CN109326826B - 一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头、封装方法和电池 - Google Patents

Abstract

本发明属于储能技术领域，涉及一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头，包括上封头和下封头；上封头靠近裸电芯侧边的一侧和下封头靠近裸电芯侧边的一侧均均匀设置多个弧形凸起，且弧形凸起的凸起方向朝向裸电芯。本发明还提供一种适用于柔性可弯曲电池的封装方法，包括如下步骤：1）用铝塑膜包裹裸电芯，顶封；2）采用上述封装封头进行侧封，上、下封头设有弧形凸起的一侧靠近裸电芯的侧边；3）电池经烘烤、注液、化成、老化，用带有上述封装封头的二封机抽液封口。本发明还提供采用上述封装方法制备的柔性可弯曲电池。本发明将侧封的内边线由传统的直线变成了非直线，有助于电池在弯曲时产生较多均匀的折痕以分散应力，也避免了折点出现破裂。

Description

一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头、封装方法和电池

技术领域

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头、封装方法和电池。

背景技术

锂离子电池分布在我们生活的每一个角落，其应用领域包括手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表、移动电源（充电宝）、应急电源、剃须刀、电动自行车、电动汽车、电动公交车、旅游观光车、无人机，以及其他各类电动工具。作为电能的载体和众多设备的动力来源，可以说，锂离子电池的使用已经渗透了我们生活的方方面面。

软包装锂离子电池是锂离子电池常见的形态，其基本组成单元为内部电芯，和外部包装膜以及负责锂离子传输的电解液。其中，内部电芯为锂离子电池的能量承载体，他的组成一般包括正极片、负极片、隔膜三大组分，而正负极极片又各自包含活性成分层以及电子传输层（集流体）。正极片的集流体一般选用铝箔，主要在于其耐高电压下的氧化反应；负极片的集流体一般选用铜箔，主要在于其耐低电压下的还原反应。电池电流的引出一般使用金属极耳与极片集流体焊接的方式。由于软包装锂离子电池的制备工艺的可操作性较强，所以，世面上可见的软包装锂离子电池也是形态各异，但基本结构不会发生变化。

传统的电子设备使用的电池形状是固定的，以手机和平板的电池为例，其电池为软包型锂离子电池。检验该种电池优劣的标准之一是电池的硬度，一般硬度越大，电池的性能越好，这类锂离子电池较厚，电池的各部分组件基本不具备弹性的物理要求，因此难以实现弯曲。近年来，具有可弯曲功能的柔性可穿戴电子器件研究愈发广泛，可弯曲手机、平板以及智能衣服等电子产品的开发是当前研发的热点。此类产品具有更好的人体舒适度，能更好的切合人们对电子产品的想象和要求，作为柔性可穿戴设备的一部分的电池同样也需要具备柔性耐弯曲的特点。

目前市场上已经出现了具有一定弯曲弧度的电池，但是此类电池往往是将标准电池经特定的工艺处理来获得有限的弯曲效果，并且处理后的电池弧度是固定的。而消费类电子设备正在往轻、薄的方向发展，相应的电池厚度也要求相应的降低，当电池厚度降低到2mm及以下时，电池能够进行一定程度的弯曲，但即使厚度变薄，弯曲过程中电池内部和外部均会出现一定的不良反应，电池由平直状态过渡到弯曲状态的过程中，电池的外包装、内部的电芯以及两者之间均会发生相应的应力变化，在弯曲过程中面对产生的应力无法从材料本身上得到缓解和释放，导致电池内极片损伤，进而导致电池某些部位多次弯曲后出现电池性能下降甚至失效、破裂等情况，严重的会造成短路起火等安全隐患。

软包型锂离子电池是最可能制备成柔性可弯曲型的锂离子电池，一般软包型锂离子电池使用铝塑膜作为外包装膜。由于电池由于本身有一定的厚度，这就导致电池在弯曲时存在内弯面和外弯面的区别。两个面在弯曲时由于内外径存在的差异，弯曲过程中其中一面的铝塑膜会呈现出收缩的趋势，由于没有区域来对这种趋势进行缓解，铝塑膜将在电池的一定部位出现折痕，反复弯曲的情况下，折痕会逐渐的出现破裂，且破裂的位置往往是应力最集中的位置。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头、封装方法和电池，能够有效的分散电池弯曲时产生的应力，防止发生出现铝塑膜破裂从而导致电池漏液、失效以及引发可能的安全问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头，呈上下对应设置的上封头和下封头；所述上封头靠近裸电芯侧边的一侧和所述下封头靠近裸电芯侧边的一侧均均匀设置多个弧形凸起，所述上封头上的弧形凸起与所述下封头上的弧形凸起一一对应，且所述弧形凸起的凸起方向朝向所述裸电芯。

