CN108615829B - 一种软包装及其制备的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种软包装及其制备的电池，其中，软包装由外而内依次包括：覆盖层、骨架层、密封层及粘结层；其中，所述粘结层具有高于常温的软化温度点，使得所述粘结层在常温下不具有粘接力，且在高于所述粘结层的软化温度点的温度下，所述粘结层具有粘接力；基于软包装制备的电池，解决了电池的重量能量密度及体积能量密度的问题；同时提高了电池在跌落、碰撞等滥用情况下的安全性的问题；并且在不增加电池的制作工序的情况下，可确保电池的使用寿命。

Description

一种软包装及其制备的电池
技术领域
本发明属于包装材料领域，涉及一种软包装及其制备的电池。
背景技术
近几年随着锂离子电池的使用范围不断扩大，市场对锂离子电池提出了更高的要求，一方面要求锂离子电池具有更高的重量能量密度及体积能量密度，同时也要求其具有更好的安全性。例如消费电子类锂离子电池在使用过程中，不可避免的会出现跌落、碰撞等问题，提高锂离子电池在跌落、碰撞等滥用时的安全性就显得尤为重要。
目前解决锂离子电池重量能量密度及体积能量密度的一个普遍途径是将锂离子电池中传统的金属壳体包装换成软包装，但是软包装虽可缓解锂离子电池重量能量密度及体积能量密度的问题，但同时使得锂离子电池滥用时的安全问题变得更突出了，这是由于锂离子电池在跌落过程中，由于裸电芯与软包装之间会出现相对位移，容易出现软包装冲开、漏液、起火以及爆炸等问题。为了解决上述裸电芯与软包装之间出现相对位移的问题，有些企业采用在裸电芯与软包装之间设置双面粘接胶带的方法，这种方法不仅需要增加电池制造工序，而且受胶带制造技术的限制，胶带厚度太大又会增加锂离子电池的总体厚度，同时胶带在电解液中长期使用的稳定性也存在许多不确定性。
针对以上问题，提供一种软包装及其制备的电池以解决电池的重量能量密度及体积能量密度的问题；提高电池在跌落、碰撞等滥用情况下的安全性；不增加电池的制作工序的情况下，确保电池的使用寿命的问题极其必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种软包装及其制备的电池，用于解决现有技术中电池的重量能量密度及体积能量密度的问题；提高电池在跌落、碰撞等滥用情况下的安全性的问题；不增加电池的制作工序的情况下，确保电池的使用寿命的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种软包装，所述软包装由外而内依次包括覆盖层、骨架层、密封层及粘结层；其中，所述粘结层具有高于常温的软化温度点，使得所述粘结层在常温下不具有粘接力，且在高于所述粘结层的软化温度点的温度下，所述粘结层具有粘接力。
优选地，所述覆盖层的材料包括聚酰胺、聚酯、聚烯烃、改性聚烯烃、热固性树脂、光固化树脂中的一种或组合。
优选地，所述骨架层的材料为金属材料，包括铝及不锈钢中的一种。
优选地，所述密封层至少包含一层聚烯烃或由聚烯烃与润滑剂所组成的混合材料层中的一种，其中，所述润滑剂的含量范围介于500ppm～3000ppm。
优选地，所述覆盖层与所述骨架层之间还设置有第一连接层，所述第一连接层的材料包括聚氨基甲酸酯多元醇、饱和脂肪族及饱和环式多异氰酸酯中的一种或组合。
优选地，所述骨架层与所述密封层之间还设置有第二连接层，所述第二连接层的材料包括聚烯烃、改性聚烯烃、聚氨基甲酸酯多元醇、饱和脂肪族及饱和环式多异氰酸酯中的一种或组合。
优选地，所述覆盖层的外侧还设置有保护层，所述保护层的材料包括丙烯酸系树脂、氟系树脂、氨基甲酸酯系树脂、聚酯系树脂、环氧系树脂及苯氧基系树脂中的一种或组合。
优选地，所述覆盖层及保护层的材料中还包含染料。
优选地，所述粘结层的材料包括聚烯烃、改性聚烯烃、聚酯、含氟聚酯、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、聚酰胺、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚异戊二烯、热塑性聚氨酯、橡胶弹性体中的一种或组合。
优选地，所述粘结层中的主要材料的软化温度点在45℃～80℃。
