CN1901248A

CN1901248A - 带有镀层或涂层的塑料壳盖和包括该壳盖的电池或电池组

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Publication number: CN1901248A
Application number: CNA2006101019388A
Authority: CN
Inventors: 任晓平; 孙杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2007-01-24

Abstract

本发明提供了一种二次锂离子电池或电池组，其特征是该电池壳和电池盖由至少内表面带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或涂层的塑料制成。通过采用内外表面带有金属镀层或涂层的塑料电池壳和电池盖可以提高二次锂离子电池的容量、提高二次锂离子电池的安全性，降低二次锂离子电池的生产成本。此外，本发明还提供用于二次锂离子电池或电池组的电池壳和/或电池盖，所述电池壳和/或电池盖由内表面带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或涂层的塑料制成。

Description

带有镀层或涂层的塑料壳盖和包括该壳盖的电池或电池组

技术领域

本发明涉及用于电池的带有金属镀层或涂层的塑料壳盖和包括所述塑料壳盖的电池或电池组尤其是二次锂离子电池。本发明还涉及了由具有上述特征单体锂电池所组成的电池组。

背景技术

自1991年，日本Sony公司发明研制出二次锂离子电池并商品化以来，锂离子电池发展迅速，其应用范围日益扩大，其市场占有率日益提高。同时针对锂离子电池而进行的基础研究和产业化研究也越来越多。其中，已开展了通过改变锂离子电池所用容器也就是锂离子电池的电池壳盖来改进锂离子电池的性能的研究也取得很大进展，其壳体从钢壳发展到铝壳，再发展到铝塑软包装。

目前锂离子电池所用电池盒和电池盖主要有铝壳和钢壳。对于用金属材料作为容器的液态锂离子电池来说，由于所采用的容器是金属，其成本较高，同时由于外壳可以作为电池的一个电极，对于锂离子电池的装配过程来说，就要防止锂离子电池的正负极与之发生接触，引起电池短路，致使电池报废，为此一般需要在电池壳内加一个上面垫来防止电池短路，这在一定意义上占据了锂离子电池的有效空间影响了锂离子电池容量的进一步提高。同时由于锂离子电池目前所用的正极材料主要为钴酸锂，其在极端状态下存在一定安全性问题。例如在外部突然短路或内部突然短路的状态下，会导致电池爆炸。目前通常使用安全阀，在电池内部压力达到爆炸条件之前开启，释放压力，抑制或防止爆炸的产生，或者将其影响控制在最小范围内。但是目前的安全阀主要应用在圆柱形锂离子电池上，对于方形锂离子电池来说，很少应用。该压力阀的采用在一定程度上也占用了锂离子电池的有效空间，影响到了锂离子电池容量的提高，同时也增加了电池的成本。

对于采用铝塑复合膜的软包装或聚合物电池来说，其所用复合膜虽然具有极好的安全性。但是由于所采用的为软态塑料，在密封和承受压力方面具有一定的局限性，影响到了产成品率的提高，也影响到了用户的使用。

基于以上背景，我们通过研究出人意料地发现，可以通过提供新颖的电池壳盖来提高锂离子电池的容量以及提高锂离子电池的安全性，降低锂离子电池的成本。在本发明中，使用表面带有金属镀层或涂层的塑料制成的锂离子电池壳盖来取代传统的锂离子电池所用容器以提高锂离子电池的容量、提高锂离子电池的安全性能，降低锂离子电池的成本。

发明内容

目前，现有技术中锂离子电池所用电池壳和电池盖存在很多缺陷，金属外壳的使用增加了生产成本，同时对于装配过程要求采取措施(例如加上面垫)，防止正负电极接触造成短路导致电池报废，同时其还会占用电池空间，影响到电池容量的进一步提高。铝塑复合膜的采用有利于电池空间的利用和安全性的提高，但是由于其不易密封和易发生鼓胀的特性导致产成品率低，性能不稳定，影响到了成本的降低和用户的使用。

