CN110235270B - 包括散热层的袋形电池壳体 - Google Patents

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Abstract

本文公开一种袋形电池壳体，袋形电池壳体构造为容纳电极组件，电极组件构造为具有正极和负极在隔膜夹在正极与负极之间的状态下堆叠的结构，袋形电池壳体包括：外涂层、金属阻挡层和内粘合层，其中金属阻挡层包括多个金属层和夹在金属层之间的散热层。

Description

包括散热层的袋形电池壳体
技术领域
本申请要求享有于2017年9月19日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请第2017-0120637号的权益，通过引用将该韩国专利申请的公开内容整体并入本文。
本发明涉及一种包括散热层的袋形电池壳体，尤其涉及一种包括外涂层、金属阻挡层和内粘合层的袋形电池壳体，其中金属阻挡层包括多个金属层和夹在金属层之间的散热层。
背景技术
随着移动设备不断发展和对这些移动设备的需求增加，对作为这些移动设备的能源的电池的需求也急剧增加。此外，已对能够满足各种设备的电力需求的各种电池进行了大量研究。
就电池的形状而言，对足够薄以应用于诸如移动电话之类的产品的棱柱形二次电池或袋形二次电池的需求非常高。另一方面，就电池的材料而言，对诸如锂离子电池或锂离子聚合物电池之类的表现出高能量密度、高放电电压和高输出稳定性的锂二次电池的需求非常高。
近年来，由于制造成本低、重量轻、其形状容易改变等，构造为具有堆叠型电极组件或堆叠/折叠型电极组件安装在由层压片制成的袋形电池壳体中的结构的袋形电池已受到大量关注。
层压片通常包括外涂层、金属阻挡层和内密封剂层。在以层压片形成用于容纳电极组件的容纳单元的情况下，金属阻挡层的外表面比金属阻挡层的内表面拉伸更多，由此应力集中在金属阻挡层的外表面上并且金属阻挡层的外表面破裂(crack)。为此，难以形成具有预定深度或更大深度的电极组件容纳单元。
在如上描述的电池壳体破裂的情况下，电解质溶液会从电池壳体泄漏，由此电池单元的循环特性会劣化，并且在电池单元中会出现与电池单元的安全性有关的各种问题。
即使层压片的金属阻挡层由表现出高热导率的金属制成，但金属阻挡层的热导率由于围绕金属阻挡层的聚合物层而减小。结果，在电池单元的异常工作中会出现热失控现象，或者电池单元会爆炸或会着火。
关于这一点，中国注册专利第204558547号公开了一种构造为具有层状结构的锂电池铝膜，层状结构包括外保护膜、第一粘合层、铝箔、第二粘合层、多孔缓冲膜和热密封膜。然而，由于仅与多孔缓冲膜一起使用单片的铝箔，因此难以获得成形性改善效果。
日本专利申请公开第2014-086361号公开了一种用于包覆二次电池的铝箔堆叠片，铝箔堆叠片构造为具有铝箔A、改性聚烯烃层B和密封剂膜C顺序堆叠的结构，其中以具有10至500nm的厚度的膜的形式将选自镍铬合金、镍、银、铂、金、铜和铅之中的至少一种至少形成在铝箔A的面对改性聚烯烃层B的表面上。
然而，该发明不包括用于从电池单元快速排出热量的散热结构。
因此，存在对构造为使得在不增加袋形电池壳体的层压片中包括的金属阻挡层的厚度的情况下，提高袋形电池壳体的成形性并且使得提高从电池单元排出热量的性能的袋形电池壳体的迫切需求。
发明内容
技术问题
鉴于上述问题及尚未解决的其他技术问题而做出本发明，本发明的目的是提供一种包括外涂层、金属阻挡层和内粘合层的袋形电池壳体，其中金属阻挡层包括多个金属层和夹在金属层之间的散热层，由此袋形电池壳体的成形性比使用单个金属层的情况提高更多。
此外，由于在不增加金属阻挡层的总厚度的情况下提高了袋形电池壳体的散热特性，因此可从电池单元快速排出热量。
技术方案
根据本发明的一方面，可通过提供一种袋形电池壳体实现上述及其他目的，所述袋形电池壳体构造为容纳电极组件，所述电极组件构造为具有正极和负极在隔膜夹在正极与负极之间的状态下堆叠的结构，所述袋形电池壳体包括外涂层、金属阻挡层和内粘合层，其中所述金属阻挡层包括多个金属层和夹在所述金属层之间的散热层。
如以上描述的，根据本发明的袋形电池壳体的金属阻挡层包括多个金属层。与具有等于多个金属层的厚度之和的厚度的单个金属层相比，在形成电池壳体时在电池壳体的角部外侧产生的应力相对较低。因此，可形成具有较大深度的电极组件容纳单元，从而可增大电池的容量。
此外，防止了电池壳体破裂，由此可防止电解质溶液从电池壳体泄漏，从而防止了杂质进入到电池壳体中和防止了电池的循环特性劣化。
