CN107528084A - 硬壳锂离子电池及其电池顶盖 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬壳锂离子电池的电池顶盖，其包括设有注液孔的盖板、围绕注液孔设置并与盖板紧密粘接的密封胶，以及紧密粘接覆盖在密封胶上并密封注液孔的包装材料。此外，本发明还公开了一种硬壳锂离子电池。相对于现有技术，本发明硬壳锂离子电池及其电池顶盖具有以下优点：注液孔大，注液效率高；可实现真空条件注液，无电解液污染；封装效率高，成本低，可实现真空封装；可以取代复杂的防爆装置，容易定制防爆气压，降低成本。

Description

硬壳锂离子电池及其电池顶盖
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地说，本发明涉及一种硬壳锂离子电池及其电池顶盖。
背景技术
现有的硬壳锂离子电池(例如铝壳锂离子电池和钢壳锂离子电池)中，注液孔和防爆装置一般独立设置：注液孔的直径为2.0-4.0mm，采用激光焊接方式在常压环境进行密封；防爆装置通常采用预制刻痕的金属薄片作为防爆阀膜片，通过激光焊接方式焊接到电池顶盖，再配上安全支架、保护贴片等部件，形成结构复杂的防爆阀。
但是，现有的硬壳锂离子电池存在以下缺点：注液孔小，注液效率低，注液时电解液容易污染注液孔，导致激光焊接不良；注液孔激光焊接封装成本高；常压密封，电池内含空气，影响电池的性能；防爆装置结构复杂，采用激光焊接，成本高。
有鉴于此，确有必要提供一种成本低廉的硬壳锂离子电池及其电池顶盖。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种成本低廉的硬壳锂离子电池及其电池顶盖。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种硬壳锂离子电池的电池顶盖，其包括：设有注液孔的盖板、围绕注液孔设置并与盖板紧密粘接的密封胶，以及紧密粘接覆盖在密封胶上并密封注液孔的包装材料。
作为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的一种改进，所述盖板由铝或不锈钢材料制成。
作为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的一种改进，所述盖板与密封胶对应的上表面设有防腐蚀处理层，防腐蚀处理层布置在注液孔周围。
作为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的一种改进，所述注液孔的周长为20-120mm，优选20-60mm；面积为40-500mm2，优选40-200mm2。
作为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的一种改进，所述密封胶包括热粘合性树脂层和金属粘接剂层。
作为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的一种改进，所述密封胶为金属粘接剂层。
作为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的一种改进，所述金属粘接剂层为通过不饱和羧酸进行了接枝改性的聚烯烃树脂、乙烯或丙烯与丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物、金属交联聚烯烃树脂，或者聚氨酯系粘接剂。
作为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的一种改进，所述密封胶的厚度为0.02-1.5mm，优选为0.04-0.5mm。
作为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的一种改进，所述包装材料包括金属箔层、粘接剂层和密封材料层。
作为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的一种改进，所述包装材料包括基材层、胶水层、金属箔层、粘接剂层和密封材料层。
作为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的一种改进，所述包装材料的厚度为0.05-1.0mm，优选0.05-0.30mm。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种硬壳锂离子电池，其包括电池壳体、收容于电池壳体中的电芯、填充于电池壳体中的电解液，以及密封安装于电池壳体上的电池顶盖，其中，所述电池顶盖为前述电池顶盖。
相对于现有技术，本发明硬壳锂离子电池及其电池顶盖具有以下优点：注液孔大，注液效率高；可实现真空条件注液，无电解液污染；封装效率高，成本低，可实现真空封装；可以取代复杂的防爆装置，容易定制防爆气压，降低成本。
附图说明
以下结合附图和实施例，对本发明硬壳锂离子电池及其电池顶盖进一步详细说明，其中：
图1为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第一实施方式的结构示意图。
图2为图1所示电池顶盖中包装材料的结构示意图。
图3为图1所示电池顶盖中密封胶的结构示意图。
图4所示为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖第一实施方式的部分组装图，其中，电池顶盖的盖板上设有防腐蚀处理层。
图5为图4所示电池顶盖的俯视示意图。
图6所示为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第一实施方式的部分组装图，其中，密封胶紧密连接于防腐蚀处理层上。
图7为图4所示电池顶盖的俯视示意图。
图8和图9为图6所示电池顶盖的其他俯视示意图，其中，注液孔的截面分别为椭圆形和水滴形。
图10所示为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第一实施方式的部分组装图，其中，采用热封块使包装材料紧密粘接于密封胶上。
