CN110474101B - 一种固态电池的封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涉及锂电池的封装技术领域，特别涉及一种固态电池的封装方法，包括以下步骤：预加热：选取两个钢塑膜对接进行预加热；预封装：设定封装机上封头的封装温度为185‑205℃、封装压力为0.15‑0.2MPa、封装时间为1‑1.5s，对钢塑膜进行预封装；终封装：设定封装机上封头的封装温度为185‑205℃、封装压力为0.3‑0.4MPa、封装时间为3‑5s，对钢塑膜进行终封装；冷压成型：对钢塑膜进行冷压处理，压力为0.04‑0.06MPa，至钢塑膜冷塑成型，完成固态电池的电芯的封装。本发明的封装方法能够更好的对固态电池的电芯加以包覆，提高了固态电池的使用性能以及安全性能。

Description

一种固态电池的封装方法

技术领域

本发明涉及锂电池的封装技术领域，特别涉及一种固态电池的封装方法。

背景技术

锂电池因其能量密度高、循环寿命长、自放电率较低、可快速充放电以及环境友好等优点得到了广泛的应用，其中由于固态电池相比传统液态电池具有更高的安全性和机械强度而得到市场更多的青睐。

电池封装是决定锂电池电芯性能的关键步骤，通常，一般通过铝塑膜冲压机冲出不同规格的铝塑膜壳体对固态电池的进行包装。但由于铝塑膜本身是一种柔性材料，从而不利于固态电池后期进行模组PACK装配，造成工艺复杂操作困难等缺点，进而影响固态电池的使用性能以及安全性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种固态电池的封装方法，其采用钢塑膜作为固态电池的包装壳体，解决了固态电池后期模组PACK装配困难的问题，具有封装一致性好、封装强度高的优点，使得固态电池的使用性能以及安全性能有所提高。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种固态电池的封装方法，包括以下步骤：

S1、预加热：每两个钢塑膜为一组，选取两个适合尺寸的钢塑膜对接，固态电池的电芯置于两个钢塑膜形成的安装腔中，将钢塑膜预加热至150℃-170℃；

S2、预封装：设定封装机上封头的封装温度为185℃-205℃、封装压力为0.15MPa-0.2MPa、封装时间为1s-1.5s，对步骤S1中预加热后的钢塑膜进行预封装；

S3、终封装：设定封装机上封头的封装温度为185℃-205℃、封装压力为0.3MPa-0.4MPa、封装时间为3s-5s，对步骤S2中预封装后的钢塑膜进行终封装；

S4、冷压成型：对步骤S3中终封装后的钢塑膜进行冷压处理，压力为0.04-0.06MPa，至钢塑膜冷塑成型，完成固态电池的电芯的封装。

进一步地，所述固态电池的封装方法，包括以下步骤：

S1、预加热：每两个钢塑膜为一组，选取两个适合尺寸的钢塑膜对接，固态电池的电芯置于两个钢塑膜形成的安装腔中，将钢塑膜预加热至165℃；

S2、预封装：设定封装机上封头的封装温度为190℃、封装压力为0.18MPa、封装时间为1.5s，对步骤S1中预加热后的钢塑膜进行预封装；

S3、终封装：设定封装机上封头的封装温度为200℃、封装压力为0.4MPa、封装时间为4s，对步骤S2中预封装后的钢塑膜进行终封装；

S4、冷压成型：对步骤S3中终封装后的钢塑膜进行冷压处理，压力为0.05MPa，至钢塑膜冷塑成型，完成固态电池的电芯的封装。

通过采用上述技术方案，现有的钢塑膜通常包括有钢壳和注塑于钢壳内壁上PP层，其由于钢壳的存在而使得钢塑膜的刚性约为铝塑膜的3倍，因此具有良好的结构强度，便于固态电池后期进行模组PACK装配。

在钢塑膜的基础上，本申请通过预加热处理，使得PP层进行初步熔融，并使钢层受热均匀。随后通过预封装和终封装处理，使得钢塑膜的封装存在一个阶段性，先促使钢塑膜形成均匀平整的PP层封装界面，再使得钢塑膜封装完全，从而有效增加其对固态电池的电芯的封装效果。最后再采用冷压处理，使得钢塑膜能够快速进行冷却以形成相应的结构形状。

以此，本申请的封装方法能够有效提高钢塑膜的封装效果和封装效率，其相对于直接通过热封的方式进行包装，本申请的封装方法能够更好的对固态电池的电芯加以包覆，提高了固态电池的使用性能以及安全性能。