在金属层之间设置散热层。因此，可防止由于金属层的相对较小的厚度而导致电池壳体的强度降低。此外，可通过提供散热层而从电池单元快速排出热量。
因此，本发明能够解决这样的常规问题，即由于存在围绕金属阻挡层的聚合物层以确保电池壳体的绝缘和密封，因此即使金属阻挡层由表现出高热导率的金属制成，金属阻挡层的热导率也较低的问题。
在具体示例中，金属阻挡层可构造为具有第一金属层、散热层和第二金属层顺序堆叠的结构。
第一金属层和第二金属层可由相同材料或不同材料制成。例如，第一金属层和/或第二金属层可由铝制成。
散热层可由与第一金属层和第二金属层相同的材料制成。或者，散热层可由与第一金属层和第二金属层不同的材料制成。
散热层可构造为具有网状结构或多孔结构，在网状结构或多孔结构中，形成于散热层中的开口填充有粘合材料。由于粘合材料填充形成于散热层中的开口，因此第一金属层和第二金属层可贴附到散热层的相对表面。
因此，无需在第一金属层与散热层之间或在第二金属层与散热层之间提供额外的粘合层。
粘合材料没有特别限制，只要使用粘合材料能容易实现第一金属层与散热层之间的连接以及第二金属层与散热层之间的连接即可。例如，粘合材料可以是选自以下各项构成的组中的至少一种：聚酯基树脂，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚间苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯或共聚物聚酯；聚酯基粘合剂；聚氨酯基粘合剂；环氧基树脂；酚基树脂；尼龙6、尼龙66或尼龙12；聚酰胺基树脂；聚烯烃基树脂，包括聚烯烃、羧酸改性聚烯烃或金属改性聚烯烃；聚醋酸乙烯基树脂；纤维素基粘合剂；(甲基)丙烯酸基树脂；聚酰亚胺基树脂；氨基树脂，包括脲醛树脂或三聚氰胺树脂；橡胶，包括氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶或丁苯橡胶；和硅基树脂。
为了从电池单元快速排出热量，以便防止出现热失控现象和防止电池单元爆炸或着火，散热层可由表现出与铝相同的热导率的材料或表现出比铝高的热导率的材料制成。例如，散热层可由选自以下各项构成的组中的至少一种材料制成：铝(Al)、铍(Be)、铜(Cu)、银(Ag)和金(Au)。或者，散热层可由包括上述金属中的两种或更多种金属的合金制成。金属可构成散热层的网状结构或多孔结构。
在具体示例中，在构造为具有包括多个通孔的网状结构或包括孔隙的三维开放型多孔结构的散热层中形成的开口填充有粘合材料的情况下，第一金属层和第二金属层由于散热层中的粘合材料而彼此连接，由此第一金属层和第二金属层可构成单个构件。
内粘合层可包括第一内粘合层和第二内粘合层。第一内粘合层可以是位于与金属层相邻的层，第一内粘合层可由酸化聚丙烯(Acidified-Polypropylene，PPa)制成。第二内粘合层可以是位于第一内粘合层外侧的层，并且第二内粘合层可由聚丙烯(Polypropylene，PP)制成。
外涂层可包括第一外涂层和第二外涂层。第一外涂层可以是最外侧的层，并且第一外涂层可由聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)制成。第二外涂层可以是位于第一外涂层与金属层之间的层，并且第二外涂层可由取向尼龙制成。
在具体示例中，金属阻挡层可包括多个金属层，以提高金属阻挡层的成形性。具体地，金属阻挡层可包括两个或更多个金属层。
此外，可在金属层之间设置能够在具有预定强度水平的同时将金属层彼此连接以及由表现出高热导率的金属材料制成的散热层。就是说，金属阻挡层可构造为具有散热层设置在三个或更多个金属层之间的结构。在此情况下，可提高散热层中的每层的热导率，从而可提高散热层中的每层的散热效率。
在金属阻挡层与外涂层之间可夹有粘合层，并且酸化聚丙烯层可连接至金属阻挡层的面对粘合层的表面。
酸化聚丙烯是表面被改性使得可附接酸性官能团的聚丙烯。与聚丙烯相比，与金属阻挡层连接的力进一步增大。因此，优选地，由酸化聚丙烯制成的内粘合层设置成与金属阻挡层相邻。
根据本发明的其他方面，提供包括所述袋形电池壳体的袋形二次电池以及包括所述袋形二次电池的电池组。
具体地，电池组可用作要求承受高温的能力、长寿命、高速率特性等的装置的电源。该装置的具体示例可包括移动电子装置(mobile device)、可穿戴电子装置(wearabledevice)、由电池供电马达驱动的电动工具(power tool)、诸如电动车辆(ElectricVehicle，EV)、混合电动车辆(Hybrid Electric Vehicle，HEV)或插入式混合电动车辆(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)之类的电动汽车、诸如电动自行车(E-bike)或电动滑板车(E-scooter)之类的电动两轮车、电动高尔夫球车(electric golf cart)以及能量储存系统(Energy Storage System)。然而，本发明不限于此。
