CN1298062C - 薄膜包装式电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在薄膜包装式电池中，向电池元件突出的热封部分(6)设置在部分热封部分(5)上，并且气体释放部分(7)靠近所述突出热封部分形成，所述薄膜包装式电池用包装薄膜(8a，8b)存储电池元件(9)，并且通过热封围绕所述电池元件的包装薄膜热封表面来密封所述薄膜包装式电池。在不降低所述电池可靠性的情况下提供压力安全阀，用于把气体安全地释放到外部。

Description

薄膜包装式电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜包装式电池及其制造方法，其中电池元件存储在薄膜包装体内，尤其涉及一种薄膜包装式电池及其制造方法，其可以适当地解决异常情况下的气体生成。
背景技术
近年来，已经对作为便携式设备等电源的轻重量、小外形电池提出了强烈需求。对于代替传统金属罐壳的电池包装体，其在重量减轻和外形减小方面受到限制，已经使用金属薄膜或由金属薄膜和可热封树脂薄膜构成的叠层膜作为包装体，所述包装体可以减小重量和外形，并且与金属罐壳相比时可以采用任意形状。
作为叠层膜，通常使用的叠层膜包括由铝制成的金属薄膜和由尼龙制成的可热封树脂膜，以形成电池外表面，并且包括聚乙烯或聚丙烯以形成电池内表面。阴极、阳极和由电解液构成的电池元件存储在由叠层膜构成的包装体内。热封包装体的外围。
使用金属罐壳作为普通包装体的大部分电池具有压力安全阀，当在异常时产生气体和电池内压力增加时，所述压力安全阀把气体释放到外部。
然而，在使用薄膜作为包装体的薄膜包装式电池中，由于所述结构难以提供压力安全阀。当异常情况出现时，包装体随着产生的气体膨胀到极限。不知道包装体可能在哪里破裂而把气体吹入设备，导致流出。
日本专利公开文本JP2000-100399提出一种方法，使用所述方法在低温下密封热封部分以形成安全阀。日本专利公开文本JP11-097070提出一种方法，使用所述方法插入和热封非热封树脂片以降低剥离强度，从而形成安全阀。然而，使用上述方法，在压力不增加的正常情况下，密封可靠性也降低。然后，密封部分退化，可能出现麻烦例如电解液泄漏。同样，在异常时用于打开安全阀的压力不能进行精确设定。日本专利公开文本JP2001-325926提出一种方案，即在叠层片内形成凹槽并把产生的气体释放到电池外部。即使使用这个提议，也不方便形成凹槽，并且必须在两个步骤中把叠层片焊接在相对叠层片上。因此，需要非常麻烦的操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄膜包装式电池，其中电池由于异常情况下的气体产生而膨胀时，可以设定所需的精确的开启压力，并且可以容易提供一种用作具有密封可靠性的压力安全阀的部件，所述部件在正常使用时不退化电池的特性。
依据本发明的薄膜包装式电池，其特征在于包括：阴极；阳极；电池元件；包装薄膜，所述包装薄膜存储所述电池元件，并且被围绕所述电池元件的包装薄膜的粘结表面热封部分密封；突出热封部分，所述突出热封部分通过热封而形成在部分热封部分的内侧，以向所述电池元件突出；以及气体释放部分，所述气体释放部分形成在所述突出热封部分和邻接所述突出热封部分的热封部分中的至少之一内。
依据本发明的制造薄膜包装式电池的方法，其特征在于包括以下步骤：
把电池元件存储在包装薄膜内；通过热封来密封围绕所述电池元件的包装薄膜粘结表面；通过在热封所述粘结表面的同时进行热封，而在部分热封部分内形成突出热封部分，所述突出热封部分向所述电池元件延续；以及在所述突出热封部分和邻接所述突出热封部分的热封部分中的至少之一内形成气体释放部分。
附图说明
图1是表示依据本发明第一实施例的薄膜包装式电池外观的透视图；
图2是沿着图1线A-A剖开的纵向剖视图；
图3是透视图，其中对图1薄膜包装式电池的热封部分和突出热封部分画阴影线；
图4是图1薄膜包装式电池的分解透视图；
图5是表示依据本发明第二实施例的薄膜包装式电池外观的透视图；