进一步地，两相邻的所述弧形凸起之间形成弧形凹槽。

进一步地，所述弧形凸起与所述弧形凹槽交替光滑连接形成波浪结构。

进一步地，所述弧形凸起为波形或圆弧形，所述弧形凹槽为波形或圆弧形。

更进一步地，所述弧形凸起的形状与所述弧形凹槽的形状相同。

本发明还提供一种适用于柔性可弯曲电池的封装方法，包括如下步骤：

1）采用分切好的铝塑膜包裹裸电芯，进行顶封；

2）采用上述的封装封头进行侧边封装，所述上封头和所述下封头设有弧形凸起的一侧靠近裸电芯的侧边，且所述弧形凸起的顶点与所述裸电芯的侧边之间有间隙；

3）电池经烘烤、注液、化成、老化后，采用带有上述封装封头的二封机进行抽液封口。

进一步地，所述弧形凸起的顶点与所述裸电芯的侧边之间的距离为1～2mm。

进一步地，所述弧形凸起的高度为0.5～1.5mm。

本发明还提供一种采用上述的封装方法制备而成的柔性可弯曲电池。

本发明的设计原理如下：

将电池的弯曲等效成一个同心圆的弯曲模式，则弯曲过程中电池的两个面会出现内弯曲面和外弯曲面，这两个面在弯曲过程中的伸缩状态完全不同，受弯曲所产生的应力聚集状态也不一致。软包装锂离子电池的各个组件基本不具备弹性，作为软包装锂离子电池外包装的铝塑膜其抗拉强度也远大于电池弯曲时外部所给的拉力，因此电池在弯曲时，认为更多的是发生内弯曲面的收缩效应。

弯曲过程中锂离子电池所呈现的状态不是均匀的弯曲。假设电池的厚度为h，电池的弯曲所对应圆弧的弧度为θ相对应的两个面在同一个弯曲过程中在弧长上将发生一个2π*h*θ/360的线长度变化量。两个面在理论弯曲情况下的变化量与电池的厚度和弯曲弧度有关，其整体趋势是电池的厚度h越大，弯曲所对应的弧度越大则在电池的两个面上将出现更大的相对长度变量，并且由于电池的外包装组件铝塑膜没有能够吸收该长度变量的能力，因此电池弯曲的外部表现则是内弯曲面出现因应力不能发散所导致的折痕。在没有对铝塑膜表面的特定区域进行处理的情况下，应力所引起的折痕位置以及数目是不确定的，不同宽度和长度的电池弯曲时在铝塑膜表面所出现的折痕数量和位置也会有差异；铝塑膜表面一旦出现折痕，则弯曲时所产生的应力将集中在折痕的位置。

相对于电池主体部位的厚度，电池封边位置厚度主要是两层铝塑膜的厚度，远低于电池的主体厚度，弯曲过程中基本不受内外弯曲面的影响。但其封边内侧与电池内部边界部位是电池弯曲过程中应力的集中位置。在封边内侧边线是一条分界线，其内部的电芯以及封装的铝塑膜在弯曲过程中是可以发生一定的移动和变形的，而外侧的封装边是几乎完全固定不动的，因此电池内侧的形变只能够延伸到封装边线的位置。而在弯曲过程中铝塑膜一旦出现折痕，其终点会裸在边封内侧的一个点上，反复弯曲的情况下极易发生铝塑膜破裂。

折痕的数量多有利于弯曲时应力的均匀消解；如果应力全部集中在一条或者两条折痕上，折痕在反复的弯曲过程中会出现疲劳断裂的可能，其表现主要为铝塑膜在折痕的位置出现破裂，从而导致电池漏液、失效以及引发可能的安全问题，因此要想保证电池能够多次的弯曲使用，需要使电池表面的铝塑膜能够在多个位置有弯曲时应力的缓解；除此之外还要保证封边位置的内边边线上折痕的落脚点不在多次弯曲时出现破裂。

