锂离子电池封装外壳的制备方法，其特征在于，首先制备与锂离子电池的裸电芯形状相适应的密封壳层，将裸电芯装入所述密封壳层进行密封；在所述密封壳层的外表面通过真空蒸镀、阴极溅镀、离子镀或喷镀的方式设置金属镀膜层，然后在所述金属镀膜层的外表面通过喷涂、浸涂、刷涂或喷漆的方式设置塑料镀膜层。

9.根据权利要求所述的制备方法，其特征在于，密封壳层通过冲压成型、注塑的方法制备得到；所述裸电芯装入所述密封壳层密封后进行整形处理，部分或全部去除封装后产生的封口区域。

10.一种锂离子电池，包括裸电芯和权利要求1～7所述的锂离子电池封装外壳。