CN201181714Y

CN201181714Y - 电池外壳及带有该外壳的锂离子电池

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Publication number: CN201181714Y
Application number: CNU2007201711947U
Authority: CN
Inventors: 黄穗阳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2017-12-04

Abstract

本实用新型公开一种电池外壳：包括互相平行的第一面和第二面、两侧边、底面和盖板，所述第一面、第二面、两侧边和底面为金属箔片折边而成，且共同构成一个在一端开口的壳体。本实用新型还公开了带有该电池外壳的锂离子电池。本实用新型同时实现了大容量、低成本、防电磁辐射及干扰、抗外力划伤和压痕能力强、节省开模费用和周期、密封性能好、不良率低、安全性能高等优点，是研发和生产第四代锂离子电池的基础。

Description

电池外壳及带有该外壳的锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池技术，尤其涉及一种电池外壳及带有该外壳的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自1990年在日本问世和1993年在全球规模生产以来，已经经历了三代产品的发展过程，每一代产品的发展进步都是以锂离子电池外壳形式的更新换代为主要标志：第一代为不锈钢壳锂离子电池，第二代为铝壳锂离子电池，第三代为软包装锂离子电池或称软包装聚合物锂离子电池。锂离子电池外壳的改变，与新型电池材料的应用相结合，推动了电池容量的提升和电池安全性的改善。在短短十几年中，锂离子电池因其它电池(镍镉和镍氢电池)所不可比拟的卓越性能而快速发展，在全球数百亿美元的数码电池产品市场中，锂离子电池作为高技术新能源产品已广泛地应用于手机、笔记本电脑、手提电脑、个人数字助理、数码摄像机、数码相机、便携式DVD/VCD/CD和MP3播放机等，已成为各种现代移动通讯装置和电子设备不可缺少的部件，为在移动中从事各种商务活动例如办公、通讯、管理、控制和在移动中娱乐提供了许多方便。但是，随着技术的更新和发展，市场对移动电源提出了更高的要求，例如更薄、更轻、更高能量密度、更安全和更低价格等。

使用铝壳替代不锈钢壳后，铝壳锂离子电池的容量和安全性都有所提高，但是，仍然存在如下缺陷：

铝壳开模的费用高，周期长。每开发一个新规格型号的铝壳，需要投入数万元至数十万元模具费、数周甚至数月的设计和试制时间。这些不仅增加了电池生产商的新产品开发成本，而且，面对瞬息万变的市场，较长的开发时间周期，降低了电池企业的市场竞争力；

对于容量超过2000mAh的电池来说，铝壳锂电池的安全性仍然无法达到国家和国际标准，容量大于2000mAh的铝壳锂电池容易发生爆炸事故，导致人身伤害和财产损失，因此，铝壳只用于生产容量小于2000mAh的小型锂离子电池。

最近几年来逐步推广使用第三代软包装锂离子电池，改善了铝壳锂离子电池使用过程中易发生起火和爆炸等安全性问题。然而，从技术性能来说，现有软包装锂离子电池仍然存在如下缺陷：

软包装锂离子电池的外壳使用的是柔软铝塑复合薄膜，很容易发生鼓胀和变形。特别是在环境温度变化时，电解液容易发生体积膨胀，甚至气化，导致电池内部结构厚度急剧增加，直接以电池整体厚度的增加反应出来，导致电池外形尺寸的明显超标，超过技术指标要求的几倍甚至十几倍，库存的电池因无法装配而报废，已经装配在移动电子装置中的电池，可能因电池的体积膨胀损坏周围的元器件，导致该电子装置失效和报废；

由于软包装锂离子电池外壳材料铝塑复合薄膜没有刚性和机械强度，在电解液体积膨胀时，铝塑复合薄膜外壳随即鼓胀变形，正、负电极片和隔膜这三个电池元件之间的距离增大，甚至分离，电池的一系列电化学特性将会变差，例如，电池内阻增加，放电容量减少，循环寿命降低，电池的各项功能将迅速衰退和失效；

软包装锂离子电池外壳密封性较差，外壳密封不良的缺陷在生产工程中无法检验和消除。只有到了客户手中，外壳密封不良的缺陷以电解液泄漏的方式被发现，对电池周围的元器件产生化学腐蚀，此时已经造成损失，软包装锂离子电池外壳密封不良导致的电池鼓胀漏液比例非常高，是软包装锂离子电池推广使用中的最大问题；

