CN109378411A - 一种软包锂离子电池的外壳及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软包锂离子电池的外壳，包括主体，主体的一侧设有排气封装后需切除的气袋，气袋上设有至少一个向外凸起的小坑。通过在气袋上设置的小坑，将外壳包裹着裸电芯进行顶封和侧封后，可以提高气袋容纳化成时产生气体的体积。小坑与气袋平行的截面的形状为梯形，梯形两平行边中较短的一条边靠近主体，气体和电解液排出的出口由窄变宽，可有效减小电解液排出的速率，从而有效降低电解液流出气袋污染电池外壳和极耳的风险；同时，气袋同一面小坑之间可用于放置自动注液机吸嘴，从而能高效利用气袋面积，节省外壳材料。本发明应用于电池技术领域。

Description

一种软包锂离子电池的外壳及其封装方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种软包锂离子电池的外壳及其封装方法。

背景技术

随着当今科技的迅猛发展，电子信息产品在人们的日常生活中占据着越来越重要的位置。锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、工作电压高等成为不可或缺的化学电源。而与钢壳、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。

目前软包锂离子电池在进行化成后的排气封装工序时，大多采用气袋平放的方式，然后将气袋刺穿、抽气，最后进行封装。此种做法容易造成抽出的电解液残留在二封边的位置，影响封装效果；同时也容易导致气袋在刺破后电解液流出污染电池外壳或极耳。如果电池外壳材质为PET/尼龙层，残留的电解液是比较容易处理的；但对于铝极耳和镀镍铜极耳来说，残留的电解液很难清理掉，如不清理干净，会引起下游工序组装焊接时炸火、掉金属碎屑，带来较多的安全隐患。

为解决上述问题，公开号为“CN101924248A”的专利文件公开了“软包锂离子电池封装方法”，提出在排气封装时，电池的气袋与电池主体的连接部位一直高于电池主体，抽真空时电解液不易被抽出，同时采用阶段递增多次抽真空的方式进行排气，可减少电池外包装被电解液污染的几率。但是在实际生产过程中，为了保证浸润效果，注液量是要高于保液量的，即在排气工序，总有部分电解液是要被抽出的，因此电解液从高位流出污染电池的情况是不可完全避免的。

因此，为解决目前化成后排气封装时封装效果不佳、电解液流出污染电池外壳或极耳的问题，有必要提供一种软包锂离子电池的外壳及其封装方法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种软包锂离子电池的外壳及其封装方法，能够提高气袋容纳化成时产生气体的体积，封装效果好。

为实现上述目的，本发明提出一种软包锂离子电池的外壳，包括主体，所述主体的一面设有一个向外凸起的内坑，或主体的两面分别设有一个向外凸起的内坑，且两内坑对称设置；所述主体的一侧设有排气封装后需切除的气袋，所述气袋上设有至少一个向外凸起的小坑。

进一步改进的，所述气袋两侧分别对称设有多个小坑，不同侧的小坑关于气袋对称设置，所述小坑与气袋平行的截面形状为梯形，所述梯形两平行边中较短的一条边靠近主体，所述梯形两条非平行边中的边靠近电芯的顶边或底边，所述小坑的角部为圆角。

进一步改进的，一种软包锂离子电池的外壳，由内至外依次为密封层、金属层、胶粘层、防护层和/或装饰层。

进一步改进的，所述金属层为铝层或不锈钢层。

本发明还公开了一种上述的软包锂离子电池的封装方法，其采用的技术方案如下：

一种上述的软包锂离子电池的封装方法，包括以下步骤：

S0：电池的外壳的制作，所述电池的外壳是由包装膜制成的，具体方法是：采用冲壳机在裁切好的包装膜上冲出至少一个小坑和至少一个内坑，包装膜对折后，包装膜具有内坑的一侧成为主体，内坑向外凸起；包装膜具有小坑的一侧成为气袋，小坑向外凸起；

S1：将裸电芯放入内坑内，并将外壳包裹着裸电芯进行顶封和侧封；

S2：将步骤S1放置了裸电芯的主体进行角位预封装；

S3：二封边预封装，在气袋和步骤S2放置了裸电芯的主体之间进行不完全预封装，使电池顶部至电池中下部的位置为封闭状态，电池中下部至电池底部的未封闭区与小坑相对应；

S4：将步骤S3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；

S5：将一定量电解液注入经步骤S4加工后的电池中，然后将气袋口封闭；

S6：将步骤S5加工后的电池依次进行静置、化成；

S7：排气封装，将步骤S6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；

S8：将步骤S7加工后的电池包装成成品电池。

进一步改进的，步骤S7中，选择穿刺、抽气的位置为远离极耳的气袋角落。

进一步改进的，步骤S5中，采用手动注液的方式或采用自动注液机对准未封闭区注入电解液，然后将气袋口封闭。

进一步改进的，步骤S1中，还可以对外壳的底边进行底封，经过底封后则不需要步骤S2加工，直接进入步骤S3。

进一步改进的，步骤S0中，包装膜对折后，所述包装膜由内至外依次为密封层、金属层、胶粘层、防护层和/或装饰层。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：