因此，针对以上所述的电池弯曲过程中出现的铝塑膜收缩折痕以及折痕落脚点破裂的问题，本发明设计了一种非直线式的边封封头，使用该封头进行侧边封装后，封边内侧的边界线不是直线，而是均匀设置有多个弧形凸起，通过该种设计可以增加电池弯曲时表面的折痕数量，并且能将折痕落脚点区域在弯曲时的应力做有效的发散，从而有利于电池的弯曲，能够有效的提高电池的耐弯曲性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用带有多个均匀设置的弧形凸起的封头进行侧边封装，使封装的内边线由传统的直线形式变成了非直线形式，一方面有助于电池在弯曲时产生较多均匀的折痕，并在众多的折痕处发散应力，避免了弯曲时收缩应力在少数几条折痕上过度的集中；另一方面，折痕与封边交界的位置为非直线形式，很难再形成较深的折痕，从而避免了折痕落脚点部位出现破裂；

（2）本发明提供的适用于柔性可弯曲电池的封装封头在上封头和下封头上沿长度方向上的一侧形成波浪结构，可以增加电池弯曲时表面的折痕数量，且折痕分布均匀，能够更好的分散弯曲产生的应力；

（3）采用本发明提供的封装封头和封装方法制备的柔性可弯曲电池的耐弯曲性能好，且不易发生铝塑膜破裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的适用于柔性可弯曲电池的封装封头的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的适用于柔性可弯曲电池的封装封头的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的适用于柔性可弯曲电池的封装封头的结构示意图；

图4为采用本发明实施例提供的适用于柔性可弯曲电池的封装方法的制备的柔性可弯曲电池的结构示意图；

图中：1、上封头，2、下封头，3、弧形凸起，4、弧形凹槽，5、侧封边，6、裸电芯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本实施例提供一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头，包括呈上下对应设置的上封头1和下封头2；上封头1靠近裸电芯6侧边的一侧和下封头2靠近裸电芯6侧边的一侧均均匀设置多个弧形凸起3，上封头1上的弧形凸起3与下封头2上的弧形凸起3一一对应，且弧形凸起3的凸起方向朝向裸电芯6。本发明采用带有多个弧形凸起3的封头进行侧边封装，使封装的内边线由传统的直线形式变成了非直线形式，可以增加电池弯曲时表面的折痕数量，并且能将折痕落脚点区域在弯曲时的应力能够有效的发散，从而有利于电池的弯曲。

作为一种实现方式，本发明提供的封装封头的上封头1和下封头2可在竖直方向上上下移动，通过气缸来分别精确控制上封头1和下封头2的上下移动，将铝塑膜夹设在上封头1和下封头2之间实现封装；封装封头可以先对裸电芯6的一侧进行封装再封装另一侧，也可以设置两对封装封头，分别对裸电芯6的两侧进行同时侧封。

进一步地，如图2-3所示，两相邻的所述弧形凸起3之间形成弧形凹槽4。

进一步地，所述弧形凸起3与所述弧形凹槽4交替光滑连接形成波浪结构。本发明通过在封边内侧形成波浪结构，可以增加电池弯曲时表面的折痕数量，且折痕分布均匀，能够更好的分散弯曲产生的应力，还能防止铝塑膜破裂，提高电池的耐弯曲性能。

进一步地，如图1-3所示，所述弧形凸起3为波形或圆弧形，所述弧形凹槽4为波形或圆弧形。作为一种实现方式，所述弧形凸起3为波形，所述弧形凹槽4为波形或圆弧形；作为另一种实现方式，所述弧形凸起3为圆弧形，所述弧形凹槽4为波形或圆弧形。作为本实施例的其他实现方式，弧形凸起3可以替换为锯齿形、矩形、梯形或其他不规则的形状；也可以在凸起之间设置凹槽，凹槽的形状可以与凸起的形状相同，也可以与凸起的形状不同，凸起与凹槽交替设置并通过光滑曲线连接，已获得较多折痕来分散弯曲产生的应力。

作为一种实施方式，所述弧形凸起3的形状与所述弧形凹槽4的形状相同。弧形凸起3与弧形凹槽4的交替布置并通过光滑曲线连接，弧形凸起3的高度与凹槽的弧形凹槽4的深度可以相同，也可以不同。