优选地，所述粘结层中的主要材料的软化温度点低于所述密封层中的主要材料的软化温度点。
优选地，所述粘结层的横截面积不大于所述密封层的横截面积。
优选地，所述粘结层包括连续及不连续形态，其形貌包括网格状、条状、点状、块状中的一种或组合。
本发明还提供一种基于软包装的电池，包括：正极、负极、隔离层、电解质及如权利要求1～13任意一项所述的软包装；所述隔离层位于所述正极及负极之间，所述电解质包覆所述正极及负极，所述软包装包覆所述电解质，其中，所述软包装的所述粘结层在常温下不具有粘接力，当所述电池处于热压整形工艺中时，所述粘结层产生粘接力，将所述电池中的电芯粘接固定于所述软包装。
优选地，所述电池包括锂离子电池。
如上所述，本发明的软包装及其制备的电池，具有以下有益效果：解决电池的重量能量密度及体积能量密度的问题；提高电池在跌落、碰撞等滥用情况下的安全性的问题；不增加电池的制作工序的情况下，确保电池的使用寿命的问题。
附图说明
图1显示为本发明中的软包装的截面结构示意图。
图2显示为本发明中的一种粘结层的形貌。
元件标号说明
100覆盖层
200骨架层
300密封层
400粘结层
500第一连接层
600第二连接层
700保护层
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1-2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种软包装，所述软包装由外而内依次包括：覆盖层100、骨架层200、密封层300及粘结层400；其中，所述粘结层400具有高于常温的软化温度点，使得所述粘结层400在常温下不具有粘接力，以方便所述软包装的存储，且方便后续制备的锂离子电池的入壳操作；所述粘结层400在高于所述粘结层400的软化温度点的温度下，所述粘结层400具有粘接力。
作为示例，所述覆盖层100的材料包括聚酰胺、聚酯、聚烯烃、改性聚烯烃、热固性树脂、光固化树脂中的一种或组合。
作为示例，所述骨架层200的材料为金属材料，优选为价格便宜的铝及不锈钢中的一种。
作为示例，所述密封层300为包含一层或多层的聚烯烃或由聚烯烃与润滑剂所组成的混合材料层中的一种，其中，所述润滑剂的含量范围介于500ppm～3000ppm，优选为2000，所述润滑剂的种类及具体含量本领域技术人员可根据实际需要进行选择，此处不做过分限制。
作为示例，所述覆盖层100与所述骨架层200之间还设置有第一连接层500，所述第一连接层500的材料包括聚氨基甲酸酯多元醇、饱和脂肪族及饱和环式多异氰酸酯中的一种或组合。
作为示例，所述骨架层200与所述密封层300之间还设置有第二连接层600，所述第二连接层600的材料包括聚烯烃、改性聚烯烃、聚氨基甲酸酯多元醇、饱和脂肪族及饱和环式多异氰酸酯中的一种或组合。
作为示例，所述覆盖层100的外侧还设置有保护层700，所述保护层700的材料包括丙烯酸系树脂、氟系树脂、氨基甲酸酯系树脂、聚酯系树脂、环氧系树脂及苯氧基系树脂中的一种或组合。
作为示例，所述覆盖层100及保护层700的材料还可包含染料，其中，所述染料的质量分数范围介于1～5％。
作为示例，所述粘结层400的材料包括聚烯烃、改性聚烯烃、聚酯、含氟聚酯、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、聚酰胺、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚异戊二烯、热塑性聚氨酯、橡胶弹性体中的一种或组合。
作为示例，所述粘结层400中的主要材料的软化温度点在45℃～80℃。所述粘结层400中的主要材料的软化温度点低于所述密封层300中的主要材料的软化温度点。所述粘结层400的横截面积不大于所述密封层300的横截面积。所述粘结层400包括连续及不连续的形态，其形貌包括网格状、条状、点状、块状中的一种或组合。
具体的，如图2所示，显示为本发明中的一种粘结层的形貌。当所述粘结层400不连续时，用于后续电池封装的封装区域可以是裸露的所述密封层300，也可以是所述粘结层400；当所述粘结层400连续设置在所述密封层300上时，由于所述粘结层400的软化温度点不高于所述密封层300的软化温度点，因而可以减小所述软包装的热封温度、压力及时间。