本发明人研究了采用塑料制成的壳盖对电池性能的影响，但是发现塑料壳盖可造成二次锂离子电池性能的下降。经过不懈努力，本发明人发现采用至少内表面带有镀层或涂层的塑料电池壳盖，能够提高电池的性能。在本发明中采用表面带有镀层或涂层的塑料电池壳盖改善电池性能的原因可以推测如下，但是本发明并不受该原理的限制。锂离子电池中所含的物质例如有机电解液可能会侵蚀塑料壳盖，影响锂离子电池的性能。而在塑料电池壳盖至少内表面覆盖一层耐蚀材料尤其是金属，例如铝或铜可以防止电池性能劣化。形成覆层的方法可用公知的方法例如电镀或真空镀或喷涂等方式来实现。金属层的存在可以阻止二次锂离子电池的性能劣化，同时也塑料电池壳盖可以响应较低压力，这就相当于整个电池外壳就是一个防爆阀，可以从根本上解决电池的安全性问题。同时由于电池壳盖不是电极，可以取消上面垫，同时也可将正、负极极耳引出到电池壳外，提高了内部有效空间的利用率，增大了填充量，提高了锂离子电池的容量。

与前述现有技术相比，本发明提出：使用表面带有耐蚀材料尤其是的镀层或涂层的塑料电池壳、盖，可以省去上面的垫，也可以将正、负极极耳引出到电池盖外面，提高了空间利用率，增大了活性物质的填充量，进而提高了电池的容量；同时由于可以控制材料和壁厚来响应较低压力，使整个壳体相当于一个安全阀，提高了电池的安全性，并降低了材料成本。

在本发明中，提供一种锂离子二次电池，该锂离子电池例如包括以下部分：电极、电解质、隔膜、容器。其中电极包括正极和负极，正极包括正极集流器和涂覆在正极集流器上的正极活性物质；负极包括负极集流器和涂覆在负极集流器上的负极活性物质层；隔膜可以是单纯的固体绝缘层也可以是具有导电性能的固状物；容器是正极、负极、隔膜、电解质的包容体。

本发明的目的之一是提供一种二次锂离子电池，其特征是该电池壳和电池盖由内表面和/或外表面带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或金属涂层的塑料制成。本发明还提供了由具有上述特征单体锂离子电池所组成的电池组。

在本发明的一个方面，提供一种二次锂离子电池或电池组，包括单体电池，其中，所述单体电池的电池壳和/或电池盖由至少内表面带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或涂层的塑料制成。在一个更具体的技术方案中，所述二次锂离子电池或电池组的外表面也带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或金属涂层。在另一个更具体的技术方案中，所述二次锂离子电池或电池组包含能够侵蚀所述塑料的物质。在又一个更具体的技术方案中，所述塑料选自各种热塑性塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚苯乙烯。在再一个更具体的技术方案中，所述镀层或涂层为连续的致密层。在另一个更具体的技术方案中，所述镀层或涂层包括铝、铜、镍或其合金。

在本发明的另一个方面，提供一种用于二次锂离子电池或电池组的电池壳和/或电池盖，其中，所述电池壳和/或电池盖由内表面带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或涂层的塑料制成。在一个更具体的技术方案中，所述电池壳和电池盖的外表面也带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或涂层。在另一个更具体的技术方案中，所述塑料选自各种热塑性塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚苯乙烯。在又一个更具体的技术方案中，所述镀层或涂层为连续的致密层，并优选包括铝、铜、镍或其合金。

实施本发明具体方式

在本发明中，“锂离子电池或电池组”是指本发明既可应用于锂离子单体电池，也可应用于包括保护电路的单体锂离子电池，也可应用于包括多个单体锂离子电池的电池组，也可应用于包括多个单体锂离子电池及保护电路的电池组，为了简便起见，有时也统称为“锂离子电池”。

以下以非限制方式更具体地介绍适用于本发明方法的二次锂离子电池。二次锂离子电池的一般结构包括：正极、负极、非水电解质和将正极与负极相互隔开的隔膜。非水电解质通过将含锂的金属锂盐例如LiPF₆作为电解质溶解在例如碳酸亚乙酯或碳酸二甲酯的非水溶剂中而得到。隔膜在上述非水溶剂中不溶解，并且是由例如聚乙烯或聚丙烯树脂制成的多孔膜。也可以是由非水电解质溶液增塑聚合材料得到的含有凝胶电解质类型的固体电解质。

