CN109360933A - 一种软包锂离子电池及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软包锂离子电池，包括外壳和设于外壳内的裸电芯，所述外壳的顶封边或侧封边或底封边处设有至少一个通孔，所述通孔设在外壳的端部，所述通孔嵌设有注液管。本发明通过在外壳的顶封边或侧封边或底封边设置的通孔，并在通孔处嵌入注液管，在电池循环至一定次数后，可以用激光或切刀将注液管切开并进行二次注液，最后用密封胶将注液管密封，可有效延长电池的使用寿命，提高资源的利用率，还可以大大缓解电池行业的回收压力。本发明的制备方法简单，且能产生很大的经济效益，有利于推广应用。本发明应用于电池技术领域。

Description

一种软包锂离子电池及其制备方法、应用

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种软包锂离子电池及其制备方法、应用。

背景技术

近年来，在环境问题日益严峻、能源多样化战略渐成发展共识的背景下，新能源汽车行业发展迅速。动力电池作为电动汽车的心脏，是新能源汽车产业发展的关键。与钢壳、铝壳锂离子电池相比，软包锂离子电池因其重量轻、安全性能好、形状不受限、保护设计简单等优点快速增长。随着锂离子电池的广泛应用，消费者对锂离子电池的续航能力提出了越来越高的要求。而续航能力的提高，除了从材料体系方面进行改善外，提高电池的保液量也是非常重要的手段之一。

但在实际生产中，因极片的孔隙率及包装袋内部空间有限，再加上电池硬度方面的考量，电池的保液量是有限的。电池循环至一定次数后，电解液会消耗至一定的低值，此时因缺少电解液，电池的循环性能会发生恶化甚至终止寿命。目前，在电池回收机制不健全的情况下，锂离子电池在容量衰减至一定条件后，一般都被进行破坏性处理并回收正极材料。这种做法，不仅降低了资源的利用率，而且回收过程会污染环境，不利于环保；特别是对于成本较高的软包动力锂离子电池而言，无疑在降低资源利用率的同时，还大大增加了行业的回收压力。如果在电池性能恶化前对电池进行再次注液，不仅可以对电池加以利用，提高资源的利用率，还可以大大缓解电池行业的回收压力。

此外，在锂电行业，对锂离子电池进行二次注液是电池失效分析的一种常用手段。但由于缺乏行之有效的方法，实际分析过程中一般采用注液针将软包锂离子电池的某个角落刺穿并进行二次注液，最后用锡箔纸或密封胶封闭注液口。此种做法成功率很低，一方面，电池内部空间有限，操作不当，注液针会接触或刺穿极片引起短路，尤其是在电压较高的状态下，此种操作存在较大的安全隐患；另外一方面，注液针刺破电池一面的铝塑膜后，有可能进一步将电池另外一面的铝塑膜刺伤或刺破，前者会导致电池内部发生腐蚀，后者会导致注液失败或产生过多的刺破口影响电芯品质。此外，采用锡箔纸并不能将注液口进行有效封闭，采用密封胶密封可以改善密封效果，但是对密封速度及环境有比较苛刻的要求，否则二次注液后外界空气和水分易侵入电池内部，从而加速电池性能的恶化。

专利号为CN201810305883.5的公开文件公开了铝壳锂离子电池二次注液的方法，其主要涉及对于二次注液时的方法的改进，具体涉及对于二次注液的配方的改进，其仍然存在上述的缺陷。

鉴于此，有必要提供一种一种软包锂离子电池及其制备方法，提高软包锂离子电池的使用寿命和资源的利用率、减轻行业的回收压力，同时也为电池的失效分析提供一种有效的分析手段。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种软包锂离子电池及其制备方法、应用，能够提高软包锂离子电池的使用寿命和资源的利用率、减轻行业的回收压力，同时也为电池的失效分析提供一种有效的分析手段。

为实现上述目的，本发明提出了一种软包锂离子电池，包括外壳和设于外壳内的裸电芯，所述外壳的顶封边或侧封边或底封边处设有至少一个通孔，所述通孔设在外壳的端部，所述通孔嵌设有注液管。

进一步改进的，所述注液管包括至少两块密封胶带、导管和套设在导管上的金属套，所述导管的一端为开口端，所述开口端延伸至电池内部，所述导管的另一端为封闭端，所述封闭端延伸至电池的外部，所述金属套包设有密封胶带，所述密封胶带相互贴合并将金属套包覆于其中，所述密封胶带嵌设在通孔内。