进一步地，步骤S1中，所述钢塑膜在预加热前依次使用脱脂剂和清水加以洗涤，待去除钢塑膜表面油污后置于60℃-80℃的温度下进行干燥。

通过采用上述技术方案，钢塑膜在制备完成中，其表面存在一定的油污，脱脂剂能够有效将钢塑膜表面的油污去除，随后用清水洗去残留在钢塑膜上的脱脂剂，以此保证钢塑膜的整洁，增加钢塑膜的粘接效果。与此同时，60℃-80℃的温度不但能够烘干钢塑膜上的水分，还能促使钢塑膜上的PP层加以初步软化，进而提高钢塑膜的预加热效率。

进一步地，所述钢塑膜洗涤过程中，先浸没于脱脂剂中浸泡10-15min，取出后置于喷淋室中用清水反复冲洗2-3遍。

通过采用上述技术方案，本申请中将钢塑膜浸泡至脱脂剂中，相对于喷淋的方式，浸泡的方式能够促使脱脂剂长时间与油污接触，使得钢塑膜表面的油污软化乃至分解，待油污软化分解后，清水能够将残余的油污和残留的脱脂剂加以洗净，以此具有优异的清洁效果，仅此清洗后有效提高钢塑膜的粘接效果，固态电池的电芯提供良好的密封环境。

进一步地，步骤S1中，所述钢塑膜采用红外加热的方式进行预加热。

通过采用上述技术方案，红外加热的方式能够促使钢塑膜均匀受热，从而有助于PP层均匀的进行熔融，能够有效改善钢塑膜的封装效果，具有操作简单、封装效果有优良的特点。

进一步地，所述红外加热的方式为：每次红外线照射20s之后停顿10s，以此循环5-8次。

通过采用上述技术方案，在红外线照射过程中，钢塑膜的PP层吸热熔融，在停顿过程中，熔融PP具有一定的流动性，以此间歇式的加热方式有助于PP层中掺杂的气体的排出，从而有效改善钢塑膜的封装效果，具有良好的封装一致性，提高其制得的固态电池的使用性能以及安全性能。

进一步地，步骤S1中，两个所述钢塑膜在对接过程中夹紧有熔点在175℃-185℃的抽气管，且抽气管的一端伸入所述安装腔中，设置95Pa-100Pa的真空度，在步骤S2的预封装前进行抽真空。

通过采用上述技术方案，固态电池的电芯在封装过程中，两个钢塑膜之间形成的安装腔中存在一定的空气，会对电芯的性能产生一定的影响，本申请在预加热过程中，熔融的PP能够包覆在抽气管的外侧，实现两个钢塑膜的初步密封，随后通过抽气管将安装腔内的空气除去，最后在预封装过程中，两个钢塑膜压合的同时，抽气管受热熔化而使得其通道闭合，以此为电芯提供良好的安装环境。

进一步地，步骤S2中，所述钢塑膜在预封装后使用0.2MPa的压力压合2-3次。

通过采用上述技术方案，钢塑膜在预封装过程中，使用0.2MPa的压力对钢塑膜加以压合，能够增加两个钢塑膜之间的结合牢固度，为终封装提供一个过渡状态，使得钢塑膜循序渐进的进行封装压合，有效提高钢塑膜的封装效果。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本申请通过预加热、预封装、终封装和冷压成型的方式，能够有效提高钢塑膜的封装效果和封装效率，从而能够更好的对固态电池的电芯加以包覆，提高了固态电池的使用性能以及安全性能；

2、本申请在钢塑膜预加热前进行洗涤以及加热干燥，一方面能够去除钢塑膜表面的油污，促使其封装效果更为优良，另一方面能够对钢塑膜的PP层进行初步加热软化，提高其预加热熔融的效率；

3、本申请通过红外加热以及间歇式的方式实现钢塑膜的预加热，有助于PP层均匀的进行熔融，能够有效改善钢塑膜的封装效果，具有良好的封装一致性；

4、本申请通过在钢塑膜之间夹紧可熔化的抽气管，一方面能够有效排尽安装腔内的空气，另一方面又能在预封装过程中实现熔融闭合，为电芯提供良好的安装环境。

附图说明

图1为封装固态电池的工艺图；

图2为两个钢塑膜对接时的结构示意图。

图中，1、钢壳；2、PP层；3、抽气管；4、安装腔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

一、原料准备

钢塑膜，其制备方法包括如下步骤：

a.取用厚度为18μm的SPCE低碳钢箔，利用浓度为92％的酒精对其表面进行清理，然后通过热风机对清理后的SPCE低碳钢箔进行烘干，烘干完成后放置冷却4min；

b.通过脉冲电镀工艺在SPCE低碳钢箔表面两侧先预镀一层超薄镀镍层作为铁-镍结合层，然后采用直流电镀工艺在铁-镍结合层两外侧表面电镀一层厚度为0.8μm的哑镍层，再用脉冲电镀工艺在哑镍层两外侧表面电镀一层厚度为0.4μm暗镍层，从而形成钢壳1；