正极

正极制备可例如采用通过将正极活性材料、导电剂和粘合剂在适当溶剂中混合均匀而制成的浆料涂布在集流体例如铝箔上，接着干燥并压制成极片。

本发明中电池正极活性物质为含锂元素的化合物。虽然在实施例中本发明使用了钴酸锂(即锂钴复合氧化物)作为正极活性材料进行了描述，但是应该理解，本发明的实施并不依赖于所述含锂复合氧化物的特性，而可以广泛地适用于各种正极活性材料。同样本发明也适用于以各种掺杂型的含锂元素作为正极活性物质的锂离子电池，如包括各种氧化物和硫化物的正极活性材料，其实例包括例如，锂钴复合氧化物、锂锰复合氧化物、锂镍复合氧化物、锂镍钴复合氧化物、锂锰钴复合氧化物、和钒氧化物。在这些正极活性材料中，优选使用具有高电池电压的锂钴复合氧化物(例如LiCoO₂)、锂锰复合氧化物(例如LiMn₂O₄)、锂镍复合氧化物(例如LiNiO₂)、锂镍钴复合氧化物(例如LiNi_1-xCo_xO₂)、锂锰钴复合氧化物(例如LiMn_xCo_1-xO₂)、锂镍锰钴复合氧化物(例LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂)。

此外，本发明可使用公知的导电剂和粘合剂。正极活性材料中各组分的混合比例可使用公知的比例范围。

隔膜

本发明所用的隔膜可以是公知的隔膜，例如可以是由合成树脂的无纺布、聚乙烯多孔膜或聚丙烯多孔膜以及由此类材料复合而成的材料制成的类型。

负极

负极制备可例如采用通过将负极活性材料、导电剂和粘合剂在适当溶剂中混合搅拌而制成的浆料涂布在集流体例如铜箔上，接着干燥并压制成极片。

本发明中电池负极活性物质为锂离子能在其中嵌入和脱出的碳系和非碳系的物质，包括，例如，锂合金(例如，Li₄Ti₅O₁₂)、金属氧化物(例如非晶态锡氧化物、WO₂和MoO₂)、TiS₂以及能嵌入和脱出锂离子的碳系物。特别希望使用碳系物充当负极活性材料。

本发明所用的碳系物包括，例如，石墨、无取向性石墨、焦炭、碳纤维、球形碳、树脂烧结碳和气相生长碳，纳米碳管。因为包含如上所述的特定碳纤维或球形碳的负极表现出高充电效率，特别希望使用中间相沥青基碳纤维或中间相沥青基球形碳充当碳素物。中间相沥青基碳纤维和中间相沥青基球形碳可采用公知的方法获得。

非水电解质可采用公知的类型和材料，并未特别限定，非水电解质，例如可以使用，在非水溶剂中溶解电解质而制成的液体非水电解质、将聚合物、非水溶剂和溶解物复合而制成的胶体非水电解质、聚合物固体非水电解质等等。

电池的结构可以是通过卷绕或叠片的方式来形成，可以制成例如柱状、方形等形状。

容器：

二次锂离子电池的容器也就是二次锂离子电池的电池壳、盖采用本发明所述的由表面带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或涂层的塑料制成。所述镀层或涂层可以仅存在于电池壳、盖的内表面，也可以同时存在于电池壳、盖的内外表面上。所述塑料优选选自各种热塑性塑料，其例子包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚苯乙烯等。该电池壳、盖的制备可以采用公知的技术例如先注塑后电镀或喷涂来制得。在本发明的一个优选实施方案中，所述塑料电池壳、盖优选具有较高刚性，其厚度可以根据需要适当确定。所述镀层或涂层优选为连续的致密层结构，并且不与电池材料发生不利反应。所述镀层或涂层的材料可以是不与电池材料发生不利反应的耐蚀材料，可以选自公知的此类材料，但是优选使用金属，包括例如铝、铜、镍或其合金等。作为实验对照例子，其所采用的容器为铝合金制作而成。

对电池的充放电操作采用本领域公知的方式进行。

实施例

下面将根据具体的试验结果详细叙述本发明。

单体锂离子电池的制备

本发明一个实例子中，使用的单体锂离子电池制作过程如下：

采用铜箔作为负极的集流体，铝箔作为正极的集流体，正极活性物质用钴酸锂，负极活性物质用MCMB。电池型号为方型063048。将钴酸锂与7％的粘合剂PVDF和5％的导电碳黑混合，按1∶1的比例加入N-甲基吡咯烷酮中。负极物质可以直接与10％的粘合剂PVDF进行混合，按1∶1的比例加入，制成浆料。将和好的正极浆料用涂敷的方法涂在正极的集流体上，负极浆料涂敷在负极集流体上，然后烘干，压制。将压制后的正负极片点上极耳，插入隔膜(隔膜为PP材料)后，在卷绕机上卷绕后装入内外表面带有铝镀层的聚苯乙烯的电池壳体中。作为实验对照例子，其所采用的电池壳、盖为铝合金制成。将电池壳和电池盖焊接密封在一起。在相对湿度小于1.5％的环境下进行注液，电解液采用EC∶DEC∶DMC＝1∶1∶1的混合溶剂，电解质为1M六氟磷酸锂，注液后立即封口。