进一步改进的，所述导管和金属套之间为过盈配合。

进一步改进的，所述导管中部设有单向阀。

进一步改进的，所述封闭端的外露高度至少为5mm，所述导管由高分子材料制成。

进一步改进的，所述开口端的管径大于封闭端的管径。

进一步改进的，所述顶封边包括从外壳端部至外壳内部依次设置的顶封外未封区、顶封封印区、顶封内未封区；

所述侧封边包括从外壳端部至外壳内部依次设置的侧封外未封区、侧封封印区、侧封内未封区；

所述底封边包括从外壳端部至外壳内部依次设置的底封外未封区、底封封印区、底封内未封区；

所述金属套的一端延伸至顶封外未封区或侧封外未封区或底封外未封区，所述金属套的另一端穿过顶封封印区或侧封封印区或底封封印区并延伸至顶封内未封区或侧封内未封区或底封内未封区。

进一步改进的，所述密封胶带包含在顶封边或侧封边或底封边之内。

本发明还公开了软包锂离子电池的制备方法，其采用的技术方案如下：

一种上述的软包锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

S1：外壳的制作，将裁切好的铝塑膜的中部冲压出至少一个内坑和至少一个小坑，各内坑位于铝塑膜的同一侧，各小坑位于铝塑膜的另一侧，在与内坑相对应的铝塑膜的边缘冲压出至少一个凹槽，将铝塑膜对折后，所述凹槽能够形成通孔；

S2：裸电芯的封装，将裸电芯放入步骤S1冲压出的内坑中，将注液管卡装在凹槽处，将铝塑膜对折后，所述凹槽形成通孔并将注液管包裹住，密封胶带嵌在通孔处，所述小坑一侧的铝塑膜对折后形成气袋；

S3：将步骤S2封装后的裸电芯通过后续工序加工至成品电池。

本发明还公开了软包锂离子电池的应用，其采用的技术方案如下：

一种上述的软包锂离子电池的应用，包括以下步骤：

A1：取上述软包锂离子电池，其循环至容量保持率的衰减呈现明显加速后，在干燥房中采用激光或切刀将封闭端切开；

A2：用注液针吸取一定量的电解液，从封闭端插入并穿过单向阀，所述注液针的长度大于或等于单向阀至封闭端的长度且小于或等于导管的长度；

A3：通过步骤A2注液完成后，采用密封胶将封闭端密封；

A4：将A3步骤处理过的电池继续进行使用或循环测试。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：

1.本发明通过在外壳的顶封边或侧封边或底封边设置的通孔，并在通孔处嵌入注液管，在电池循环至一定次数后，可以用激光或切刀将注液管切开并进行二次注液，最后用密封胶将注液管密封，可有效延长电池的使用寿命，提高资源的利用率，还可以大大缓解电池行业的回收压力。

2.本发明的注液管包括导管和金属套，导管的一端为封闭端，二次注液时，将封闭端切开后可以注液；导管的中部设有单向阀，外部空气和水分不能经过单向阀侵入电池内部；当电池内部压力过大时，单向阀可朝封闭端打开释放压力。当顶开单向阀的注液针移除后，单向阀可快速闭合，从而能阻止外部空气和水分在注液口侵入电池内部，有效保证电池品质。

3.本发明的金属套可保护导管在封装时不受压变形甚至破裂；金属套通过密封胶带嵌入在通孔内，导管和金属套之间采用过盈配合，保证了电池的密封性，防止外部空气或水分入侵影响电池品质。

4.本发明采用注液针插入封闭端进行二次注液，注液针的长度大于或等于单向阀至封闭端的长度且小于或等于导管的长度，可保证在可进行二次注液的前提下，防止在进行二次注液时，注液针太长，超出导管的部分与极片接触或刺破极片引起短路，从而能提供一种安全有效的二次注液的方法，同时为锂离子电池失效分析提供安全有效的分析手段。