图6是表示依据本发明第三实施例的薄膜包装式电池外观的透视图；
图7是表示依据本发明第四实施例的薄膜包装式电池外观的透视图；
图8是表示依据本发明第五实施例的薄膜包装式电池外观的透视图；
图9是表示依据本发明第六实施例的薄膜包装式电池外观的透视图；
图10是表示依据本发明第七实施例的薄膜包装式电池外观的透视图；
图11是表示依据本发明第八实施例的薄膜包装式电池外观的透视图；
图12是表示依据本发明第九实施例的薄膜包装式电池外观的透视图；
图13是依据实施例的薄膜包装式电池在叠层状态下的分解透视图。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的实施例。
[第一实施例]
将参考图1、2、3和4描述本发明的第一实施例。如图4中所示，薄膜包装式电池1具有用于存储电池元件9的包装体2以及阴极引线端子3和阳极引线端子4，它们连接到电池元件9并突出在包装体2的外部。
如图2中所示，包装体2包括上薄膜8a和下薄膜8b。如图3中所示，这两个薄膜8a和8b环绕电池元件9进行热封，以形成热封部分5，并且彼此粘结。
伸向电池元件9的突出热封部分6连续形成在热封部分5侧面的中心上，在该侧面上形成阴极引线端子3和阳极引线端子4。也形成三角形气体释放部分7，它的远端到达突出热封部分6。气体释放部分7的功能是允许外部空气和热封薄膜界面彼此相通。
当密封包装体的外围时，突出热封部分6通过热封与热封部分5同时形成。因此，可以形成突出热封部分6，而无需任何特定步骤。同样，可以热封突出热封部分6，同时具有与包装体2外围上的热封部分5相同的强度。因此，例如不会发生电解液泄漏，当与其它热封部分5相比时，压力安全阀的可靠性没有降低。
如图3中所示，通过设置未热封部分而形成本实施例的气体释放部分7。如果用于热封的热封头具有这样的形状，即它热封突出热封部分6但不对热封部分5的气体释放部分7进行热封，则可以容易形成气体释放部分7和突出热封部分6。
如上所述，依据本实施例，伸向电池元件的突出热封部分6形成在电池周围的局部热封部分内。当在异常情况下包装体随气体产生而膨胀时，剥离方向上的应力集中在突出热封部分6上。热封部分选择剥离突出热封部分6。
当剥离达到靠近突出热封部分6的气体释放部分7，并且与外部空气相通以便形成包装体2的薄膜8a和8b彼此不热封时，电池内部和外部空气彼此相通以把电池内的气体释放到外部，防止电池破裂或在非预定方向上漏气。这个功能称为压力安全阀功能。
[第二和第三实施例]
将参考图5和6描述本发明的第二和第三实施例。
依据第二实施例，如图5中所示，气体释放部分7a的形状与第一实施例的形状不同，其中远端到达突出热封部分6。气体释放部分7a不是由非热封部分构成，而是由线性切口构成，所述切口从包装体2的边缘到达突出热封部分6。
切口可以在热封步骤之前或之后形成。当在热封步骤之前形成切口时，它可以只形成在相对的薄膜之一内。在本实施例中，当在异常情况下包装体随气体产生而膨胀时，剥离方向上的应力集中在突出热封部分6上。热封部分5有选择地剥离突出热封部分6，并且通过气体释放部分7a把内部气体释放到外部。
依据第三实施例，如图6中所示，气体释放部分7b由锐角三角形凹口构成，其中远端到达突出热封部分6。在本实施例中，由生成的气体产生的应力集中在突出热封部分6上，并且通过气体释放部分7b把生成的气体释放到外部。因此，防止电池破裂或在非预定方向上漏气。
[第四实施例]
将参考图7描述本发明的第四实施例。
依据第四实施例，如图7中所示，气体释放部分7c形成为孔，所述孔形成在突出热封部分6内。只要这个孔形成在两个相对的薄膜的至少一个内就足够了。作为选择，这个孔可以是贯穿两个相对的薄膜的孔。在第四实施例中，按照与其它实施例相同的方式，在电池内可能产生的气体剥离突出热封部分6的两个薄膜，并且通过形成为孔的气体释放部分7c释放到外部。
[第五实施例]
将参考图8描述本发明的第五实施例。