装置的结构和制造方法是本发明所属领域熟知的，因此将省去对它们的详细描述。
附图说明
图1是示出根据本发明一实施方式的袋形电池壳体的垂直剖面图。
图2是示出根据本发明另一实施方式的袋形电池壳体的垂直剖面图。
图3是示出诸如网状结构和多孔结构之类的散热层的各种结构的示图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明的优选实施方式能够被本发明所属领域的普通技术人员容易实施。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的工作原理时，当并入本文中的已知功能和构造的详细描述可能使本发明的主题模糊时，将省去该详细描述。
将尽可能在整个附图中使用同一标号来表示执行相似功能或操作的部分。另外，在本发明以下描述中的一部分“连接”至另一部分的情况下，该一部分不仅可直接连接至该另一部分，而且该一部分还可经由另外的部分间接连接至该另一部分。此外，“包括”某一元件并不意指排除其他元件，而是可进一步包括其他元件，除非另有说明。
现在将详细参照本发明的优选实施方式，其示例绘示于附图中。
图1是示意地示出根据本发明一实施方式的袋形电池壳体的垂直剖面图。
参照图1，袋形电池壳体100构造为具有外涂层110、金属阻挡层120和内粘合层130顺序堆叠并且在外涂层110与金属阻挡层120之间设置粘合层140的结构。虽然图1未示出，但可在金属阻挡层120与内粘合层130之间设置粘合层140。或者，可在外涂层110与金属阻挡层120之间以及金属阻挡层120与内粘合层130之间都设置粘合层140。
金属阻挡层120构造为具有第一金属层121、散热层122和第二金属层123堆叠的结构。第一金属层和第二金属层可由相同材料或不同材料制成。散热层122可由与第一金属层121或第二金属层123相同的材料制成、或者由与第一金属层121或第二金属层123不同的材料制成。
散热层122具有形成于其中的开口，随后将参照图3对开口进行描述。用粘合材料(未示出)填充散热层122中形成的开口。当第一金属层和第二金属层连接至散热层时，第一金属层、散热层和第二金属层由于粘合材料而构成单个构件。
图2是示意地示出根据本发明另一实施方式的袋形电池壳体的垂直剖面图。
参照图2，袋形电池壳体200构造为具有第一外涂层211、第二外涂层212、金属阻挡层220、第一内粘合层231和第二内粘合层232顺序堆叠并且在第二外涂层212与金属阻挡层220之间设置粘合层213的结构。虽然图2未示出，但可在金属阻挡层220与第一内粘合层231之间设置粘合层213。或者，可在第二外涂层212与金属阻挡层220之间以及第一内粘合层231与金属阻挡层220之间都设置粘合层213。
在袋形电池壳体100与袋形电池壳体200之间进行比较，除了袋形电池壳体200包括两层外涂层和两层内粘合层之外，袋形电池壳体200可具有与袋形电池壳体100相同的结构。因此，可将除了上述差异之外的袋形电池壳体100的描述同样地应用至袋形电池壳体200。
图3是示出诸如网状结构和多孔结构之类的散热层的各种结构的示图。
参照图3，图3的(a)示出构造为具有网状结构的散热层，网状结构包括形成于扁平金属片中的多个通孔，图3的(b)、图3的(c)和图3的(d)示出构造为具有三维开放型多孔结构的金属散热层，三维开放型多孔结构包括孔隙。
用粘合材料填充通孔和孔隙，散热层通过粘合材料而连接至金属层。粘合材料可填充通孔和孔隙，使得粘合材料与通孔和孔隙的体积比在50％至100％范围内。
散热层的每层可由表现出高热导率的材料制成。考虑到层压片的金属层通常由铝制成的事实，散热层的每层可由表现出比铝高的热导率的金属材料制成。
如上所述，由于根据本发明的袋形电池壳体包括构造为具有散热层夹在金属层之间的结构的金属阻挡层，因此可提高袋形电池壳体的成形性和散热效率。
本发明所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可基于以上描述而做出各种应用和修改。
工业实用性
从以上描述显而易见的是，根据本发明的袋形电池壳体包括外涂层、金属阻挡层和内粘合层，其中金属阻挡层包括多个金属层。由于金属层的每层比具有相同厚度的单个金属层薄，因此袋形电池壳体可表现出进一步提高的柔性，由此可提高袋形电池壳体的成形性。