5.本发明开口端的管径大于封闭端的管径，可有效避免了电池内部反应产生的副产物将导管堵塞，无法进行二次注液的现象。

6.本发明的制备方法简单，且能产生很大的经济效益，有利于推广应用。

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示出的结构获得其他的附图。

附图1为导管的结构示意图；

附图2为注液管的结构示意图；

附图3为铝塑膜冲压后的结构示意图；

附图4为图3中A-A处剖视图；

附图5为本发明注液管设于顶封边时的结构示意图；

附图6为本发明注液管设于侧封边时的结构示意图；

附图7为本发明注液管设于底封边时的结构示意图。

本发明的附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	外壳	711	开口端
2	裸电芯	712	封闭端
				3	顶封边	72	金属套
4	侧封边	73	密封胶带
				5	底封边	74	单向阀
6	通孔	31	顶封外未封区
				7	注液管	32	顶封封印区
8	内坑	33	顶封内未封区
				9	小坑	41	侧封外未封区
11	铝塑膜	42	侧封封印区
				12	极耳	43	侧封内未封区
13	极耳胶	51	底封外未封区
				14	气袋口	52	底封封印区
61	凹槽	53	底封内未封区
				71	导管

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个以上，例如三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1至图7。

实施例1

一种软包锂离子电池，包括外壳1和设于外壳1内的裸电芯2，外壳1的顶封边3或侧封边4或底封边5处设有至少一个通孔6，通孔6设在外壳1的端部，通孔6嵌设有注液管7。裸电芯2是由正极极片、负极极片以及隔膜按照叠片的方式制成。外壳由铝塑膜制成，由内至外依次为密封层、金属层、胶粘层、防护层，所述金属层为铝层。

注液管7包括至少两块密封胶带73、导管71和套设在导管71上的金属套72，导管71的一端为开口端711，开口端711延伸至电池内部，导管71的另一端为封闭端712，封闭端712延伸至电池的外部，金属套72包设有密封胶带73，优选的，密封胶带73的数量为两块，两密封胶带73相互贴合并将金属套72包覆于其中，优选的，密封胶带73将金属套72完全包覆后，且其长出的部分均匀的分布在金属套72两侧，目的是保证电池在进行封装时，注液管7处能完全密封好。密封胶带73嵌设在通孔6内。密封胶带73可在热压封装时与外壳1最内层的密封层融合。

导管71和金属套72之间为过盈配合。导管71的外管径可为喇叭形、圆柱形、立方形或其他异型形状。

导管71中部设有单向阀74,当封闭端712切开后，外部空气和水分不能经过单向阀74侵入电池内部；当电池内部压力过大时，单向阀74可朝封闭端1打开释放压力。在本发明中，当顶开单向阀74的注液针移除后，单向阀74可快速闭合，从而能阻止外部空气和水分在注液口密封前侵入电池内部，有效保证电池品质。单向阀74和封闭端1之间有一定距离，目的是防止裁切封闭端1时，将单向阀74裁切掉。

封闭端712的外露高度至少为5mm，导管71由高分子材料制成，高分子材料包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丁烯、改性聚氯乙烯等，高分子材料具有耐高温、耐电解液的特性。

开口端711的管径大于封闭端712的管径，可有效避免了电池内部反应产生的副产物将导管堵塞，无法进行二次注液的现象。

顶封边3包括从外壳1端部至外壳1内部依次设置的顶封外未封区31、顶封封印区32、顶封内未封区33；侧封边4包括从外壳1端部至外壳1内部依次设置的侧封外未封区41、侧封封印区42、侧封内未封区43；底封边5包括从外壳1端部至外壳1内部依次设置的底封外未封区51、底封封印区52、底封内未封区53；金属套72的一端延伸至顶封外未封区31或侧封外未封区41或底封外未封区51，金属套72的另一端穿过顶封封印区32或侧封封印区42或底封封印区52并延伸至顶封内未封区33或侧封内未封区43或底封内未封区53。密封胶带73包含在顶封边3或侧封边4或底封边5之内。

本实施例还公开了软包锂离子电池的制备方法，其采用的技术方案如下：

一种上述的软包锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

S1：外壳1的制作，将裁切好的铝塑膜11的中部冲压出至少一个内坑8和至少一个小坑9，各内坑8位于铝塑膜11的同一侧，各小坑9位于铝塑膜11的另一侧，在与内坑8相对应的铝塑膜11的边缘冲压出至少一个凹槽61，将铝塑膜11对折后，凹槽61能够形成通孔6；具体的，内坑8用于安放裸电芯2，小坑9用于扩大气袋体积。

