CN115377570A - 一种锂离子电池复合壳体及电池成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂离子电池复合壳体及电池成型方法，包括一体成型的铝壳，铝壳内设有冲坑，铝壳对应冲坑壁面处的厚度为0.5到1.5毫米，铝壳对应冲坑面的一侧复合设有PP层，PP层的厚度为0.1到0.3毫米。本发明的好处是可以根据电芯需求设计坑深度，深度无限制；采用铝壳替代铝塑膜，铝壳厚度可达0.3mm~1.5mm,增加了电池壳体防护性能，降低电池制造过程表面缺陷，减少电池PACK保护壳体材料，电池导热性能更好，同时铝壳不易变形，保证电池内部有足够空间存储电解液；降低铝壳电池的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池制备技术领域，尤其是一种锂离子电池复合壳体及电池成型方法。
背景技术
电动汽车在逐渐普及的过程中，也慢慢暴露了一些性能问题，新能源汽车起火燃烧的新闻报道不绝于耳，让公众对新能源汽车，尤其是动力电池的安全性打上了一个问号。
锂离子电池是一种化学电池，内部的电解液、正极、负极材料对水份、空气十分敏感。水份、空气对锂离子电池充放电过程的化学反应有致命的影响。锂离子电池的外部包装壳体隔绝内部材料与外界水份、空气，是影响电池安全性能十分关键的环节。锂离子电池按包装壳体分类主要有三种：方形铝壳电池、软包电池、圆柱电池。其中软包电池包装壳体采用铝塑膜作外部包装壳体。例如，中国专利文献中专利号为CN202111643099.3于2022年4月22日公开的一种动力软包锂离子电池及其制备方法和应用。该电池的铝塑膜外壳由内向外对称地设有冲深凹槽，所述冲深凹槽由外向内依次设有阻燃剂层、热封阻隔层和电池极片，所述电解质设置于两个电池极片之间；所述阻燃剂层的厚度为1-5mm，面积与电池极片大小一致；所述热封阻隔层的热变形温度为90～110℃。
铝塑膜是由尼龙、铝箔、聚丙烯复合成膜，其中尼龙层有良好的强度与拉伸性能，防止破损；铝层主要用于隔绝空气、水份；PP层主要用于热封复合密封。应用时，先按按电池尺寸冲出电池尺寸需要的坑位，放入半成品电池，然后进行封装成型电池，通过注液、化成、抽气热封后对多余铝塑膜进行裁切，最终产出成品锂离子电池。铝塑膜成型的锂离子电池具有重量轻、电池能量密度高的好处，工艺成熟且制造工艺简单，但其存在以下缺点：1）铝塑膜最大冲坑深度为7mm，故电池厚度最大14mm，故软包电池最大容量约100Ah与铝壳电池400Ah差距极大。2）铝塑膜冲坑时极易出现针孔，冲坑深度越大越容易出现针孔破损。3）铝塑膜防护性能差，PACK时需要使用大量电芯防护材料，电池散热性能差。4）电池抽气终封时，铝塑膜强度小，铝塑膜被外界气压压缩，电池内部电解液被抽出，电池内部电解液少易出现循环跳水现象。
发明内容
基于现有技术的上述不足，本发明提供了一种锂离子电池复合壳体及电池成型方法，采用复合铝壳代替铝塑膜，本申请所提供的复合铝壳能够通过软包电池制造工艺产出铝外壳电池，在增加电池壳体防护性能的同时，相比传统铝壳电池降低工艺成本。
为实现上述发明目的，本发明提出以下技术方案。
一种锂离子电池复合壳体，其特征是，包括一体成型的铝壳，铝壳内设有冲坑，铝壳对应冲坑壁面处的厚度为0.5到1.5毫米，铝壳对应冲坑面的一侧复合设有PP层，PP层的厚度为0.1到0.3毫米。
PP层用于电芯与铝壳间绝缘与壳体热融密封，本申请的铝壳先成型后复合PP层，可以杜绝铝塑膜冲坑成型时的针孔破损；可以根据电芯需求设计坑深度，深度无限制；采用铝壳替代铝塑膜，铝壳厚度可达0.3mm~1.5mm,增加了电池壳体防护性能，降低电池制造过程表面缺陷，减少电池PACK保护壳体材料，电池导热性能更好，同时铝壳不易变形，保证电池内部有足够空间存储电解液。
作为优选，铝壳对应冲坑外部分的厚度为0.05到0.3毫米，方便铝壳后续的终封，终封后的厚度不会过厚，减少材料浪费。