此外，由于在金属层之间设置散热层，因此在金属层经由散热层彼此连接的状态下，提高了袋形电池壳体的散热效率。因此，在电池单元劣化之前，快速实现散热，由此可提供具有提高的安全性的二次电池。

Claims (13)

1.一种袋形电池壳体，所述袋形电池壳体构造为容纳电极组件，所述电极组件构造为具有正极和负极在隔膜夹在所述正极与所述负极之间的状态下堆叠的结构，所述袋形电池壳体包括：
外涂层、金属阻挡层和内粘合层，其中
所述金属阻挡层包括多个金属层和夹在所述金属层之间的散热层，所述多个金属层包括第一金属层和第二金属层，
其中所述散热层构造为具有由金属构成的网状结构，在所述网状结构中，形成于所述散热层中的开口填充有粘合材料，使得所述粘合材料与所述开口的体积比在50%至100%范围内并且所述第一金属层、所述散热层和所述第二金属层由于所述粘合材料而构成单个构件，
其中所述多个金属层由铝制成，并且所述散热层由表现出比铝高的热导率的金属材料制成。
2.一种袋形电池壳体，所述袋形电池壳体构造为容纳电极组件，所述电极组件构造为具有正极和负极在隔膜夹在所述正极与所述负极之间的状态下堆叠的结构，所述袋形电池壳体包括：
外涂层、金属阻挡层和内粘合层，其中
所述金属阻挡层包括多个金属层和夹在所述金属层之间的散热层，所述多个金属层包括第一金属层和第二金属层，
其中所述散热层构造为具有由金属构成的多孔结构，在所述多孔结构中，形成于所述散热层中的开口填充有粘合材料，使得所述粘合材料与所述开口的体积比在50%至100%范围内并且所述第一金属层、所述散热层和所述第二金属层由于所述粘合材料而构成单个构件，
其中所述多个金属层由铝制成，并且所述散热层由表现出比铝高的热导率的金属材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的袋形电池壳体，其中所述金属阻挡层构造为具有所述第一金属层、所述散热层和所述第二金属层顺序堆叠的结构。
4.根据权利要求1或2所述的袋形电池壳体，其中所述粘合材料是选自以下各项构成的组中的至少一种：聚酯基树脂，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚间苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯或共聚物聚酯；聚酯基粘合剂；聚氨酯基粘合剂；环氧基树脂；酚基树脂；尼龙6、尼龙66或尼龙12；聚酰胺基树脂；聚烯烃基树脂，包括聚烯烃、羧酸改性聚烯烃或金属改性聚烯烃；聚醋酸乙烯基树脂；纤维素基粘合剂；(甲基)丙烯酸基树脂；聚酰亚胺基树脂；氨基树脂，包括脲醛树脂或三聚氰胺树脂；橡胶，包括氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶或丁苯橡胶；和硅基树脂。
5.根据权利要求1或2所述的袋形电池壳体，其中所述散热层由选自以下各项构成的组中的至少一种材料制成：铜（Cu）、银（Ag）和金（Au）。
6.根据权利要求3所述的袋形电池壳体，其中所述第一金属层和所述第二金属层经由所述散热层而彼此连接。
7.根据权利要求1或2所述的袋形电池壳体，其中所述内粘合层包括第一内粘合层和第二内粘合层。
8.根据权利要求7所述的袋形电池壳体，其中
所述第一内粘合层是设置成与所述金属层相邻的层，所述第一内粘合层由酸化聚丙烯（PPa）制成，并且
所述第二内粘合层是位于所述第一内粘合层外侧的层，所述第二内粘合层由聚丙烯（PP）制成。
9.根据权利要求1或2所述的袋形电池壳体，其中所述外涂层包括第一外涂层和第二外涂层。
10.根据权利要求9所述的袋形电池壳体，其中
所述第一外涂层是最外侧的层，所述第一外涂层由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）制成，并且所述第二外涂层是位于所述第一外涂层与所述金属层之间的层，所述第二外涂层由取向尼龙制成。
11.根据权利要求1或2所述的袋形电池壳体，其中所述金属阻挡层构造为具有散热层设置在三个或更多个金属层之间的结构。
12.根据权利要求1或2所述的袋形电池壳体，其中
在所述金属阻挡层与所述外涂层之间夹有粘合层，并且
酸化聚丙烯层连接至所述金属阻挡层的面对所述粘合层的表面。
13.一种袋形二次电池，所述袋形二次电池包括根据权利要求1至12中任一项所述的袋形电池壳体。
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