S2：裸电芯2的封装，将裸电芯2放入步骤S1冲压出的内坑8中，将注液管7卡装在凹槽61处，将铝塑膜11对折后，凹槽61形成通孔6并包裹住注液管7，密封胶带73嵌在通孔6处，小坑9一侧的铝塑膜11对折后形成气袋。在本实施例中，裸电芯2的制作方法是：按照常规工艺制备正极极片、负极极片，并将正极极片、负极极片与隔膜按照叠片的方式组装成裸电芯2。如图3和图4所示的铝塑膜11上的小坑9数量为两个，内坑8数量为两个，在铝塑膜11对折后，两内坑8重合，两小坑9一侧的铝塑膜11重合形成气袋。在实际的生产过程中，小坑9和内坑8的数量可以各为一个或多个，当裸电芯2的厚度较小和产气量较小时，小坑9和内坑8的数量可各设为一个，其他并无差别。

S3：将步骤S2封装后的裸电芯2具体通过以下工序加工至成品电池：

1：将铝塑膜11对折后继续顶封、侧封和底封；

2：角位预封装：将步骤1进行封装后的裸电芯2进行角位预封装，如果有进行底封，则不需要进行角位预封装。此步骤目的是为了防止电池气袋与主体交界的角位因反复弯折应力集中导致角位破损。

3：将步骤2加工后的电池至真空、高温的密闭烤箱中进行烘烤，直至水含量合格；

4：将一定量电解液通过气袋口14注入经步骤3加工后的电池中，然后将气袋口封闭；

5：将步骤4加工后的电池依次进行静置、化成；

6：将步骤5加工后的电池的气袋处进行穿刺、抽气后，然后将未封闭区封闭，同时将气袋裁切掉；

7：将步骤6加工后的电池进行分容、老化等制成成品电池。

本实施例还公开了软包锂离子电池的应用，其采用的技术方案如下：

一种上述的软包锂离子电池的应用，包括以下步骤：

A1：取上述的软包锂离子电池，其循环至容量保持率的衰减呈现明显加速后，在干燥房中采用激光或切刀将封闭端712切开；

A2：用注液针吸取一定量的电解液，从封闭端712插入并穿过单向阀74，注液针的长度大于或等于单向阀74至封闭端712的长度且小于或等于导管71的长度；

A3：通过步骤A2注液完成后，采用密封胶将封闭端712密封；

A4：将A3步骤处理过的电池继续进行使用或循环测试。

实施例2

与实施例1不同之处在于，注液管7是封在侧封边4，相应地，在制作外壳1时，需在两侧侧封边4冲出凹槽61，封装时，外壳1沿着底封边5对折。

实施例3

与实施例1不同之处在于，注液管7是封在底封边5，相应地，在制作外壳1时，需在两侧底封边5冲出凹槽61，封装时，外壳1沿着侧封边4对折。

对比例1

与实施例1不同之处在于，对比例1的电池没有设注液管7。

循环测试：

在测试中，循环寿命的判断方法为：放电容量保持率≤80％视为失效。

取实施例1～3的电池各3个，对比例1的电池6个，做如下测试，要求测试电池的容量、保液量及其他基本性能数据一致。首先在相同的条件下循环900次，然后取实施例1～3的所有电池进行二次注液，取对比例1的3个电池按照现有方法进行二次注液，最后将所有电池继续进行循环测试，并比较循环过程中电池的放电容量保持率。放电容量保持率为每次循环的放电容量除以第一次循环的放电容量。

对比例1的电池进行二次注液的方法为：用注液针刺破电池的顶封边3台阶处，将与实施例1～3等量的电解液注入到电池中，并快速用锡箔纸将电池的注液口进行密封。

循环数据的结果如表1所示。

1.从表1可以看出，在900次循环前，实施例1～3的电池与对比例1的电池循环性能基本一致，说明本发明的方法不会对电池的循环使用寿命产生负面影响。

2.达到900次循环时容量保持率的衰减明显加速，因此对实施例1～3的所有电池与对比例1的4#～6#电池进行二次注液，实施例1～3所有电池继续循环至1800次时，容量保持率基本一致，约为81％；对比例1未进行二次注液的1#～3#电池在继续循环至1200次时就已经发生快速衰减，容量保持率约为80％；对比例1进行二次注液的4#～6#电池，由于注液针刺破极片，造成1个电池短路报废，另外两个电池由于密封效果差，空气和水分慢慢入侵到电池内部，导致容量衰减率更快，在1100次时容量保持率已经衰减至80％以下。由此可见，本发明的软包锂离子电池可以有效进行二次注液，补充循环后消耗的电解液，大大提高电池的使用寿命。