作为优选，铝壳背对冲坑面的一侧设有保护层。增加铝壳外部的防护性。
作为优选，保护层采用高分子保护层。增加铝壳外部的防护性。
作为优选，保护层与铝壳通过喷涂设置。保护层成型方便，均匀性好。
作为优选，铝壳采用浇铸或压铸的方式成型。铝壳成型方便，成型后的结构完整性好，能够直接成型出冲坑，无需冲压，不易出现生产缺陷。
一种基于上述锂离子电池复合壳体的电池成型方法，其特征是，包括以下步骤：
A、根据制造锂离子电池的设计尺寸，使用浇铸或压铸方法成型铝壳，铝壳厚度为0.5~1.5mm，铝壳内部对称的成型出两个冲坑；
B、将铝板边缘非坑位置压延至厚度为0.05mm~0.3mm；
C、按铝塑膜PP复合方法，在铝壳冲坑面热复合一层PP层，厚度为0.1~0.3mm；
D、电池壳体在软包电池焊接包装前，将铝壳沿两个冲坑的交界处对折翻转，形成闭合壳体；
E、将焊接好的电池放入壳体，按软包电池封装方法，对两端极耳位置进行顶封封装，或对单侧极耳电芯侧边进行侧封；对终封位置进行留口预终封；
F、电芯烘烤后，注液并预封，形成带气袋电芯；
G、按软包电池的化成工艺，对电池进行化成，完成后进行抽气终封，并将气袋切除，对封印边折边，锂离子电池最终成型。
现有铝壳电池与本技术方案可达到相同的技术效果，但是铝壳电池无法采用软包电池相同的制造工艺，工艺复杂度更高，过程控制更难，本申请通过改进后的铝壳能够相比铝塑膜成型的软包电池提高外壳强度，同时能够直接应用软包电池的电池成型工艺成型出铝壳电池，降低铝壳电池的生产成本。
作为优选，步骤C中，在铝壳背对冲坑面的一侧喷涂高分子保护层。增加铝壳外部的防护性。
本发明的有益效果是：可以根据电芯需求设计坑深度，深度无限制；采用铝壳替代铝塑膜，铝壳厚度可达0.3mm~1.5mm,增加了电池壳体防护性能，降低电池制造过程表面缺陷，减少电池PACK保护壳体材料，电池导热性能更好，同时铝壳不易变形，保证电池内部有足够空间存储电解液；降低铝壳电池的生产成本。
附图说明
图1是本发明的垂直冲坑剖视形成的示意图。
图2是本发明的复合壳体应用为两端极耳的电池时的结构示意图。
图3到图8是本发明应用在两端极耳的电池成型时各步骤的示意图。
图9到图13是本发明应用在单侧极耳的电池成型时各步骤的示意图。
图中：铝壳1 冲坑2 PP层3 高分子保护层4 极耳5 气袋6 电芯7 封印边8 开口9。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1，
如图1和图2所示，一种锂离子电池复合壳体，包括一体成型的铝壳1，铝壳1采用浇铸或压铸的方式成型。铝壳1呈对称的设有两个冲坑2，铝壳1对应冲坑2壁面处的厚度为0.5到1.5毫米，铝壳1对应冲坑2面的一侧复合设有PP层3，PP层3即聚丙烯树脂层，PP层3的厚度0.1到0.3毫米。铝壳1对应冲坑2外部分的厚度为0.05到0.3毫米，铝壳1背对冲坑2面的一侧设有保护层。保护层采用高分子保护层4。保护层与铝壳1通过喷涂设置。附图1中为了突出各个层清晰度，对复合壳体的厚度进行了放大处理，并不代表实际尺寸。
实施例2，
一种基于上述锂离子电池复合壳体的电池成型方法，包括以下步骤：
A、根据制造锂离子电池的设计尺寸，使用浇铸或压铸方法成型铝壳1，铝壳1的厚度为0.5~1.5mm，铝壳1内部轴对称的成型出两个冲坑2；
B、将铝板边缘非坑位置压延至厚度为0.05mm~0.3mm；
C、按铝塑膜PP复合方法，在铝壳1冲坑2面热复合一层PP层3，PP层3的厚度为0.1~0.3mm厚；在铝壳1背对冲坑2面的一侧喷涂高分子保护层4；
D、电池壳体在软包电池焊接包装前，将铝壳1沿两个冲坑2的交界处对折翻转，形成闭合壳体；
E、将焊接好的电池放入壳体，按软包电池封装方法，对两端极耳5位置进行顶封封装，或对单侧极耳5电芯7侧边进行侧封；对终封位置进行留口预终封，也就是留出开口9用于连通电芯7和外界；