图11为图10所示电池顶盖的俯视示意图。
图12为采用本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第一实施方式的硬壳锂离子电池的结构示意图，其中，注液孔和防爆装置独立设置。
图13所示为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第二实施方式的结构示意图，其中，密封胶仅包括一层金属粘接剂层。
图14所示为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第三实施方式的结构示意图，其中，包装材料仅包括金属箔层、粘接剂层和密封材料层。
图15为图14所示电池顶盖的俯视示意图。
图16为采用本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第三实施方式的硬壳锂离子电池的结构示意图，其中，注液孔和防爆装置合并设置。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合具体实施方式和附图对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中给出的具体实施方式只是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
请参照图1至图11所示，为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第一实施方式包括：设有注液孔100的盖板10、围绕注液孔100设置并与盖板10紧密粘接的密封胶20，以及紧密粘接覆盖在密封胶20上并密封注液孔100的包装材料30。
顶盖10为平板状结构，由铝或不锈钢材料制成，其中央设有凹陷部(未标注)，凹陷部上设有贯穿的注液孔100。如此设置，可以方便放置密封胶20和进行密封。为了防止电解液或氢氟酸对密封胶20与盖板10之间的粘接界面造成腐蚀并改善密封胶20与盖板10之间的粘接效果，在图示实施方式中，盖板10与密封胶20对应的上表面设有防腐蚀处理层40，防腐蚀处理层40布置在注液孔100的周围。防腐蚀处理层40可以与盖板10的上表面平齐，也可以相对于盖板10下凹或突出盖板10的上表面。
注液孔100是电池制造过程中将电解液注入向电池内部的通道。相比现有硬壳锂离子电池的注液孔，本发明采用了大尺寸的注液孔来满足设计需求。根据实际使用要求，注液孔100的周长可以为20-120mm，优选20-60mm；注液孔100的面积可以为40-500mm2，优选40-200mm2；注液孔100的截面形状没有特殊的限制，可以是圆形(图5和图7所示)、椭圆形(图8所示)或其他形状适当的形状(图9所示)。根据本发明的一个优选实施方式，注液孔100的截面为圆形，周长为46.8mm，面积为112.3mm2。
密封胶20围绕注液孔100设置，以将包装材料30与盖板10紧密粘接，实现电池密封。密封胶20可以是完整的一块，也可以是由两小片或更多的小片组成。
密封胶20是至少包含一层粘接剂层的单层或多层结构，可以包括热粘合性树脂层200和金属粘接剂层202，也可以是由多层不同功能的树脂层层叠而成。根据实际使用要求，密封胶20的宽度可以为1-10mm，优选2-5mm；密封胶20的厚度为0.02-1.5mm，优选0.04-0.5mm。在图示实施方式中，密封胶20的宽度为4mm，厚度为0.08mm。
热粘合性树脂层200可与包装材料30的密封材料层300进行热封粘接，使包装材料30与密封胶20紧密粘接，以实现电池密封。
热粘合性树脂层200的材质可以是低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-α烯烃共聚物、均聚聚丙烯、嵌段聚丙烯或无规聚丙烯等的一种或两种以上材料构成的单层或多层结构，熔点为120℃～170℃。热粘合性树脂层200的厚度可以为0.01-1.0mm，优选0.02-0.3mm。根据本发明的一个优选实施方式，热粘性树脂层200是厚度0.06mm的中密度聚丙烯。
金属粘接剂层202用于将热粘性树脂层200与防腐蚀处理层40进行粘接。当未设置热粘性树脂层200时，则是将密封材料层300与盖板10上设置的防腐蚀处理层40粘接在一起，实现包装材料30与盖板10的粘接。当未设置防腐蚀处理层40时，则直接将热粘性树脂层200或包装材料30与注液孔100周围的盖板10进行粘接。根据本发明的一个优选实施方式，金属粘接剂层202是厚度0.02mm的酸改性聚丙烯树脂。
金属粘接剂层202的材质可以是通过不饱和羧酸进行接枝改性的聚烯烃树脂、乙烯或丙烯与丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物、或者金属交联聚烯烃树脂，此类酸改性聚烯烃树脂可避免因电解液引起的膨润和因氢氟酸引起的水解。当采用酸改性聚烯烃树脂时，金属粘接剂层202的厚度可以为0.01-0.5mm，优选0.02-0.2mm。当设置热粘性树脂层200时，金属粘接剂层202也可以采用聚氨酯系粘接剂，厚度为0.003-0.5mm，优选0.02-0.2mm。
包装材料30是多层复合膜结构，用于实现对注液孔100的密封，也可以根据需要起到防爆阀的作用。根据本发明的一个实施方式，包装材料30设有基材层308、胶水层306、金属箔层304、粘接剂层302和密封材料层300，基材层308和金属箔层304通过胶水层306粘接，金属箔层304和密封材料层300通过粘接剂层302粘接。在图示实施方式中，包装材料30的厚度为0.05-1.0mm，优选0.05-0.30mm。
以下结合附图，详细说明本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的制作过程：
首先，在盖板10上围绕注液孔100制作防腐蚀处理层40：防腐蚀处理层40可通过脱脂处理和/或化学合成处理来形成。例如，当盖板10的材质是铝时，可以使用酸脱脂剂使铝获得脱脂效果，形成由钝态的铝的氟化物构成的防腐蚀层40；当盖板10的材质是不锈钢时，可使用铬酸盐处理得到防腐蚀层40。根据本发明的一个优选实施方式，盖板10的材质是不锈钢，采用铬酸盐化学转化处理的方法制作出防腐蚀处理层40。