如图8中所示，第八实施例的差别在于突出热封部分6d和气体释放部分7d不象在第一至第四实施例中那样形成在阴极引线端子3和阳极引线端子4之间，而是形成在阴极引线端子3上。热封部分5的粘结强度在薄膜和引线端子粘结部分上比在薄膜粘结部分上低。当突出热封部分6d和气体释放部分7d形成在阴极引线端子3上时，阀开启压力可以设定得很低。
尽管在图8中突出热封部分6d和气体释放部分7d形成在阴极引线端子上，但它们也可以形成在阳极引线端子4上。整个突出热封部分6d不需要都位于阴极引线端子3上，而是它可以部分地位于阴极引线端子上。
[第六实施例]
将参考图9描述本发明的第六实施例。
如图9中所示，第六实施例的差别在于突出热封部分6e和气体释放部分7e既不象在第一至第四实施例中那样形成在阴极引线端子3和阳极引线端子4之间，也不象在第五实施例中那样形成在阴极引线端子3上，而是形成在包装体的角上。
突出热封部分可以形成在包装体外围上的任意位置上。考虑到电池元件9以及阴极引线端子3和阳极引线端子4的排列，突出热封部分理想地形成在不有害地影响电池外部形状的位置上。当突出热封部分6e和气体释放部分7e形成在包装体的角上时，如在本实施例中那样，可以获得相同的效果。
[第七实施例]
将参考图10描述本发明的第七实施例。
依据本实施例，热封如在第一实施例中形成的气体释放部分7的外部空气侧端，以形成密封部分13。当形成密封部分13时，可以防止外部灰尘等堵塞在气体释放部分7内，而妨碍压力安全阀的操作，或者可以防止气体释放部分7形成入口通道，以便水蒸气从外部进入电池而降低电池特性。
当密封部分13作为压力安全阀操作时，密封部分13必须用不妨碍气体释放的低强度进行密封。在图10中，通过热封形成密封部分13，所述热封具有比其它热封部分5更小的宽度。为了降低粘结强度，通过扩散形成密封部分13，所述扩散的温度比用于其它热封部分5的温度更低。
[第八实施例]
将参考图11描述本发明的第八实施例。
依据本实施例，与第七实施例不同，密封部分13a由粘合剂构成，所述粘合剂施加在气体释放部分7的内侧上。可以使用任何其它公知的方法，例如填满热固性树脂。粘合剂或树脂用很小的力粘附，以便当密封部分13a作为压力安全阀操作时，它将不妨碍气体释放。作为选择，可以使用由电池元件9溶解或分解的粘合剂或树脂组分，例如电解液。
[第九实施例]
将参考图12描述本发明的第九实施例。
依据本实施例，与第七和第八实施例不同，用带子覆盖气体释放部分7以形成密封部分13b。当使用带子或封条时，密封部分13b可以容易形成在气体释放部分7上。作为带子，可以使用包括金属箔或金属薄膜的叠层膜。为了粘结带子，可以使用公知的方法，例如使用压敏粘合剂、粘合剂或热封的方法。
在图1-12的每个图中，形成一个突出热封部分和一个气体释放部分。作为选择，可以在任意位置上形成两个或多个突出热封部分和两个或多个气体释放部分。
将作为实施例描述依据本发明的薄膜包装式电池的布置和运动。
(阴极的制造)
用90∶5∶5的重量比混合具有尖晶石结构的锰酸锂粉、给予材料传导性的碳、以及聚偏二氟乙烯，并且分散在NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)内。搅拌混合物以形成泥浆。调节NMP量以便泥浆具有适当粘度。使用刮浆刀，泥浆均匀地施加在20μm厚的铝箔的一个表面上，作为预期的阴极收集器。进行涂覆，以便未涂部分(暴露收集器的部分)轻微地形成为条带。
随后，在100℃下把合成铝箔在真空里干燥2小时。把泥浆类似地施加在另一表面上，在真空里干燥铝箔以便正面和背面上的未涂部分重合。将获取的薄片用压力滚压，薄片的两个表面用活性材料覆盖。合成薄片切割成矩形以包括未涂部分，从而形成阴极板10。切掉未涂活性材料的部分，以在它的一个侧面上留下矩形部分。左侧部分用作引线部分。
(阳极的制造)
用91∶9的重量比混合非晶质碳粉和聚偏二氟乙烯，并且分散在NMP内。搅拌混合物，形成泥浆。调节NMP量，以便泥浆具有适当粘度。
使用刮浆刀，泥浆均匀地施加在10μm厚的铜箔的一个表面上，作为预期的阳极收集器。进行涂覆，以便未涂部分(暴露收集器的部分)轻微地形成为条带。随后，在100℃下把合成铝箔在真空里干燥2小时。