c.用清水对钢壳1进行清洗，然后通过热风机对其进行烘干，烘干完成后放置冷却7min；

d.在氦气的保护气氛下，将粘结剂均匀涂在芯层两外侧表面，粘结剂在钢壳1两外侧表面形成粘结层，控制粘结剂的用量，使芯层两外侧表面的粘结层厚度为8μm；

e.将PP树脂分别与钢壳1两侧的粘结层进行热压复合，形成PP层2，控制PP树脂的用量，使PP层2的厚度为25μm，形成半成品；

f.将半成品放入温度为75℃的恒温炉中，恒温放置195min，取出之后再进行压合，压合的压强为7Mpa，冷却至室温即得最终产品，锂电池钢塑膜；

将制得的锂电池钢塑膜压制呈50mm×80mm×5mm的供电芯放置的盒体和连接于盒体周侧边沿的环形翻边，且环形翻边的环宽为10mm，备用。

抽气管3：由东莞市樟木头亨润塑胶原料经营部、牌号为SE1X-701的改性聚苯醚PPO挤塑而成，管径为0.5mm，其熔点为175℃；除此之外，还可以由其他熔点在175℃-185℃的材质制成的抽气管3；

脱脂剂：购自济宁正邦表面处理剂有限公司，牌号为R-23。

二、实施例

实施例1

一种固态电池的封装方法，包括以下步骤：

S1、预加热：选取上述尺寸的钢塑膜，先浸没于脱脂剂中浸泡15min，取出后置于喷淋室中用清水反复冲洗2遍，置于80℃温度下的烘箱中进行干燥。两个钢塑膜为一组，选取其中两个进行对接，固态电池的电芯置于两个钢塑膜形成的安装腔4中，在对接过程中，将抽气管3夹紧于两个钢塑膜之间，使得抽气管3的一端伸入安装腔4中，将钢塑膜使用红外加热的方式进行预加热，其中每次红外线照射20s后停顿10s，以此循环8次，预加热至150℃，使得钢塑膜的PP层2融化。

S2、预封装：设定封装机上封头的封装温度为185℃、封装压力为0.15MPa、封装时间为1.2s，先使用真空度为100Pa的抽气泵将安装腔4中的通过抽气管3排出，再对步骤S1中预加热后的钢塑膜进行预封装，随后使用0.2MPa的压力压合钢塑膜3次。

S3、终封装：设定封装机上封头的封装温度为185℃、封装压力为0.3MPa、封装时间为5s，对步骤S2中预封装后的钢塑膜进行终封装。

S4、冷压成型：对步骤S3中终封装后的钢塑膜进行冷压处理，压力为0.04MPa，至钢塑膜冷塑成型，完成固态电池的电芯的封装。

实施例2-5

实施例2-5在实施例1的方法基础上，对封装过程中的参数加以调整，具体调整情况参见下表一。

表一实施例1-5的封装参数

实施例6

与实施例1的不同之处在于，本实施例中未对钢塑膜加以洗涤。

实施例7

与实施例1的不同之处在于，本实施例中清水洗涤钢塑膜后置于45℃的温度下进行干燥。

实施例8

与实施例1的不同之处在于，本实施例中的脱脂剂采用喷淋的方式反复冲刷3次。

实施例9

与实施例1的不同之处在于，本实施例中未使用抽气管3对安装腔4内的空气加以去除。

实施例10

与实施例1的不同之处在于，本实施例在钢塑膜预封装后未对其进行压力压合操作。

对比例1

本对比例直接采用热压法实现钢塑膜的封装，具体设定封装机上封头的封装温度为200℃、封装压力为0.4MPa、封装时间为5.5s，以此进行封装操作。

性能测试

按照实施例1-10以及对比例1的封装方法，制备相应的固态电池，对该固态电池进行如下性能测试，测试结果参见下表二。

1、循环性能测试实验进行如下：在1C/4.2V的恒电流/恒电压条件(室温25℃)下，每个电池通过1C截止电流充电和1C/3.0V截止放电，通过下式计算在每个循环中的容量保持率(％)：[(在特定循环的放电容量)/(在第一圈循环的放点容量)]×100％；

2、内阻仪测试实验如下：本文的内阻采用德国Zahner电化学工作站进行交流阻抗测试；测试系统为U-Buffer二电极体系，测试频率范围是0.01Hz-100KHz，振幅为5mV。