具体的，所述保护层700的厚度为0.1～10μm，所述覆盖层100的厚度为10～40μm，所述第一连接层500的厚度为0.1～10μm，所述骨架层200的厚度为10～50μm，所述第二连接层600的厚度为5～30μm，所述密封层300的厚度为5～80μm，所述粘结层400的厚度为2～30μm。
本发明还提供了一种基于软包装的电池，包括：正极、负极、隔离层、电解质及所述软包装；所述隔离层位于所述正极及负极之间，所述电解质包覆所述正极及负极，所述软包装包覆所述电解质，其中，所述软包装的所述粘结层在常温下不具有粘接力，当所述电池处于热压整形工艺中时，所述粘结层产生粘接力，将所述电池中的电芯粘接固定于所述软包装。
作为示例，所述电池包括锂离子电池。
具体的，将正极、隔离层、负极依次卷绕或叠片组装成裸电芯，所述裸电芯放入所述软包装壳体后，进行注液、封装及热压整形工序后制成所述锂离子电池。在热压整形的过程中，所述软包装内表面的所述粘结层发生软化产生粘结性，将所述软包装与所述裸电芯粘接固定。当所述锂离子电池在跌落、滚筒等滥用测试过程中，所述软包装及裸电芯不会发生相对位移，可以避免所述锂离子电池出现封装边冲开、漏液、起火甚至爆炸的问题。
本发明的软包装及其制备的电池，解决了电池的重量能量密度及体积能量密度的问题；同时提高了电池在跌落、碰撞等滥用情况下的安全性的问题；同时在不增加电池的制作工序的情况下，可确保电池的使用寿命。
具体的，以下通过对比例及实施例作进一步的说明：
对比例1
本对比例中软包装采用覆盖层的材料厚度为25μm的聚酰胺，骨架层的材料采用厚度为35μm的铝层，密封层的材料采用厚度为80μm的聚丙烯。
正极片的制备：将钴酸锂、导电碳、粘结剂聚偏氟乙烯按质量比97.0:1.5:1.5加入氮甲基吡咯烷酮(NMP)中混合均匀制成正极浆料，然后将正极浆料涂布于铝箔上，并在85℃下烘干后进行冷压、切片、裁边、分条及极耳焊接制成正极片。
负极片的制备：将石墨、导电碳、增稠剂羧甲基纤维素钠、粘结剂丁苯橡胶按质量比97.5:1.0:0.8:0.7加入去离子水中混合均匀制成负极浆料，然后将负极浆料涂布于铜箔上，并在85℃下烘干后进行冷压、切片、裁边、分条及极耳焊接制成负极片。
非水电解液的制备：将六氟磷酸锂(LiPF6)与碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)配置成LiPF6浓度为1.0mol/L的溶液，其中，EC和DEC的质量比为1:1，得到非水电解液。
锂离子电池的制备：将正极片、隔离膜、负极片依次卷绕制成裸电芯；放入本例软包装壳中注液封装后，进行热压整形制备成锂离子电池。
对比例2
本对比例与对比例1的区别点在于，在密封层内侧增加粘结层。
具体的，本对比例中软包装采用覆盖层的材料厚度为25μm的聚酰胺，骨架层的材料采用厚度为35μm的铝层，密封层的材料采用厚度为80μm的聚丙烯；粘结层的材料采用厚度为10μm的改性聚丙烯，其中，粘结层的软化温度点与密封层相近。
具体的，本对比例中正极片、负极片、非水电解质的制备同对比例1，仅锂离子电池的软包装采用本对比例中的上述软包装，锂离子电池的制备方法同对比例1，此处不再赘述。
对比例3
本对比例与对比例2的区别点在于，在粘结层表面贴一层双面胶。
具体的，本对比例中软包装采用覆盖层的材料厚度为25μm的聚酰胺，骨架层的材料采用厚度为35μm的铝层，密封层的材料采用厚度为80μm的聚丙烯；粘结层的材料采用厚度为10μm的改性聚丙烯，其中，粘结层的软化温度点与密封层相近，而后，在软包装粘结层表面贴一层双面胶。
具体的，本对比例中正极片、负极片、非水电解质的制备同对比例1，仅锂离子电池的软包装采用本对比例中的上述软包装，锂离子电池的制备方法同对比例1，此处不再赘述。
实施例1
本实施例中软包装采用覆盖层的材料厚度为25μm的聚酰胺，骨架层的材料采用厚度为35μm的铝层，密封层的材料采用厚度为80μm的聚丙烯；粘结层的材料采用厚度为10μm的连续设置改性聚丙烯，其中，粘结层的软化温度点低于密封层。
具体的，本实施例中正极片、负极片、非水电解质的制备同对比例1，仅锂离子电池的软包装采用本实施例中的上述软包装，锂离子电池的制备方法同对比例1，此处不再赘述。本实施例与对比例2的区别点在于本实施例中作为粘结层材料为连续设置的改性聚丙烯，且粘结层的软化温度点低于密封层。