调节活性材料的厚度，以使阳极层每单位面积的理论电容值与阴极层每单位面积的理论电容值的比例为1∶1。类似地，泥浆施加在另一表面上，并且在真空里干燥铝箔。将获取的薄片用某一压力滚压，薄片的两个表面用活性材料覆盖。合成薄片切割成包括未涂部分的矩形，以便所述矩形在垂直和水平尺寸上各自比阴极大2mm，从而形成阳极板11。切掉未涂活性材料的部分，以在它的一个侧面上留下矩形部分。左侧部分用作引线部分。
(电池元件的制造)
交替堆叠以上述方式制造的阴极和阳极以及微孔隔板，所述微孔隔板各自具有三层结构即聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯。如图13中所示，阳极出现在电极的最外侧上，隔板进一步放在阳极的外侧上(按照隔板12/阳极11/隔板12/阴极10/隔板12/…/阳极11/隔板12的顺序)。
用超声波焊接铝板，以同时用作堆叠阴极的阴极板引线和阴极板引线端子3。类似地，用超声波焊接镍板，以同时用作阳极板引线和阳极板引线端子4。
(薄膜包装式电池的制造)
将参考图4描述薄膜包装式电池的制造过程。
尺寸比电池元件9大很多的存储部分通过往里深度拉薄膜8a而形成，所述薄膜8a用作铝叠层膜，所述薄膜8a具有三层结构即尼龙/铝/聚丙烯，以便使聚丙烯侧面凹进。
上述电池元件9存储在薄膜8a的电池元件存储部分内，以便只有电池元件9的阴极引线端子3和阳极引线端子4伸出包装薄膜体。用另一薄膜8b覆盖电池元件9。粘结部分重叠，并且通过热封粘结包装体外围上的三个侧面。关于在导线伸出的侧面上的热封部分5，用具有热封头的热封机对它进行粘接，所述热封头是在阴极和阳极引线端子之间形成突向电池元件9的突出热封部分6和由非扩散部分构成的气体释放部分7，所述气体释放部分7从突出热封部分6到达热封部分5的外围。
从未被粘结的一个剩余侧面把电解液注入电池元件9的存储部分内。电解液包含作为载体盐的1mol/L的LiPF6、以及作为溶剂的碳酸丙烯和碳酯乙烯(重量比为50∶50)的混合溶剂。注入电解液之后，在真空中密封包装体。获得具有叠层薄膜包装体的锂离子蓄电池。
突出热封部分延续到热封部分，并且可以在一个过程中与热封部分的形成同时形成。因此，不但提高了工作效率，而且热封部分和突出热封部分的热封强度变得大致相等。然后，内部产生的气体可靠地促进剥离突出热封部分。结果，可靠地防止气体在非预定方向上喷射。
气体释放部分的功能是当剥离突出热封部分6时释放电池内部的气体，这是由于包装体随着压力增加而引起的膨胀已经前进到调节部分。气体释放部分可以出现在突出热封部分或邻接它的热封部分上，或者跨过突出热封部分和热封部分。
(压力安全阀的操作过程)
在薄膜包装式电池1中，出现异常例如外部短路之后，当电池内温度急剧增加并且包装体2由于气体生成而膨胀时，由膨胀产生的应力集中在突出热封部分6上。因此，在突出热封部分6上有选择地进行热封部分5的剥离。当剥离到达气体释放部分7时，电池内部与外部空气彼此连通。然后电池内产生的气体通过气体释放部分7释放到外部。
作为安全阀的启动压力可以依据突出部分6和气体释放部分7的位置及形状进行任意设定。而且，在没有气体生成的正常情况下，可以保持与其它热封部分5相同的可靠性。
依据上述实施例，形成向电池元件突出的热封部分，并且靠近突出热封部分形成气体释放部分。然后，当电池内压力随着气体生成而增加时，有选择地进行突出热封部分的剥离，一直剥离到气体释放部分。结果，电池内的气体可以释放到外部。
能够容易提供一种薄膜包装式电池，在所述薄膜包装式电池中可以依据突出部分和气体释放部分的位置及形状任意设定阀开启压力，并且所述薄膜包装式电池具有压力安全阀的功能，所述压力安全阀在正常使用时具有高密封可靠性。
如上所述，依据本发明的薄膜包装式电池及其制造方法适合用于便携式设备等的电源中，在所述薄膜包装式电池中，电池元件存储在薄膜包装体内。

Claims (18)

1、一种薄膜包装式电池，其特征在于包括：
电池元件；