其次，在防腐蚀处理层40的上方、注液孔100的周围放置密封胶20，使金属粘接剂层202与防腐蚀处理层40紧密贴合。
然后，密封胶20与盖板10的粘接：当密封胶20的金属粘接剂层202是酸改性聚烯烃树脂时，可以通过热压粘合的方式将密封胶20粘接到盖板10上设置的防腐蚀处理层40上，制作成密封胶20与盖板10的粘接的结构。进行粘接时，盖板10的温度为150-220℃，热压温度160-200℃，压力0.5-2.0MPa，热压时间1～10秒。根据本发明的一个优选实施方式，热压温度为170℃，压力为1MPa。密封胶20与盖板10的粘接也可以通过感应加热的方式来实现。当金属粘接剂层202是聚氨酯系粘接剂时，将粘接剂涂覆在防腐蚀处理层40上，再叠放热粘合性树脂层200进行热压粘合。
最后，包装材料30与密封胶20热封粘接：电池进行到密封工序后，在与盖板10粘接好的密封胶20上放置包装材料30，使密封材料层300与热粘合性树脂层200贴合，并使用热封块50进行170-200℃、0.5-2.0MPa的加热封装，使密封材料层300与热粘合性树脂层200熔融粘接，完成注液孔100和电池的密封。此时，包装材料30和密封胶20是通过密封材料层300和热粘性树脂层200采用加热封装的方式粘接在一起，密封胶20和盖板10是通过金属粘接剂层202和防腐蚀处理层40采用加热封装的方式粘接在一起。此外，根据本发明的其他实施方式，包装材料30与密封胶20的粘接也可以通过感应加热方式来实现。
图13所示为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第二实施方式的结构示意图，其结构与本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第一实施方式的结构基本相同，不同之处在于：注液孔的截面形状为椭圆形，密封胶为一层金属粘接剂层，盖板于设置注液孔处的上表面向上突出，形成台阶状。
请参阅图14至图15所示，为本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第三实施方式的结构示意图，其结构与本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第一实施方式的结构基本相同，不同之处仅在于：包装材料包括金属箔层304、粘接剂层302和密封材料层300。
请参照图16所示，为采用本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第三实施方式的硬壳锂离子电池的结构示意图，其包括：电池壳体60、收容于电池壳体60中的电芯(未图示)、填充于电池壳体60中的电解液(未图示)，以及密封安装于电池壳体60上的电池顶盖(本发明硬壳锂离子电池的电池顶盖的第三实施方式)，其中，注液孔和防爆装置合并设置，注液孔结构同时具备了注液孔和防爆阀的功能。
结合以上对本发明各个实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明硬壳锂离子电池及其电池顶盖具有以下优点：注液孔大，注液效率高；可实现真空条件注液，无电解液污染；封装效率高，成本低，可实现真空封装；可以取代复杂的防爆装置，容易定制防爆气压，降低成本。
需要说明的是，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可以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面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些等同修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。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 (12)

1.一种硬壳锂离子电池的电池顶盖，其特征在于，所述电池顶盖包括：设有注液孔的盖板、围绕注液孔设置并与盖板紧密粘接的密封胶，以及紧密粘接覆盖在密封胶上并密封注液孔的包装材料。
2.根据权利要求1所述的电池顶盖，其特征在于，所述盖板由铝或不锈钢材料制成。
3.根据权利要求1所述的电池顶盖，其特征在于，所述盖板与密封胶对应的上表面设有防腐蚀处理层，防腐蚀处理层分布在注液孔周围。
4.根据权利要求1所述的电池顶盖，其特征在于，所述注液孔的周长为20-120mm，优选20-60mm；面积为40-500mm2，优选40-200mm2。
5.根据权利要求1所述的电池顶盖，其特征在于，所述密封胶包括热粘合性树脂层和金属粘接剂层。
6.根据权利要求1所述的电池顶盖，其特征在于，所述密封胶为金属粘接剂层。
7.根据权利要求5或6所述的电池顶盖，其特征在于，所述金属粘接剂层为通过不饱和羧酸进行了接枝改性的聚烯烃树脂、乙烯或丙烯与丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物、金属交联聚烯烃树脂，或者聚氨酯系粘接剂。
8.根据权利要求1所述的电池顶盖，其特征在于，所述密封胶的厚度为0.02-1.5mm，优选为0.04-0.5mm。
9.根据权利要求1所述的电池顶盖，其特征在于，所述包装材料包括金属箔层、粘接剂层和密封材料层。
10.根据权利要求1所述的电池顶盖，其特征在于，所述包装材料包括基材层、胶水层、金属箔层、粘接剂层和密封材料层。
11.根据权利要求1所述的电池顶盖，其特征在于，所述包装材料的厚度为0.05-1.0mm，优选0.05-0.30mm。
12.一种硬壳锂离子电池，其包括电池壳体、收容于电池壳体中的电芯、填充于电池壳体中的电解液，以及密封安装于电池壳体上的电池顶盖，其特征在于，所述电池顶盖为权利要求1至11中任一项所述的电池顶盖。
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