实施例2
本实施例中软包装采用覆盖层的材料厚度为25μm的聚酰胺，骨架层的材料采用厚度为35μm的铝层，密封层的材料采用厚度为80μm的聚丙烯，粘结层的材料采用厚度为10μm的连续设置的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物，其中粘结层的软化温度点低于密封层。
具体的，本实施例中正极片、负极片、非水电解质的制备同对比例1，仅锂离子电池的软包装采用本实施例中的上述软包装，锂离子电池的制备方法同对比例1，此处不再赘述。本实施例与实施例1的区别点在于本实施例采用了不同的粘结层的材料。
实施例3
本实施例中软包装采用覆盖层的材料厚度为25μm的聚酰胺，骨架层的材料采用厚度为35μm的铝层，密封层的材料采用厚度为80μm的聚丙烯，粘结层的材料采用厚度为10μm的连续设置的含氟聚酯，其中，粘结层的软化温度点低于密封层。
具体的，本实施例中正极片、负极片、非水电解质的制备同对比例1，仅锂离子电池的软包装采用本实施例中的上述软包装，锂离子电池的制备方法同对比例1，此处不再赘述。本实施例与实施例1的区别点在于本实施例采用了不同的粘结层的材料。
实施例4
本实施例中软包装采用覆盖层的材料厚度为25μm的聚酰胺，骨架层的材料采用厚度为35μm的铝层，密封层的材料采用厚度为80μm的聚丙烯，粘结层的材料采用厚度为10μm的间歇设置的条状的改性聚丙烯，其中，粘结层的软化温度点低于密封层。
具体的，本实施例中正极片、负极片、非水电解质的制备同对比例1，仅锂离子电池的软包装采用本实施例中的上述软包装，锂离子电池的制备方法同对比例1，此处不再赘述。本实施例与实施例1的区别点在于本实施例采用了具有不同形貌的间歇设置的条状的改性聚丙烯。
实施例5
本实施例中软包装采用覆盖层的材料厚度为25μm的聚酰胺，骨架层的材料采用厚度为35μm的铝层，密封层的材料采用厚度为80μm的聚丙烯，粘结层的材料采用厚度为10μm的间歇设置的网状的改性聚丙烯，其中，粘结层的软化温度点低于密封层。
具体的，本实施例中正极片、负极片、非水电解质的制备同对比例1，仅锂离子电池的软包装采用本实施例中的上述软包装，锂离子电池的制备方法同对比例1，此处不再赘述。本实施例与实施例4的区别点在于本实施例采用了具有不同形貌的间歇设置的网状的改性聚丙烯。
实施例6
本实施例中软包装采用保护层的材料厚度为10μm的氨基甲酸酯系树脂加质量分数为2％的染料，覆盖层的材料厚度为25μm的聚酰胺，第一连接层的材料厚度为5μm的饱和环式多异氰酸酯，骨架层的材料厚度为35μm的铝，第二连接层的材料厚度为20μm的改性聚丙烯，密封层的材料厚度为40μm的聚丙烯，粘结层的材料厚度为10μm的间歇设置的点状的改性聚丙烯，粘结层的软化温度点低于密封层。
具体的，本实施例中正极片、负极片、非水电解质的制备同对比例1，仅锂离子电池的软包装采用本实施例中的上述软包装，锂离子电池的制备方法同对比例1，此处不再赘述。本实施例与实施例4的区别点在于本实施例中添加了具有染料的保护层、第一连接层及第二连接层，且粘结层的形貌为点状。
测试结果
对实施例1-6及对比例1-3的测试结果进行评价
1)软包装常温下是否有初始粘接性：将软包装的内表面对粘后看是否粘住，若粘住即为有初始粘结性；
2)电池热压整形后裸电芯和软包装是否粘接：电池热压整形后拆解看软包装是否与裸电芯粘住；
3)电池跌落测试通过率：将电池满充后进行跌落测试，电池没有出现软包装破损、漏液、起火、爆炸现象的记为通过测试，通过率＝通过个数/测试总数。
对比例1-3和实施例1-6的测试评价结果如下表1所示。
表1、对比例及实施例评价测试结果
Figure BDA0001645919070000081
通过表1可以看出：