1、通过在气袋上设置的小坑，将外壳包裹着裸电芯进行顶封和侧封后，可以提高气袋容纳化成时产生气体的体积。

2、本发明设置的小坑为多个，小坑与气袋平行的截面的形状为梯形，梯形两平行边中较短的一条边靠近主体，气体和电解液排出的出口由窄变宽，可有效减小电解液排出的速率，从而有效降低电解液流出气袋污染电池外壳和极耳的风险；同时，气袋同一面小坑之间可用于放置自动注液机吸嘴，从而能高效利用气袋面积，节省外壳材料。

3、小坑的角部均为圆角，一方面有利于过程制作，另外一方面也可防止制作过程中出现角部破损，影响电池品质。

4、本发明在二封边预封装时进行不完全预封，保留的未封闭区用于注液和排气。一方面，可防止大量电解液残留在二封边影响封装；另一方面可以起到定型束缚的作用，防止高温夹具化成时电池顶封内位封区太小，电解液流动引起主体偏移造成的报废，提高生产优率。

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。

图1为冲完小坑和内坑后的包装膜展开示意图(含两个内坑)；

图2为二封边预封装后的电池主视图(含两个内坑)；

图3为二封边预封装后的电池后视图(含两个内坑)；

图4为冲完小坑和内坑后的包装膜展开示意图(仅含一个内坑)；

图5为二封边预封装后的电池主视图(仅含一个内坑)；

图6为二封边预封装后的电池后视图(仅含一个内坑)。

上述附图中，其中01为包装膜，02为内坑，03为小坑，04为极耳，05为极耳胶，06为二封边预封边，07为顶封边，08为底封边，09为侧封边，10为自动注液机吸嘴放置的位置，11为排气封装时的穿刺位置，12为角位预封装位置。

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6。

实施例1

一种软包锂离子电池的外壳，包括主体，主体的一面设有一个向外凸起的内坑02，或主体的两面分别设有一个向外凸起的内坑02，且两内坑02对称设置；主体的一侧设有排气封装后需切除的气袋，气袋上设有至少一个向外凸起的小坑03。

气袋两侧分别对称设有多个小坑03，不同侧的小坑03关于气袋对称设置，小坑03与气袋平行的截面形状为梯形，优选的，梯形为直角梯形，直角梯形两平行边中较短的一条边靠近主体，两条非平行边中的直角边靠近电芯的顶边或底边，小坑03的角部为圆角。

一种软包锂离子电池的外壳，由内至外依次为密封层、金属层、胶粘层、防护层和/或装饰层，金属层为铝层或不锈钢层。

本实施例还公开了一种上述的软包锂离子电池的外壳的封装方法，其采用的技术方案如下：

一种上述的软包锂离子电池的封装方法，包括以下步骤：

在步骤S0前还包括裸电芯的制作，按照目前常规的工艺制备正极片和负极片，然后与隔离膜一起制备成裸电芯。裸电芯的厚度小于10.5mm。

S0：电池的外壳的制作，电池的外壳是由包装膜01制成的，具体方法是：采用冲壳机在裁切好的包装膜01上冲出至少一个小坑03和至少一个内坑02，包装膜01对折后，包装膜01具有内坑02的一侧成为主体，内坑02向外凸起；包装膜01具有小坑03的一侧成为气袋，小坑03向外凸起；包装膜01由内至外依次为密封层、金属层、胶粘层、防护层和/或装饰层。

小坑03和内坑02均为多个，包装膜01对折后，不同侧的小坑03关于气袋对称设置，不同侧的内坑02关于主体对称设置。金属层可以为铝层或不锈钢层及其他相适应的金属制成，本实施例中采用的金属层为铝层，因而包装膜01可以称为铝塑膜。本实施例中，根据裸电芯的厚度，铝塑膜冲壳选用双坑，即内坑02的数量为两个。气袋上内坑02长度方向与裸电芯的间隙为0.5mm～3.0mm，小坑03的数量为四个，小坑03与气袋平行的截面为梯形，优选的，为直角梯形，二封边预留边06将小坑03和内坑02分开，在铝塑膜对折后，铝塑膜小坑03的一侧为气袋，铝塑膜内坑02的一侧为主体。