柔软铝塑复合薄膜容易受到外力的划伤、压痕、冲击和损坏，轻则损坏电池外观、导致电池品质降级，重则损坏电池、导致电池失效；

铝塑复合薄膜是软包装锂离子电池的主要元件之一，长期以来，国产铝塑复合薄膜材料无法达到电池外壳包装的技术要求，长期依赖从国外进口，导致材料成本高，供货受到限制；

在现有三代锂离子电池中，软包装锂离子电池的外壳壳壁厚度最小，在相同电池外形尺寸条件下，可填充的电池材料最多，因此，软包装锂离子电池的容量最大。然而，在电池实际应用中，软包装锂离子电池的外壳表面还需要粘贴和包裹上一层厚度为0.1mm的金属皮(铝、铜或不锈钢)。其原因为①软包装锂离子电池的外壳太柔，没有机械强度，在电池装配和使用过程中，外壳容易被刺破、划伤或损坏；②锂离子电池是一个电阻、电容和电感混合体，电池工作时会对外产生电磁辐射，对电池周围的电子线路产生很强的干扰效应。金属壳锂离子电池的干扰被其金属外壳屏蔽掉了。软包装锂离子电池的外壳表面是电绝缘体-塑料，不能对电池内部的电磁辐射产生有效屏蔽，需要使用一层金属箔片包裹在软包装锂离子电池的外壳表面。如果将软包装锂离子电池的外壳及其金属包裹层一起计算，则其体积能量密度甚至比钢壳锂离子电池还低。

因此，现有三代锂离子电池产品，包括不锈钢壳锂离子电池、铝壳锂离子电池和软包装锂离子电池，都不能满足目前市场对移动电源更高容量、更加安全和更低成本的需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对上述现有第一代、第二代和第三代锂离子电池的缺陷和问题，提供一种新型电池外壳，可同时实现大容量、低成本、防电磁辐射及干扰、抗外力划伤和压痕能力强、节省开模费用和周期。这种新型电池外壳，是研发和制备第四代锂离子电池的基础。

本实用新型进一步所要解决的技术问题是：提供一种锂离子电池，可同时实现大容量、低成本、防电磁辐射及干扰、抗外力划伤和压痕能力强、密封性能好、不良率低、安全性能高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种电池外壳，包括互相平行的第一面和第二面、两侧边、底面和盖板，其特征在于，所述第一面、第二面、两侧边和底部为由主要成分为金属的金属箔片折边而成的方形结构；

其中，所述金属箔片折边后在其两侧边形成的外侧边和内侧边之间粘接有高分子聚合物粘接密封薄膜；

其中，在所述电池外壳的侧边设置有至少一个缺口，所述缺口与所述高分子聚合物粘接密封薄膜组成安全阀门。

相应地，本实用新型还公开了一种锂离子电池，包括电池外壳和置于电池外壳内的电池芯，所述电池外壳的第一面、第二面、两侧边和底部为由主要成分为金属的金属箔片折边而成的方形结构；

其中，所述金属箔片折边后在其两侧边形成的外侧边和内侧边之间粘接有高分子聚合物粘接密封薄膜。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用极薄的金属箔片作为锂离子电池外壳的基本材料，从而同时实现了大容量、低成本、防电磁辐射及干扰、抗外力划伤和压痕能力强、节省开模费用和周期、密封性能好、不良率低、安全性能高等优点，可作为新一代锂离子电池外壳。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例中电池外壳的金属箔片折边前的结构示意图。

图2是本实用新型一个实施例中高分子聚合物粘接密封薄膜的结构示意图。

图3是本实用新型一个实施例中电池外壳的剖面图。

具体实施方式

本实施例提供的电池外壳是一种金属聚合物复合外壳，其主要以金属箔片为基本材料，经冲切、折边和整形后，在其两侧边形成的外侧边和内侧边之间粘接高分子聚合物粘接密封薄膜而成。由于在使用相同电池材料和不改变电极成分配方的前提下，减薄电池外壳厚度，增加电池中的活性物质的填充量，电池放电容量将会按比例增长。例如，在相同外形尺寸条件下，减薄0.1mm的外壳单面壁厚，电池容量可以增加10％～30％，因此，本实施例采用极薄的金属箔片作为电池外壳的基本材料。

参考图1，该图是本实用新型一个实施例中电池外壳的金属箔片折边前的结构示意图。如图所示，经过冲切成型的金属箔片10按照其第一面、第二面、外侧边、内侧边和底边相应的折边示意线11折边90度、整形后，形成电池外壳的第一面、第二面、外侧边12、内侧边13和底部。其中，各参数设置如下：金属箔片10的厚度(图中未示出)可为0.03～0.5毫米、宽度a可为8～200毫米、两外侧边折边线之间的宽度b可为6～198毫米、第一面(第二面)的长度c可为10～400毫米、两底边折边线之间的宽度d可为1～20毫米、两内侧边折边线之间的宽度g可为5～196毫米。

另外，由于金属箔片10的制造成型无需使用昂贵和复杂的拉伸机械设备、且材料利用率较之铝壳来说有大幅度提高，节省了开模费用和时间，从而大大减少了新电池品种的开发费用，缩短开发时间周期，增强了企业对市场的应变能力和反应速度，提高了产品的竞争力。