F、电芯7烘烤后，注液并预封，形成带气袋6的电芯7；
G、按软包电池的化成工艺，对电池进行化成，完成后进行抽气终封，并将气袋6切除，对封印边8折边，锂离子电池最终成型。
采用本申请的电池成型方法制造两端极耳5的电池时，经步骤A到步骤C后成型的壳体对应为图3所示；经过步骤D得到如图4所示的壳体；经过步骤E，将焊接好的电池放入壳体两冲坑2对应形成的腔体内，如图5所示；步骤F如图6所示，气袋6位于电芯7左侧；步骤G中，气袋6切除形成如图7所示电池，对封印边8折边最终成型处如图8所示的电池。
采用本申请的电池成型方法制造单侧极耳5的电池时，经步骤A到步骤C后成型的壳体对应为图9所示，冲坑2左侧存在大块空白区域以实现后续工序中气袋6的设置；经过步骤D得到如图10所示的壳体；经过步骤E，将焊接好的电池放入壳体两冲坑2对应形成的腔体内，如图11所示；步骤F如图12所示，气袋6位于电芯7左侧；步骤G中，经气袋6切除和对封印边8折边最终成型处如图13所示的电池。
本申请可以根据电芯7需求设计坑深度，深度无限制；采用铝壳1替代铝塑膜，铝壳1厚度可达0.3mm~1.5mm，增加了电池壳体防护性能，降低电池制造过程表面缺陷，减少电池PACK保护壳体材料，电池导热性能更好，同时铝壳1不易变形，保证电池内部有足够空间存储电解液；降低铝壳1电池的生产成本，提高电池成型的质量。现有铝壳1电池与本技术方案可达到相同的技术效果，但是铝壳1电池无法采用软包电池相同的制造工艺，工艺复杂度更高，过程控制更难，本申请通过改进后的铝壳1能够相比铝塑膜成型的软包电池提高外壳强度，同时能够直接应用软包电池的电池成型工艺成型出铝壳1电池，降低铝壳1电池的生产成本。
Claims (8)
1.一种锂离子电池复合壳体，其特征是，包括一体成型的铝壳，铝壳内设有冲坑，铝壳对应冲坑壁面处的厚度为0.5到1.5毫米，铝壳对应冲坑面的一侧复合设有PP层，PP层的厚度为0.1到0.3毫米。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池复合壳体，其特征是，所述铝壳对应冲坑外部分的厚度为0.05到0.3毫米。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池复合壳体，其特征是，所述铝壳背对冲坑面的一侧设有保护层。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池复合壳体，其特征是，所述保护层采用高分子保护层。
5.根据权利要求3或4所述的一种锂离子电池复合壳体，其特征是，所述保护层与铝壳通过喷涂设置。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池复合壳体，其特征是，所述铝壳采用浇铸或压铸的方式成型。
7.一种基于上述权利要求1到6任一项所述的锂离子电池复合壳体的电池成型方法，其特征是，包括以下步骤：
A、根据制造锂离子电池的设计尺寸，使用浇铸或压铸方法成型铝壳，铝壳厚度为0.5~1.5mm，铝壳内部对称的成型出两个冲坑；
B、将铝板边缘非坑位置压延至厚度为0.05mm~0.3mm；
C、按铝塑膜PP复合方法，在铝壳冲坑面热复合一层PP层，厚度为0.1~0.3mm；
D、电池壳体在软包电池焊接包装前，将铝壳沿两个冲坑的交界处对折翻转，形成闭合壳体；
E、将焊接好的电池放入壳体，按软包电池封装方法，对两端极耳位置进行顶封封装，或对单侧极耳电芯侧边进行侧封；对终封位置进行留口预终封；
F、电芯烘烤后，注液并预封，形成带气袋电芯；
G、按软包电池的化成工艺，对电池进行化成，完成后进行抽气终封，并将气袋切除，对封印边折边，锂离子电池最终成型。
8.根据权利要求7所述的一种电池成型方法，其特征是，所述步骤C中，在铝壳背对冲坑面的一侧喷涂高分子保护层。
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