S1：将裸电芯放入内坑02内，并对包裹住裸电芯的外壳进行顶封和侧封，顶封内未封区2.0mm；还可以根据需要选择性的对外壳的底边进行底封，经过底封后则不需要步骤S2加工，可以直接进入步骤S3。

S2：将步骤S1放置了裸电芯的主体进行角位预封装，目的为防止气袋与主体底部连接的角位因翻折导致应力集中发生破损；角位预封装位置12如图5所示。

S3：二封边预封装，气袋和步骤S2放置了裸电芯的主体之间的位置即为二封边的位置。在气袋和步骤S2放置了裸电芯的主体之间进行不完全预封装，如图2至图3所示，本实施例两侧分别采用二封边预留边06进行预封装，使电池顶部至电池中下部的位置为封闭状态，电池中下部至电池底部的未封闭区与小坑03相对应，小坑03为梯形，优选的为直角梯形。梯形的小坑03的两平行边中较短的一边与未封闭区相对应，梯形小坑03两条非平行边中的直角边靠近电芯的顶边或底边；未封闭区是用作电解液的注入通道和排气的通道。

S4：将步骤S3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。

S5：将一定量电解液注入经步骤S4加工后的电池中，采用自动注液机对准未封闭区注入电解液，具体的方式为：将一定量电解液通过自动注液机注入经步骤S4加工后的电池中，要求注液针对准二封边未封闭区进行注液。自动注液机的吸嘴在气袋上的位置如图2和图3所示。

S6：将步骤S5加工后的电池依次进行静置、化成；静置的具体方法为：将步骤S5加工后的电池在常温和/或高温条件下静置一定时间，使极片得到充分浸润。化成的具体方法为：将步骤S5加工后的电池进行高温夹具化成。

S7：排气封装，将步骤S6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，即将二封边预留边06由电池顶部封至电池底部。最后将气袋裁切掉，选择穿刺、抽气的位置为远离极耳的气袋角落；如图2和图5所示，11为排气封装时的穿刺位置。

S8：将步骤S7加工后的电池包装成成品电池，具体包括对经步骤S7加工后的电池进行折边、检测容量、电压、内阻、K值等步骤。

对比例1

与实施例1的不同之处在于，电池的外壳制作时气袋上没有小坑03，同时也不进行步骤S3中的二封边预封装。

对比例2

与对比例1不同之处在于，电池在注液后静置时，主体与水平面的夹角为15～30°。电池在进行排气封装时，气袋与主体的连接处一直高于主体，主体与水平面的夹角为15～30°。

实施例2

在步骤S0前还包括裸电芯的制作，按照目前商业化的常规工艺制备正极片和负极片，然后与隔离膜一起制备成裸电芯。裸电芯的厚度为小于2.2mm。

S0：电池外壳的制作：根据裸电芯的厚度，铝塑膜冲壳方式为单坑，即仅冲有一个内坑02。气袋上冲有四个直角梯形小坑03。

S1：顶封和侧封：将裸电芯放入内坑02内，按照一定的封装参数进行顶封和侧封，顶封内位封区为0.8mm。

S2：角位预封装：为防止气袋与主体底部连接的角位因翻折导致应力集中发生破损，需在流入下一道工序前进行角位预封装。角位预封装位置12如图5所示。

S3：二封边预封装：在气袋和步骤S2放置了裸电芯的主体之间进行不完全预封装，使电池顶部至电池中下部的位置为封闭状态，电池中下部至电池底部的未封闭区对应小坑03的短边，且未封闭区起始位置与气袋小坑03短边的起始位置齐平，梯形小坑03两条非平行边中的直角边靠近电芯的顶边或底边。未封闭区用作电解液注入通道和排气通道。封装后电池的外观示意图如图5和图6所示。

