CN106663747B - 具有增强的绝缘性能的二次电池软包及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种具有增强的绝缘性能的二次电池软包，及其制造方法；更具体而言，本公开涉及一种用于在完全软包型二次电池的软包的边缘的密封部中、尤其是在密封部的折叠部分处防止破裂的发生的二次电池软包，及其制造方法。

Description

具有增强的绝缘性能的二次电池软包及其制造方法

技术领域

本申请主张于2014年7月31日在韩国递交的韩国专利申请No.10-2014-0098454的优先权，在此全文引入该专利申请的公开内容作为参考。

本公开涉及一种具有增强的绝缘性能的二次电池软包(pouch)，及其制造方法；更具体而言，本公开涉及一种二次电池软包及其制造方法，该二次电池软包设计为避免在软包型二次电池的软包的边缘的密封部处、尤其是在折叠的部分处的破裂的产生。

背景技术

随着诸如摄影机、移动电话以及便携式计算机之类的便携电子产品的广泛应用，主要用作这些便携电子产品工作电源的二次电池的重要性正在提高。特别地，相较于其它诸如铅蓄电池、镍-镉电池、镍-氢电池和镍-锌电池等的传统二次电池，锂二次电池具有高的能量密度/单位重量并可快速地充电，因此，锂二次电池的使用处于上升趋势。

相较于其它二次电池，锂二次电池具有相对较高的工作电压，以致于可用作工作电压在3.6V以上的便携电子设备的电源，或者多个锂二次电池彼此串联以用于高输出的混合动力汽车。

使用金属筒作为外壳的筒型锂电池大多采用圆柱形或者棱柱形的金属筒作为外壳，并且采用焊接的方式进行密封。这种筒型二次电池具有固定的形状，因而限制了采用该电池为电源的电子产品的设计。此外，很难降低该产品的体积。因而已经开发且已使用一种软包型二次电池，这种软包型二次电池是通过将阴极、阳极、隔膜和电解液装入由薄膜形成的软包包装中，然后将其进行密封而制得。

典型的二次电池软包是以多层结构形成，这种多层结构是籍由顺序地堆叠内树脂层，诸如具有热粘性质而用作为密封材料的聚烯烃基树脂层；金属箔层，诸如同时用作保持机械强度的基底和阻隔水汽和氧气的阻挡层的铝层；以及外树脂层，诸如用作基底层和保护层的尼龙层。聚烯烃基树脂一般可以由流延聚丙烯(casted polypropylene)形成。

相较于其它情形的二次电池，由软包形成的情形的优点在于形状可变，以及具有软包的二次电池可以以较小的体积和较轻的重量而具备相同的容量。然而，与筒型情形不同，由于在软包中使用了软质材料，因而存在软包的机械强度和密封可靠性会比较低的不足之处。

在软包收纳了电极组和电解液之后，在其边缘处将该软包加热密封。特别地，近来正在进行努力实现二次电池的小型化和高能化的研究，这一研究是通过将与电池容量或者容纳功能并不直接相关的软包密封部进行折叠。。

然而，由于在软包的边缘处的加热密封过程中，软包的内树脂层会发生熔融并随后结晶，在随后将软包的折叠部进行折叠的过程中可能发生破裂。这时，当内树脂层即便是轻微破裂时，软包的金属层也会暴露于电池的内部，然后与电解液之间发生副反应。当副反应发生时，电极的活性层就会机械地崩塌，因此便于水分的渗透，从而使得电池的寿命随后迅速地下降。

因此，为了避免因折叠部的破裂所致的绝缘阻抗的击穿，也曾建议采用诸如调整折叠角之类的备选方案，但是这一情形仍需改进。

发明内容

技术问题

本公开致力于提供一种具有增强的绝缘性能的二次电池软包，以避免在将该软包的密封部进行折叠之后破裂的产生，以及提供一种使用该软包作为外部材料的二次电池。

进一步地，本公开致力于提供一种制造二次电池软包和软包型二次电池的方法。

技术方案

在本公开的一个方面，提供了一种二次电池软包，其中核-壳结构的微胶囊沿着软包待折叠的部分涂覆在上软包的内树脂层和下软包的内树脂层之间，其中核-壳微胶囊在其核中包括弹性热塑性树脂。