包装薄膜，所述包装薄膜存储所述电池元件，并且被围绕所述电池元件的包装薄膜的粘结表面的热封部分密封；
突出热封部分，所述突出热封部分通过热封形成在部分热封部分的内侧，以向所述电池元件突出；以及
气体释放部分，所述气体释放部分形成在所述突出热封部分和邻接所述突出热封部分的热封部分中的至少之一内。
2、如权利要求1所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述气体释放部分形成在所述热封部分的未被热封的部分上。
3、如权利要求1所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述气体释放部分由切口构成，所述切口到达所述热封部分的外围。
4、如权利要求1所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述气体释放部分由凹口构成，所述凹口到达所述热封部分的外围。
5、如权利要求1所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述气体释放部分通过在所述突出热封部分内形成孔而形成。
6、如权利要求1所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述突出热封部分和气体释放部分都形成在伸出电极引线的侧面上。
7、如权利要求1所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述突出热封部分和气体释放部分都形成在电极引线延伸部分内。
8、如权利要求1所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述突出热封部分和气体释放部分都形成在所述包装薄膜的角上。
9、如权利要求1所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述突出热封部分和气体释放部分都形成在所述密封部分的中心上。
10、如权利要求1所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述气体释放部分包括密封部分，所述密封部分的耐压力低于另外热封部分。
11、如权利要求10所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述密封部分在比用于其它热封部分的温度更低的温度下进行热封。
12、如权利要求10所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述密封部分具有比其它热封部分宽度小的热封宽度。
13、如权利要求10所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述密封部分用粘合剂或树脂进行密封。
14、如权利要求13所述的薄膜包装式电池，其特征在于：电解液被注入所述包装薄膜的内部，所述粘合剂或树脂被所述电解液溶解。
15、如权利要求13所述的薄膜包装式电池，其特征在于：电解液被注入所述包装薄膜的内部，所述粘合剂或树脂被所述电解液分解。
16、如权利要求10所述的薄膜包装式电池，其特征在于：所述密封部分通过用带子或密封条覆盖所述气体释放部分而形成。
17、一种制造薄膜包装式电池的方法，其特征在于包括以下步骤：
把电池元件存储在包装薄膜内；
通过热封来密封围绕所述电池元件的包装薄膜粘结表面；
通过在热封所述粘结表面的同时进行热封，而在部分热封部分内形成突出热封部分，所述突出热封部分向所述电池元件延续；以及
在所述突出热封部分和邻接所述突出热封部分的热封部分中的至少之一内形成气体释放部分。
18、如权利要求17所述的制造薄膜包装式电池的方法，其特征在于：通过热封形成所述突出热封部分的步骤包括以下步骤：通过不热封部分所述热封部分，在形成所述突出热封部分的同时形成所述气体释放部分。
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