实施例1

按上述方法制成063048方型的多个锂离子电池，电池壳盖材料为铝合金(壁厚0.3毫米)。电池容量的算术平均结果显示电池0.2C5A容量为865毫安时。随机抽取其中10只电池作储存试验，35度储存60天，未见电解液渗出。随机抽取其中10只电池进行安全性试验，采用3C5A电流充电至10V，电池燃烧爆炸。

实施例2

按上述方法制成063048方型的多个锂离子电池，电池壳盖材料为内外壁带有铝层的聚苯乙烯(壁厚0.3毫米)。电池容量的算术平均结果显示电池0.2C5A容量为908毫安时。随机抽取其中10只电池作储存试验，35度储存60天，未见电解液渗出。随机抽取其中10只电池进行安全性试验，采用3C5A电流充电至10V，电池壳盖裂开，未爆炸燃烧。

实施例3

按上述方法制成063048方型的多个锂离子电池，电池壳盖材料为内壁镀了一层铝的聚苯乙烯(壁厚0.3毫米)。电池容量的算术平均结果显示电池0.2C5A容量为901毫安时。随机抽取其中10只电池作储存试验，35度储存60天，未见电解液渗出。随机抽取其中10只电池进行安全性试验，采用3C5A电流充电至10V，电池壳盖裂开，未爆炸燃烧。

实施例4

按上述方法制成063048方型的多个锂离子电池，电池壳盖材料为聚丙烯塑料(壁厚0.3毫米)。电池容量的算术平均结果显示电池0.2C5A容量为897毫安时。随机抽取其中10只电池作储存试验，35度储存60天，10只电池都有电解液渗出。随机抽取其中10只电池进行安全性试验，采用3C5A电流充电至10V，电池壳盖裂开，未爆炸燃烧。

上述实验结果显示，将二次锂离子电池的电池壳盖由铝壳换成内外壁表面镀了一层铝的聚苯乙烯塑料壳体后，其容量约提高了5％。同时，由于该塑料的物理特性，使整个塑料壳体相当于一个安全阀，因此在过充或短路状态下，该电池塑料壳体从防爆痕裂开相当于防爆阀开启，释放电池壳体里面的气体，降低压力，阻止了爆炸的产生。

可以看出，使用内外表面带有金属镀层或金属涂层的塑料制成的电池壳盖的锂离子电池，可以达到提高容量、提高安全性、降低生产成本的目的。

Claims

1.一种二次锂离子电池或电池组，包括单体电池，其特征在于：所述单体电池的电池壳和/或电池盖由至少内表面带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或涂层的塑料制成。

2.按照权利要求1的二次锂离子电池或电池组，其特征在于：电池壳和电池盖的外表面也带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或金属涂层。

3.按照权利要求1的二次锂离子电池或电池组，其特征在于：所述电池或电池组包含能够侵蚀所述塑料的物质。

4.按照权利要求1-3中任一项的二次锂离子电池或电池组，其特征在于：所述塑料选自各种热塑性塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚苯乙烯。

5.按照权利要求1-3中任一项的二次锂离子电池或电池组，其特征在于：所述镀层或涂层为连续的致密层。

6.按照权利要求1-3中任一项的二次锂离子电池或电池组，其特征在于：所述镀层或涂层包括铝、铜、镍或其合金。

7.一种用于二次锂离子电池或电池组的电池壳和/或电池盖，其特征在于，所述电池壳和/或电池盖由内表面带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或涂层的塑料制成。

8.按照权利要求7的电池壳和/或电池盖，其特征在于：电池壳和电池盖的外表面也带有耐蚀材料尤其是金属的镀层或涂层。

9.按照权利要求7或8的电池壳和/或电池盖，其特征在于：所述塑料选自各种热塑性塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚苯乙烯。

10.按照权利要求7或8的电池壳和/或电池盖，其特征在于：所述镀层或涂层为连续的致密层，并优选包括铝、铜、镍或其合金。