壳的至少一部分会在170～200℃的热粘合过程中熔融或者毁坏。然后，这种在核-壳微胶囊的核中包括的弹性热塑性树脂会泄漏。

弹性热塑性树脂可具有在170～200℃发生熔融且随后固化的性质。

弹性热塑性树脂可以是选自环氧化合物、丙烯酸化合物、硅树脂、橡胶、聚氨酯、以及弹性体中的一种或者至少两种所组成的混合物。

进一步地，核-壳微胶囊可具有在0.5～2μm范围的平均直径。

进一步地，核-壳微胶囊的壳的厚度可相当于该微胶囊直径的1/10～1/5。

此外，壳可以是选自由聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚甲基酸丙烯酸甲酯、聚缩醛、聚甲醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和乙烯-乙烯醇的共聚物所组成的群组中的一种或者至少两种所组成的混合物。

在本公开的另一方面，还提供了一种软包型二次电池，包括：电极组，包含阴极、阳极和设置于该阴极和阳极之间的隔膜；以及二次电池软包，具有上软包和下软包，在该下软包中形成容纳部以放置所述电极组，其中在软包的折叠部还形成有固化的弹性热塑性树脂。

固化的弹性热塑性树脂可以是选自环氧化合物、丙烯酸化合物、硅树脂、橡胶、聚氨酯以及弹性体中的一种或者至少两种所组成的混合物。

在本公开的又一方面，还提供了一种制造二次电池软包的方法，包括：将在其核中含有弹性热塑性树脂的核-壳结构的微胶囊沿着软包待折叠的部分涂覆在上软包的内树脂层和下软包的内树脂层之间。

微胶囊可以通过丝网印刷、喷墨印刷或者激光印刷进行涂覆。

在本发明的再一方面，还提供了一种制造软包型二次电池的方法，包括：将电极组放置于如上所述的二次电池软包中；将该二次电池软包的边缘进行加热密封，以及折叠密封部。

加热密封可以通过在170～200℃范围的温度下进行的热粘合来实施。

有益效果

本公开提供如下效果：在本公开的一个方面中，将一种特定的树脂设置在用于电化学装置的软包的密封部的待折叠的部分(以下称为“可折叠部(foldable portion)”)，使得即使在折叠后也不会在折叠部发生破裂。

因此，具有可避免由于折叠部破裂所致的绝缘特性的破坏的效果。

附图说明

从参照附图的随后对实施方式的描述，本公开的其它目的和方面将变得显而易见，其中：

图1：示出软包型二次电池中待折叠的部分的示意图；

图2：根据本公开的一实施方式的软包型二次电池的透视示意图；

其中，附图标记：

10：上软包 11：外树脂层

13：金属层 15：内树脂层

20：下软包 21：用于电极组的容纳部

A,A'：可折叠部 30：电极组

31：阴极 33：隔膜

35：阳极 37、38：电极极耳

39：胶带 110、120：软包密封部。

具体实施方式

以下，将参照附图对本公开优选的实施方式进行详细地说明。在此说明之前，应当理解对于在本说明书和所附的权利要求书中所使用的术语不应被解释为仅限于通用意义以及字典含义，而是应当在允许发明人为了最佳阐释而合适地定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开的技术现状的含义和概念来进行解读。因此，在此提出的说明仅仅是只出于图示目的的优选实例，并不意味着限制本公开的范围，因而应当理解可以做出其它的等同和修改而不偏离本公开的范围。

在本公开的一个方面，二次电池软包是用核-壳结构的微胶囊沿着该软包的待折叠的部分在上软包的内树脂层和下软包的内树脂层之间涂覆而成，其中该微胶囊具有在其核中包括弹性热塑性树脂的结构。