具体实现时，所属金属箔片10可以是不锈钢箔片、铝或铝合金箔片、镍或镍合金箔片、铜或铜合金箔片等。金属箔片表面坚硬，具有良好的抗外力划伤和压痕能力，通过精密激光焊接，可以实现优良的电池密封性，还可以形成金属屏蔽层，从而有效防电磁辐射及干扰。

参考图2，该图是本实施例中高分子聚合物粘接密封薄膜的结构示意图。在其两侧边形成的外侧边和内侧边之间放入如图所示的高分子聚合物粘接密封薄膜20，经热压后与金属箔片粘接在一起，形成电池外壳主体30。所述高分子聚合物粘接密封薄膜20长度h可为10～400毫米、宽度j可为1～100毫米、厚度(图中未示出)可为0.008～0.5毫米。

同样参考图1，在金属箔片10两侧的外侧边12和内侧边13上各开有若干缺口14，所述缺口14可与所述高分子聚合物粘接密封薄膜20组成安全阀门，其缺口深度可为0～20毫米，宽度可为0～80毫米。

参考图3，该图是本实施例锂离子电池的剖面图。如图所示，由于所述高分子聚合物粘接密封薄膜20是温度敏感性材料，当温度超过130℃时，其高分子聚合物结构会遭到破坏，使材料失去粘接密封性，而电池内部的气体压力将会通过缺口14释放出来，避免电池失火爆炸；同时，由于电池外壳变形，其内的电池芯40中正、负极片分开，电池内部电流通道切断，不论来自电池内部或是外部的能量都无法对电池产生作用，可使电池温度自然下降，回归安全状态。由于其安全性能大大加强，电池的容量上限可提升到10000mAh以上。

具体实现时，前述各项尺寸参数可根据实际需要设置，选择不同的尺寸参数，可使电池成品具有不同的容量，如：

若选择金属箔片厚度为0.08mm、a＝50.2mm、b＝37mm、c＝69mm、d＝6.6mm、e＝5mm、f＝4mm、g＝36.6mm、h＝68mm、j＝6.5mm、高分子聚合物粘接密封薄膜厚度为0.1mm则成品的锂电池容量为2100～2300mAh；

若选择金属箔片厚度为0.05mm、a＝43.6mm、b＝34mm、c＝49mm、d＝4.8mm、e＝0mm、f＝0mm、g＝33.7mm、h＝48mm、j＝4.5mm、高分子聚合物粘接密封薄膜厚度为0.06mm，则成品的锂电池容量为1000～1200mAh。

如上所述，本实用新型的锂离子电池兼有电池大容量、低成本、防电磁辐射及干扰、抗外力划伤和压痕能力强、节省开模费用和周期、密封性能好、不良率低、安全性能高等优点，可作为新一代，即第四代锂离子电池外壳。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims

1、一种电池外壳，包括互相平行的第一面和第二面、两侧边、底面和盖板，其特征在于，所述第一面、第二面、两侧边和底面为金属箔片折边而成，且共同构成一个在一端开口的壳体。

2、如权利要求1所述的电池外壳，其特征在于，所述金属箔片第一面折边后在两侧边形成的外侧边和内侧边之间、第二面折边后在两侧边形成的外侧边和内侧边之间各粘接有高分子聚合物粘接密封薄膜。

3、如权利要求2所述的电池外壳，其特征在于，在所述电池外壳的侧边设置有至少一个缺口，所述缺口与所述高分子聚合物粘接密封薄膜组成安全阀门。

4、如权利要求1-3中任一项所述的电池外壳，其特征在于，所述金属箔片的厚度为0.03～0.5毫米。

5、如权利要求1-3中任一项所述的电池外壳，其特征在于，所述金属箔片的宽度为8～200毫米、两底边折边线之间的宽度为1～20毫米、两外侧边折边线之间的宽度为6～198毫米、两内侧边折边线之间的宽度为5～196毫米、第一面底边折边线到第一面顶边之间的距离为10～400毫米。

6、如权利要求2或3所述的电池外壳，其特征在于，所述高分子聚合物粘接密封薄膜长度10～400毫米、宽度为1～100毫米、厚度为0.008～0.5毫米。

7、如权利要求3所述的电池外壳，其特征在于，所述缺口的深度为0～20毫米，宽度为0～80毫米。

8、一种锂离子电池，包括电池外壳和置于电池外壳内的电池芯，其特征在于，所述第一面、第二面、两侧边和底面为金属箔片折边而成，且共同构成一个在一端开口的壳体。

9、如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述金属箔片第一面折边后在两侧边形成的外侧边和内侧边之间、第二面折边后在两侧边形成的外侧边和内侧边之间各粘接有高分子聚合物粘接密封薄膜。

10、如权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，在所述电池外壳的侧边设置有至少一个缺口，所述缺口与所述高分子聚合物粘接密封薄膜组成安全阀门。