对比例1的软包装包括覆盖层、骨架层和密封层，由于未设置粘结层，软包装不具有初始粘结性，在电池热压整形后，也未出现裸电芯与软包装粘接的情况，在经过跌落测试后，软包装封装边被冲破，导致电池跌落测试通过率为0/5。对比例2设置了粘结层，但粘结层的软化温度点与密封层相近，不仅在常温下软包装没有初始粘结性，在电池热压整形后，也未产生软包装粘接裸电芯的效果，这是因为软包装粘结层的软化温度点较高，在热压温度下还未发生软化，所以电池跌落测试全部未通过。对比例3在对比例2的基础上增加了软包装的粘结层内表面粘贴双面胶，由于双面胶是独立于软包装在后续过程中贴上去的，因此不仅增加了一道工序，而且粘接强度有限，因而电池跌落测试未全部通过；此外双面胶具有初始粘结性，在软包装存储和转运过程中，容易发生相邻包装粘接的情况，在裸电芯入壳的过程中也会发生裸电芯与软包装粘接，造成裸电芯与软包装不好调整对位的问题。
实施例1-3均为采用连续设置的粘结层的软包装，软包装初始均无粘结性，区别点在于分别采用了不同的粘结层材料，粘结层在电池热压整形后产生粘结，因此电池跌落测试通过率为5/5。实施例4-6为采用不连续设置的粘结层的软包装，区别点在于粘结层的形貌分别为条状、网状及点状，在本发明的材料选择范围内，软包装初始粘结性及电池热压后的粘结性均比较理想，且电池跌落测试全部通过。另外，实施例6中的软包装还添加了具有染料的保护层、第一连接层及第二连接层，测试结果同样可以起到所期望的实施效果。
综上所述，本发明的软包装及其制备的电池，解决了电池的重量能量密度及体积能量密度的问题；同时提高了电池在跌落、碰撞等滥用情况下的安全性的问题；同时在不增加电池的制作工序的情况下，可确保电池的使用寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种应用于锂离子电池的软包装，其特征在于，所述软包装由外而内依次包括：覆盖层、骨架层、密封层及粘结层；其中，所述粘结层具有高于常温的软化温度点，使得所述粘结层在常温下不具有粘接力，且在高于所述粘结层的软化温度点的温度下，所述粘结层具有粘接力，其中，所述粘结层中的主要材料的软化温度点在45℃且所述粘结层中的主要材料的软化温度点低于所述密封层中的主要材料的软化温度点；所述密封层至少包含由聚烯烃与润滑剂所组成的混合材料层；所述粘结层为不连续，用于后续电池封装的封装区域是裸露的所述密封层或所述粘结层。
2.根据权利要求1所述的软包装，其特征在于，所述覆盖层的材料包括聚酰胺、聚酯、聚烯烃、改性聚烯烃、热固性树脂、光固化树脂中的一种或组合。
3.根据权利要求1所述的软包装，其特征在于，所述骨架层的材料为金属材料，包括铝及不锈钢中的一种。
4.根据权利要求1所述的软包装，其特征在于，所述润滑剂的含量范围介于500ppm~3000ppm。
5.根据权利要求1所述的软包装，其特征在于，所述覆盖层与所述骨架层之间还设置有第一连接层，所述第一连接层的材料包括聚氨基甲酸酯多元醇、饱和脂肪族及饱和环式多异氰酸酯中的一种或组合。
6.根据权利要求1所述的软包装，其特征在于，所述骨架层与所述密封层之间还设置有第二连接层，所述第二连接层的材料包括聚烯烃、改性聚烯烃、聚氨基甲酸酯多元醇、饱和脂肪族及饱和环式多异氰酸酯中的一种或组合。
7.根据权利要求1所述的软包装，其特征在于，所述覆盖层的外侧还设置有保护层，所述保护层的材料包括丙烯酸系树脂、氟系树脂、氨基甲酸酯系树脂、聚酯系树脂、环氧系树脂及苯氧基系树脂中的一种或组合。
8.根据权利要求7所述的软包装，其特征在于，所述覆盖层及保护层的材料中还包含染料。
9.根据权利要求1所述的软包装，其特征在于，所述粘结层的材料包括聚烯烃、改性聚烯烃、聚酯、含氟聚酯、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、聚酰胺、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚异戊二烯、热塑性聚氨酯、橡胶弹性体中的一种或组合。
10.根据权利要求1所述的软包装，其特征在于，所述粘结层的横截面积不大于所述密封层的横截面积。
11.一种基于软包装的锂离子电池，其特征在于，包括：正极、负极、隔离层、电解质及如权利要求1~10任意一项所述的软包装；所述隔离层位于所述正极及负极之间，所述电解质包覆所述正极及负极，所述软包装包覆所述电解质，其中，所述软包装的所述粘结层在常温下不具有粘接力，当所述电池处于热压整形工艺中时，所述粘结层产生粘接力，将所述电池中的电芯粘接固定于所述软包装。
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