在本公开的另一方面，软包型二次电池可以包括含有阴极、阳极和设置于该阴极和阳极之间的隔膜的电极组；以及具有上软包和下软包的二次电池软包，在下软包中形成有容纳部以放置所述电极组，在所述软包中，在形成该软包的两侧或者三侧形成密封部，折叠该密封部，且固化的弹性热塑性树脂进一步形成在该软包的折叠部中。

在本公开的又一方面，制造二次电池软包的方法可以包括将核-壳结构且在其核中含有弹性热塑性树脂的微胶囊沿着软包的待折叠的部分涂覆在上软包的内树脂层和下软包的内树脂层之间。

在本公开的再一方面，提供了一种制造软包型二次电池的方法，该方法可以包括将二次电池置于如上所述制造的二次电池软包中；对该二次电池软包的边缘进行加热密封；以及折叠密封部。然而，如果需要，可以改变在待折叠的部分涂覆微胶囊和将电极组置于该软包中的工艺顺序。

构成该软包的金属箔层用来维持合适的厚度，以避免来自于软包外部的水汽和气体渗透入软包内部，以及避免电解液的泄露。金属箔层可以由选自铁(Fe)、碳(C)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)及其合金、铝(Al)、或者这些原料的等效物中的一种但不仅限于此所形成。然而，当金属箔层是由含铁材料形成时，它的机械强度会变得更强，当金属箔层是由含铝材料形成时，它的可挠性会变得更好。一般来说，采用铝金属箔。

构成软包的内树脂层可以包括聚丙烯、诸如流延聚丙烯(casted polypropylene)的改性的聚丙烯、聚丙烯-丁烯-乙烯的三元共聚物等作为热粘胶层。该热粘胶层以约30～40μm的厚度涂布或层压在金属箔层的其它表面上。

此外，构成该软包的外树脂层用作基底和保护层，且通常由尼龙或者聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。

将在核中包含弹性热塑性化合物的核-壳结构的微胶囊沿着待折叠的部分涂覆在上软包的内树脂层和下软包的内树脂层之间。

在此所用的表述“软包的待折叠的部分”或者“可折叠部”是指为了获得小型且高能的电化学装置，在密封上软包和下软包之后进行折叠的部分。更具体而言，参照图1，取决于软包的形状，该表述是指在面对的纵向方向上的两侧(A，A’)，或者是指当该软包在三侧密封时的三侧(A，A’，B)。

微胶囊可以具有核-壳结构，其中壳可具有约为该微胶囊直径的1/20～1/5的厚度，或者约为该微胶囊直径的1/10～1/5的厚度，或者约为该微胶囊直径的1/10的厚度。进一步地，该壳可以由改性的软质聚合物树脂形成，以使得这些微胶囊很好地分散在该软包的内树脂层中，例如，在流延聚丙烯(CPP)或者聚丙烯(PP)中。因此，即使当壳被热压熔融或者毁坏(即，破裂)，也不存在软包泄露的可能性。

举例来说，籍由在170～200℃的标准热密封温度下持续10～90分钟的热密封工艺，壳的至少一部分可能会熔融或者毁坏。构成这种壳的树脂的非限制性实例可以是，但并不限于，选自由聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚甲基酸丙烯酸甲酯、聚缩醛、聚甲醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯、及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和乙烯-乙烯醇的共聚物所组成的群组中的一种或者至少两种所组成的混合物。

此外，微胶囊的核可包含具有粘性、通过热密封可固化的、对电解液非反应性的、且是弹性的热塑性化合物。举例来说，籍由在170～200℃的温度下持续10～90分钟的热密封工艺，所述化合物熔融且固化是必需的。进一步地，所述弹性热塑性化合物具有一定程度的弹性以便在折叠涂覆有微胶囊的部分时可以避免因折叠而破裂的发生。这些化合物的非限制性实例可以包括，但并不限于，选自环氧化合物、丙烯酸化合物、硅树脂、橡胶、聚氨酯以及弹性体中的一种或者至少两种所组成的混合物。