从真空烘烤开始后的制作流程和工艺参数同实施例1，在此不做赘述。

对比例3

与实施例2不同之处在于，二封边未进行预封装。

对比例4

与实施例2不同之处在于，气袋上未设置小坑03，同时二封边未进行预封装。

按实施例1、对比例1和对比例2的生产方法各制备100个电池，统计电解液抽出量、电解液流出污染比例、二封边定位不良以及封印褶皱的比例以及其他异常。结果如表1所示。从表1可以看出，相比于对比例1和对比例2，实施例1的抽出量一致性是最好的，主体和极耳污染比例、二封边定位不良比例以及二封边封印褶皱比例是最低的。由此说明，本发明的软包锂离子电池外壳可有效提高气袋容纳化成产气的体积，避免气袋鼓胀影响二封边定位和封装效果；同时，在进行排气时，多余的电解液可通过二封边未封闭区直接排出到小坑03中，气体和电解液排出的出口由窄变宽，可有效减小电解液排出的速率，从而有效降低电解液流出气袋污染电池外壳和极耳的风险。

表1

按实施例2、对比例3和对比例4的生产方法各制备100个电池，统计电解液抽出量、电解液流出污染比例、主体移位、二封边定位不良以及封印褶皱的比例。结果如表2所示。从表2可以看出，相比于对比例3和对比例4，实施例2的抽出量一致性是最好的，电池主体和极耳污染比例、二封边定位不良比例以及二封边封印褶皱比例是最低的。由此说明，本发明的软包锂离子电池外壳可有效提高气袋容纳化成产气的体积，避免气袋鼓胀影响二封边定位和封装效果；同时可效降低电解液流出气袋污染电池外壳和极耳的风险。由对比例3和对比例4可以看出，由于顶封内位封区较小(实施例2、对比例3和对比例4的顶封内位封区小于0.8mm)，对比例3的电池在夹具化成时主体移位的比例达到了8/100，对比例4的比例达到了17/100，而对比例2的电池由于二封边进行了预封装，主体受到束缚作用，从而有效避免了主体移位。

表2

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的外壳，其特征在于：包括主体，所述主体的一侧设有气袋，所述气袋上设有至少一个向外凸起的小坑(03)。

2.根据权利要求1所述的软包锂离子电池的外壳，其特征在于：所述气袋两侧分别对称设有多个小坑(03)，不同侧的小坑(03)关于气袋对称设置，所述小坑(03)与气袋平行的截面形状为梯形，所述梯形两平行边中较短的一条边靠近主体。

3.根据权利要求1所述的软包锂离子电池的外壳，其特征在于：所述小坑(03)的角部为圆角。

4.根据权利要求1所述的软包锂离子电池的外壳，其特征在于：由内至外依次为密封层、金属层、胶粘层、防护层和/或装饰层。

5.根据权利要求4所述的软包锂离子电池的外壳，其特征在于：所述金属层为铝层或不锈钢层。

6.一种如权利要求1至5所述的软包锂离子电池的封装方法，其特征在于：包括以下步骤：

S0：电池的外壳的制作，采用冲壳机在裁切好的包装膜(01)上冲出至少一个小坑(03)和至少一个内坑(02)，包装膜(01)对折后，包装膜(01)具有内坑(02)的一侧成为主体，内坑(02)向外凸起；包装膜(01)具有小坑(03)的一侧成为气袋，小坑(03)向外凸起；

S1：将裸电芯放入内坑(02)内，将外壳包裹着裸电芯进行顶封和侧封；

S2：将步骤S1放置了裸电芯的主体进行角位预封装；

S3：二封边预封装，在气袋和步骤S2放置了裸电芯的主体之间进行不完全预封装，使电池顶部至电池中下部的位置为封闭状态，电池中下部至电池底部的未封闭区与小坑(03)相对应；

将步骤S3加工后的电池加工至成品电池。

7.根据权利要求6所述的软包锂离子电池的封装方法，其特征在于：将步骤S3加工后的电池加工至成品电池具体包括以下步骤：

S4：将步骤S3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；

S5：将一定量电解液注入经步骤S4加工后的电池中，然后将气袋口封闭；

S6：将步骤S5加工后的电池依次进行静置、化成；

S7：排气封装，将步骤S6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，选择穿刺、抽气的位置为远离极耳的气袋角落；

S8：将步骤S7加工后的电池包装成成品电池。

8.根据权利要求7所述的软包锂离子电池的封装方法，其特征在于：步骤S5中，采用手动注液的方式或采用自动注液机对准未封闭区注入电解液。

9.根据权利要求6所述的软包锂离子电池的封装方法，其特征在于：步骤S1中，还可以对外壳的底边进行底封，经过底封后则不需要步骤S2加工，直接进入步骤S3。

10.根据权利要求6所述的软包锂离子电池的封装方法，其特征在于：所述小坑(03)和内坑(02)均为多个，包装膜(01)对折后，不同侧的小坑(03)关于气袋对称设置，不同侧的内坑(02)关于主体对称设置。