3.从以上循环数据也可知，在原有的保液系数下，该材料体系的正常循环寿命为1200次，此时材料体系并未发生不可逆转的破坏，通过补充电解液，可以将电池的循环寿命至少延长600次循环。

表1

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种软包锂离子电池，其特征在于，包括外壳(1)和设于外壳(1)内的裸电芯(2)，所述外壳(1)的顶封边(3)或侧封边(4)或底封边(5)处设有至少一个通孔(6)，所述通孔(6)设在外壳(1)的端部，所述通孔(6)嵌设有注液管(7)。

2.根据权利要求1所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述注液管(7)包括至少两块密封胶带(73)、导管(71)和套设在导管(71)上的金属套(72)，所述导管(71)的一端为开口端(711)，所述开口端(711)延伸至电池内部，所述导管(71)的另一端为封闭端(712)，所述封闭端(712)延伸至电池的外部，所述金属套(72)包设有密封胶带(73)，所述密封胶带(73)相互贴合并将金属套(72)包覆于其中，所述密封胶带(73)嵌设在通孔(6)内。

3.根据权利要求2所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述导管(71)和金属套(72)之间为过盈配合。

4.根据权利要求2所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述导管(71)中部设有单向阀(74)。

5.根据权利要求2所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述封闭端(712)的外露高度至少为5mm，所述导管(71)由高分子材料制成。

6.根据权利要求2所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述开口端(711)的管径大于封闭端(712)的管径。

7.根据权利要求2所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述顶封边(3)包括从外壳(1)端部至外壳(1)内部依次设置的顶封外未封区(31)、顶封封印区(32)、顶封内未封区(33)；

所述侧封边(4)包括从外壳(1)端部至外壳(1)内部依次设置的侧封外未封区(41)、侧封封印区(42)、侧封内未封区(43)；

所述底封边(5)包括从外壳(1)端部至外壳(1)内部依次设置的底封外未封区(51)、底封封印区(52)、底封内未封区(53)；

所述金属套(72)的一端延伸至顶封外未封区(31)或侧封外未封区(41)或底封外未封区(51)，所述金属套(72)的另一端穿过顶封封印区(32)或侧封封印区(42)或底封封印区(52)并延伸至顶封内未封区(33)或侧封内未封区(43)或底封内未封区(53)。

8.根据权利要求1所述的软包锂离子电池，其特征在于，所述密封胶带(73)包含在顶封边(3)或侧封边(4)或底封边(5)之内。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的软包锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：外壳(1)的制作，将裁切好的铝塑膜(11)的中部冲压出至少一个内坑(8)和至少一个小坑(9)，各内坑(8)位于铝塑膜(11)的同一侧，各小坑(9)位于铝塑膜(11)的另一侧，在与内坑(8)相对应的铝塑膜(11)的边缘冲压出至少一个凹槽(61)，将铝塑膜(11)对折后，所述凹槽(61)能够形成通孔(6)；

S2:裸电芯(2)的封装，将裸电芯(2)放入步骤S1冲压出的内坑(8)中，将注液管(7)卡装在凹槽(61)处，将铝塑膜(11)对折后，所述凹槽(61)形成通孔(6)并将注液管(7)包裹住，所述密封胶带(73)嵌在通孔(6)处，所述小坑(9)一侧的铝塑膜(11)对折后形成气袋；

S3：将步骤S2封装后的裸电芯(2)通过后续工序加工至成品电池。

10.一种如权利要求1至8任一项所述的软包锂离子电池的应用，其特征在于，包括以下步骤：

A1：取权利要求1至8任一项所述的软包锂离子电池，其循环至容量保持率的衰减呈现明显加速后，在干燥房中采用激光或切刀将封闭端(712)切开；

A2：用注液针吸取一定量的电解液，从封闭端(712)插入并穿过单向阀(74)，所述注液针的长度大于或等于单向阀(74)至封闭端(712)的长度且小于或等于导管(71)的长度；

A3：通过步骤A2注液完成后，采用密封胶将封闭端(712)密封；

A4：将A3步骤处理过的电池继续进行使用或循环测试。