如果将没有被壳结构所包围的、构成核的弹性热塑性化合物涂覆于可折叠部时，比如将诸如聚氨酯之类的弹性热塑性化合物涂覆于可折叠部时，会存在所述弹性热塑性化合物变脆以及所述弹性热塑性化合物还可能会在不希望的温度和压力下发生反应的问题。与此相反，如果根据本公开的一个方面的具有壳的微胶囊，由于壳设计为在所需的温度下熔融或者毁坏，那么就具有避免所述副作用的优点，否则，当将无壳的弹性热塑性化合物涂覆于可折叠部时，就会发生这种副作用。

微胶囊可包括如在本领域通常使用的那些添加剂，以及可以按照本领域已知的方法进行制造。

微胶囊可制成具有0.5～2.0μm范围的平均直径，并可沿着可折叠部进行涂覆。进一步地，在本发明一个优选的方面，微胶囊可制成均匀地具有约为1.0μm的平均直径，并且沿着可折叠部进行涂覆。由于具有如上所述的小直径的微胶囊被涂覆于可折叠部，因此可以避免软包破裂的发生以及可以避免体积不必要的增加。

于上软包的内树脂层和下软包的内树脂层之间涂覆微胶囊的方法的非限制性实例可包括丝网印刷(screen-printing)、喷墨印刷(inkjet printing)或者激光印刷(laserprinting)等，但并不特别限制于此，只要该方法满足本公开的目的就可以。

然后，将电极组置于其中形成有可放置所述电极组的空间的下软包中。如果需要，这一工艺可以在将微胶囊涂覆于上软包的内树脂层和下软包的内树脂层之间的工艺之前执行。

电极组可以构造成果冻卷(jelly-roll)的形状，将阴极、阳极和设置于该阴极和阳极的隔膜卷绕于其中；或者构造成堆叠型电极组，将上述的阴极、阳极和隔膜彼此层叠于其中。

该阴极和阳极可包括集电极(current collector)，以及涂覆在该集电极的至少一个侧面上的电极活性材料，即，阴极活性材料或者阳极活性材料。

对于阴极，该电极集电极可以通过使用不锈钢、镍、铝、钛或其合金、或者用碳、镍、钛、银等表面处理的不锈钢或铝而形成，其中，优选铝或者铝合金。

对于阳极，该电极集电极可以通过使用不锈钢、镍、铜、钛或其合金、或者用碳、镍、钛、银等表面处理的不锈钢或铜形成，其中，优选铜或者铜合金。

该阴极活性材料通常可由使用所有含锂过渡金属氧化物或者锂硫族化合物而形成，代表性实例可包括诸如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、或LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1,其中M是诸如Al、Sr、Mg、La等的金属)之类的金属氧化物。该阳极活性材料可由诸如结晶碳、无定形碳、碳复合材料、碳纤维等的碳质材料、锂金属、锂合金等而形成，

隔膜防止阴极和阳极之间的短路，并且提供了锂离子的移动通道，该隔膜可包括诸如聚丙烯、聚乙烯等的聚烯烃基聚合物薄膜或由其形成的多层膜、诸如微孔薄膜的已知材料、以及机织织物和无纺布。

通过导电胶，或通过诸如激光焊接、超声波焊接、电阻焊接等的焊接，分别将阴极极耳和阳极极耳可传导地连接于该电极组的阴极和阳极。

这些电极极耳可形成为沿垂直于电极组的卷绕方向从电极组突出。电极组的阴极极耳和阳极极耳可以从位于与连接到密封部的下软包和上软包的一侧相反的一侧的密封部拉出。由绝缘材料制成的保护胶带附着到电极极耳，以防止电极之间的短路。

然后，将软包的边缘进行加热密封。可以按现有技术中的典型方式进行加热密封，在预定压力下对密封部实施加热，所述加热具有在用于软包的外层材料的内树脂层的熔点附近的温度。非限制性的实例可包括在170～200℃的高温和压力下进行10～90分钟的加热密封。