本发明还提供一种适用于柔性可弯曲电池的封装方法，包括如下步骤：

1）采用分切好的铝塑膜包裹裸电芯6，进行顶封；

2）采用上述的封装封头进行侧边封装，所述上封头1和所述下封头2设有弧形凸起的一侧靠近裸电芯6的侧边，且所述弧形凸起的顶点与所述裸电芯6的侧边之间有间隙；

3）电池经烘烤、注液、化成、老化后，采用带有上述封装封头的二封机进行抽液封口。

本发明提供一种有助于柔性可弯曲电池的封装方法，该封装方式可以在弯曲折痕的集聚和封边内侧的破裂两个方面对电池的弯曲过程起到应力缓解的作用。

进一步地，所述弧形凸起3的顶点与所述裸电芯6的侧边之间的距离为1～2mm；即内未封区宽度为1～2mm。

进一步地，所述弧形凸起3的高度为0.5～1.5mm。

本发明还提供一种采用上述的封装方法制备而成的柔性可弯曲电池。如图4所示，在裸电芯6的两侧采用上述的封装封头和封装方法进行侧封，制备的柔性可弯曲电池的侧封边5的内侧为波浪结构，电池的耐弯曲性能更好，且不易发生铝塑膜破裂。

实施例一

制备宽度为30mm，长度为90mm，厚度为1.5mm的软包装锂离子电池，电池顶封完成后，采用的上述的适用于柔性可弯曲电池的封装封头进行侧边封装，侧边封装的热封机上、下封头的长度为200mm，宽度为4mm，其中上、下封头朝向裸电芯的一侧具有波长为2mm，波峰到波谷差值为1.5mm的波形的波浪结构，侧封边内侧波形的波峰与裸电芯侧边之间的距离为1mm，即内未封区宽度为1mm；侧封完成后电池进行烘烤、注液、化成、老化处理，之后使用带相同规格波形的封装封头对电池进行二封。

实施例二

制备宽度为30mm，长度为90mm，厚度为1.5mm的软包装锂离子电池，电池顶封完成后，采用的上述的适用于柔性可弯曲电池的封装封头进行侧边封装，侧边封装的热封机上、下封头的长度为200mm，宽度为4mm，其中上、下封头朝向裸电芯的一侧具有圆弧形凸起，圆弧形凸起的高度为1.5mm，长度是2.5mm，相邻圆弧形凸起之间的间距为0.5mm，连接处使用平滑倒角处理，侧封边内侧圆弧形凸起的顶点与裸电芯侧边之间的距离为1mm，即内未封区宽度为1mm；侧封完成后电池进行烘烤、注液、化成、老化处理，之后使用带相同规格圆弧形凸起的封装封头对电池进行二封。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头，其特征在于：包括呈上下对应设置的上封头和下封头；所述上封头在水平方向上靠近裸电芯侧边的一侧和所述下封头在水平方向上靠近裸电芯侧边的一侧均均匀设置多个弧形凸起，所述上封头上的弧形凸起与所述下封头上的弧形凸起一一对应，且所述弧形凸起的凸起方向朝向所述裸电芯。

2.如权利要求1所述的一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头，其特征在于：两相邻的所述弧形凸起之间形成弧形凹槽。

3.如权利要求2所述的一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头，其特征在于：所述弧形凸起与所述弧形凹槽交替光滑连接形成波浪结构。

4.如权利要求3所述的一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头，其特征在于：所述弧形凸起为波形或圆弧形，所述弧形凹槽为波形或圆弧形。

5.如权利要求4所述的一种适用于柔性可弯曲电池的封装封头，其特征在于：所述弧形凸起的形状与所述弧形凹槽的形状相同。

6.一种适用于柔性可弯曲电池的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采用分切好的铝塑膜包裹裸电芯，进行顶封；

2)采用如权利要求1-5任意一项所述的封装封头进行侧边封装，所述上封头和所述下封头设有弧形凸起的一侧靠近裸电芯的侧边，且所述弧形凸起的顶点与所述裸电芯的侧边之间有间隙；

3)电池经烘烤、注液、化成、老化后，采用带有上述封装封头的二封机进行抽液封口。

7.如权利要求6所述的一种适用于柔性可弯曲电池的封装方法，其特征在于：所述弧形凸起的顶点与所述裸电芯的侧边之间的距离为1～2mm。

8.如权利要求6所述的一种适用于柔性可弯曲电池的封装方法，其特征在于：所述弧形凸起的高度为0.5～1.5mm。

9.一种采用权利要求6-8任意一项所述的封装方法制备而成的柔性可弯曲电池。

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