表二实施例1-10以及对比例1对应制得的固态电池的性能检测结果

参见表二，将实施例1与对比例1的检测结果进行比较，可以得到，本申请的比容量保持率高于对比例的，且两者的内阻差异较小，以此本申请通过预加热、预封装、终封装和冷压成型的方式，能够有效提高钢塑膜的封装效果和封装效率，从而能够更好的对固态电池的电芯加以包覆，解决了固态电池后期模组PACK装配困难的问题，提高了固态电池的使用性能以及安全性能。

将实施例1-5的检测结果进行比较，可以得到，本申请采用间歇式红外加热的方式，能够有效改善固态电池的循环性能和电阻，从而间接证明该加热方式能够提高钢塑膜的封装效果，且当“红外20s，停顿10s，循环5-8次”时的封装效果明显提高，因此将其作为优选。另外，在实施例1-5中，实施例1的检测结果明显优于其他实施例，因此将实施例1作为优选实施例。

将实施例1与实施例6-8的检测结果进行比较，可以得到，本申请将钢塑膜进行洗涤，能够改善固态电池的循环性能和电阻，以此，经过洗涤后的钢塑膜能够较好的进行封装。其中，当钢塑膜依次使用脱脂剂和清水加以洗涤、待去除钢塑膜表面油污后置于60℃-80℃的温度下进行干燥时，其封装效果达到最佳。

将实施例1与实施例9的检测结果进行比较，可以得到，实施例1采用抽气管在不影响钢塑膜封装的前提下，能够有效提高固态电池的循环性能，为电芯提供了良好的安装环境。

将实施例1与实施例10的检测结果进行比较，可以得到，实施例1通过压力压合的方式，使得钢塑膜在封装过程中循序渐进，从而有效提高了钢塑膜的封装效果。

综上，本申请的封装方法具有良好的封装效果和较高的封装效率，能够更好的对固态电池的电芯加以包覆，提高了固态电池的使用性能以及安全性能。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种固态电池的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、预加热：每两个钢塑膜为一组，选取两个适合尺寸的钢塑膜对接，固态电池的电芯置于两个钢塑膜形成的安装腔(4)中，将钢塑膜预加热至150℃-170℃；所述钢塑膜采用红外加热的方式进行预加热，具体为每次红外线照射20s之后停顿10s，以此循环5-8次；

S2、预封装：设定封装机上封头的封装温度为185℃-205℃、封装压力为0.15 MPa-0.2MPa、封装时间为1s-1.5s，对步骤S1中预加热后的钢塑膜进行预封装；

S3、终封装：设定封装机上封头的封装温度为185℃-205℃、封装压力为0.3 MPa-0.4MPa、封装时间为3s-5s，对步骤S2中预封装后的钢塑膜进行终封装；

S4、冷压成型：对步骤S3中终封装后的钢塑膜进行冷压处理，压力为0.04-0.06MPa，至钢塑膜冷塑成型，完成固态电池的电芯的封装。

2.根据权利要求1所述的一种固态电池的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、预加热：每两个钢塑膜为一组，选取两个适合尺寸的钢塑膜对接，固态电池的电芯置于两个钢塑膜形成的安装腔(4)中，将钢塑膜预加热至165℃；所述钢塑膜采用红外加热的方式进行预加热，具体为每次红外线照射20s之后停顿10s，以此循环5-8次；

S2、预封装：设定封装机上封头的封装温度为190℃、封装压力为0.18MPa、封装时间为1.5s，对步骤S1中预加热后的钢塑膜进行预封装；

S3、终封装：设定封装机上封头的封装温度为200℃、封装压力为0.4MPa、封装时间为4s，对步骤S2中预封装后的钢塑膜进行终封装；

S4、冷压成型：对步骤S3中终封装后的钢塑膜进行冷压处理，压力为0.05MPa，至钢塑膜冷塑成型，完成固态电池的电芯的封装。

3.根据权利要求1所述的一种固态电池的封装方法，其特征在于，步骤S1中，所述钢塑膜在预加热前依次使用脱脂剂和清水加以洗涤，待去除钢塑膜表面油污后置于60℃-80℃的温度下进行干燥。

4.根据权利要求3所述的一种固态电池的封装方法，其特征在于，所述钢塑膜洗涤过程中，先浸没于脱脂剂中浸泡10-15min，取出后置于喷淋室中用清水反复冲洗2-3遍。

5.根据权利要求1所述的一种固态电池的封装方法，其特征在于，步骤S1中，两个所述钢塑膜在对接过程中夹紧有熔点在175℃-185℃的抽气管(3)，且抽气管(3)的一端伸入所述安装腔(4)中，设置95Pa-100Pa的真空度，在步骤S2的预封装前进行抽真空。

6.根据权利要求1所述的一种固态电池的封装方法，其特征在于，步骤S2中，所述钢塑膜在预封装后使用0.2MPa的压力压合2-3次。

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