实施例

参照图2，将讨论根据本公开的一个实施方式的软包型二次电池。

参照图2，软包形成为多层薄膜结构，该多层薄膜结构是通过顺序地堆叠下述各层而形成的：聚烯烃基树脂层，作为内树脂层15，具有热粘胶性质以用作密封材料；铝层，作为金属层13以用作维持机械强度的基底和还用作隔离水汽和氧气的阻挡层；以及尼龙层，作为外树脂层11以用作基底和保护层。

此外，该软包主要分为其中形成有容纳部21的下软包20，和覆盖该下软包的上软包10。电极组30置于容纳部21中，且电极组30包括阴极31，阳极35和设置于阴极31和阳极35之间的隔膜33。极耳37和38从每一个电极处拉出，胶带39附着于极耳37和38。

此外，沿着可折叠部A和A’涂覆微胶囊。然后，在随后的工艺中，通过加热密封该软包的边缘而形成密封部110和120，在此之后，沿着可折叠部A和A’进行折叠。

Claims (11)

1.一种二次电池软包，其中，将核-壳结构的微胶囊沿着所述软包待折叠的部分涂覆在上软包的内树脂层和下软包的内树脂层之间，并且

所述微胶囊包括在其核中的弹性热塑性树脂，

其中，所述弹性热塑性树脂具有粘性且对电解液是非反应性的，

所述壳的至少一部分通过在170～200℃的热粘合工艺熔融或毁坏，并且

所述弹性热塑性树脂在170～200℃下熔融和固化。

2.如权利要求1所述的二次电池软包，其中所述弹性热塑性树脂是选自环氧化合物、丙烯酸化合物、硅树脂、橡胶、聚氨酯、以及弹性体中的一种或者两种以上所组成的混合物。

3.如权利要求1所述的二次电池软包，其中所述微胶囊具有0.5～2μm范围的平均直径。

4.如权利要求1所述的二次电池软包，其中所述壳的厚度相当于微胶囊直径的1/10～1/5。

5.如权利要求1所述的二次电池软包，其中所述壳选自由聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚甲基酸丙烯酸甲酯、聚缩醛、聚甲醛、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和乙烯-乙烯醇的共聚物所组成的群组中的一种或者至少两种所组成的混合物。

6.一种软包型二次电池，包括：电极组，该电极组包括阴极、阳极和设置于该阴极和阳极之间的隔膜；以及权利要求1至5中任一项所述的二次电池软包，该二次电池软包具有上软包和下软包，在所述下软包中形成容纳部以放置电极组，

其中密封部形成于所述软包的两侧或者三侧，

所述密封部是折叠的，以及

固化的弹性热塑性树脂进一步形成于该折叠的部分中。

7.如权利要求6所述的软包型二次电池，其中所述固化的弹性热塑性树脂是选自环氧化合物、丙烯酸化合物、硅树脂、橡胶、聚氨酯，以及弹性体中的一种或者至少两种所组成的混合物。

8.一种制造二次电池软包的方法，包括：

将核-壳结构的、在其核内包含弹性热塑性树脂的微胶囊沿着软包待折叠的部分涂覆在上软包的内树脂层和下软包的内树脂层之间，

其中，所述弹性热塑性树脂具有粘性且对电解液是非反应性的，

所述壳的至少一部分通过在170～200℃的热粘合工艺熔融或毁坏，并且

所述弹性热塑性树脂在170～200℃下熔融和固化。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述微胶囊是通过丝网印刷、喷墨印刷或者激光印刷进行涂覆。

10.一种制造软包型二次电池的方法，包括：

将二次电池置于权利要求1至5中任一项所述的二次电池软包中；

加热密封所述二次电池软包的边缘；以及

折叠密封部。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述加热密封是通过在170～200℃范围的温度下进行的热粘合实施的。