CN202721200U

CN202721200U - 锂电池的塑料金属复合外壳

Info

Publication number: CN202721200U
Application number: CN2012201712531U
Authority: CN
Inventors: 赵军辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2022-04-19

Abstract

本实用新型涉及一种锂电池的塑料金属复合外壳，所述锂电池的塑料金属复合外壳包括塑胶材质的壳体，所述壳体的内表面上还附有金属层；所述金属层的厚度为0.05~0.5mm，以镀膜、粘合或热压方式结合于壳体的内表面上，金层层为铝、镍、铜或不锈钢中任意一种或其中任意几种组合的合金箔片或薄片。所述壳体的厚度为0.1~8mm；所述壳体采用ABS、PP、PVC、PE或PTFE中的任一种或者任意几种组合的材料制成。本实用新型的锂电池的塑料金属复合外壳减轻了壳体质量、降低了成本，能防止水分子穿透和电磁干扰，且提高了锂电池使用的耐用性和安全性，易于国产化、生产过程中有较高合格率和降低成本。

Description

锂电池的塑料金属复合外壳

技术领域

本实用新型涉及一种锂电池外壳，尤其是一种大容量动力型聚合物锂电池的塑料金属复合外壳，该动力型锂电池可以用于各种大容量高功率移动设备，例如电动自行车、电动摩托车、电动轿车、电动大巴、电动游艇、卫星通讯机、无人驾驶飞机、火箭发射器和潜艇用通讯电源等等。

背景技术

现有技术的大容量动力型锂电池外壳有如下几种形式：

金属外壳：例如不锈钢壳或者是铝壳。其缺点是①重量较大，影响电池的重量能量密度；②电池盖板在激光密封焊接时，成品率较低，报废率较高，尤其是铝壳电池，在激光密封焊接时，发生炸火、爆点等现象较多，较高的电池报废率增大了材料成本和生产成本；③金属外壳的电绝缘较为复杂和困难，外套的绝缘塑料膜，在电动车的复杂路况下容易受到损坏，导致多级串联的电池组在高电压端漏电；④金属外壳较为刚性和坚硬，特别是不锈钢外壳，电池发生爆炸时，安全阀来不及打开时，电池爆炸的威力巨大，金属外壳犹如弹片一样对人身和物品造成伤害，电池安全性较差。

塑料壳：例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）或者聚丙烯塑料（PP）等外壳。若用ABS塑料制成锂电池外壳，由于其密度很小，只有1.05g/cm³，无法阻挡水分子对于电池壳壁的穿透。在水系电解质的铅酸电池中使用是合适的，在非水系的锂电池中使用时，当水分子穿透和扩散进入到无水电解质中时，其中的六氟磷酸锂LiPF₆将与水发生化学反应，产生氢氟酸和氢气，导致电池鼓胀和电极腐蚀。

PP聚丙烯塑料的材料密度也很小，只有0.1g/cm³，即使是高密度的PP聚丙烯塑料，其密度也只有1.1g/cm³，无法阻挡水分子的穿透。当水分子穿透和扩散进入到锂电池的无水电解质中时，其中的六氟磷酸锂LiPF₆将与水发生化学反应，产生氢氟酸和氢气，导致电池鼓胀和电极腐蚀。事实上，与金属相比，几乎所有塑料材料的密度都较小，使用塑料作为锂电池外壳，水分子的穿透导致锂电池的鼓胀只是时间长和短的问题。

另外，采用塑料外壳，还有电磁干扰的问题。锂离子电池是一个电阻、电容和电感混合体，电池组工作时会对外产生电磁辐射，对电池组周围的电子线路产生很强的干扰效应。

锂电池软包装外壳：现有锂电池软包装采用的铝塑料复合膜的厚度只有0.1-0.25毫米，铝塑复合薄膜轻薄而且柔软，电池容易发生鼓胀和变形。另一方面，柔软的铝塑复合薄膜没有机械强度，容易被刺破、划伤、挤裂或在其它外力作用下受到破坏，特别是大容量动力型锂电池的重量较大，电动车的使用路况复杂，铝塑复合薄膜更加容易破裂和损坏。此外电池用铝塑料复合膜供货来源受到限制，需要从日本进口。全球只有二家日本公司有能力生产出锂电池用铝塑复合膜。尽管国内许多原材料供应商投入大量资源，进行许多研发和试制工作，但是，国产铝塑复合膜只能用于食品和医药包装袋，其品质无法到达锂电池外壳应用的工艺要求，各项技术指标与日本产品相差甚远。由于供应有限，进口铝塑复合膜的价格、质量、交货期等等许多因素无法控制。因此，铝塑复合膜用于大容量动力锂电池不是好的选择。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题是：提供一种新型锂电池的塑料金属复合外壳，以减轻壳体质量、降低成本，同时可以防止水分子穿透和电磁干扰，提高锂电池使用的安全性和耐用性，容易国产化。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种新型锂电池的塑料金属复合外壳，所述锂电池的塑料金属复合外壳包括塑胶材质的壳体，所述壳体的内表面上还附有金属层。

进一步地，所述壳体包括壳身及盖和于壳身上且与壳身密封连接的盖板，壳身和盖板的内表面上均依附有金属层。

进一步地，所述壳体上设有用于设置电极的电极孔和用于设置减压阀的减压阀孔或用于注入电解质的注液孔。

进一步地，所述金属膜的厚度为0.05～0.5mm。

进一步地，所述金属层是以镀膜、粘合或热压方式结合于壳体的内表面上。。

进一步地，所述壳体的厚度为0.1～8mm。

本实用新型实施例的有益效果是：本实施例的锂电池的塑料金属复合外壳由于采用塑料和金属的复合外壳，大幅降低了外壳的重量，节约了生产成本。

此外，这种塑料金属复合外壳由于其金属层设于塑料壳体的内表面上，能防止水分子穿透，使整个外壳具有良好的强度，且不鼓胀变形；而其塑料壳体能抗磨损、抗化学腐蚀，且具有高绝缘性、防高压静电和漏电、防电磁干扰的功能，提高了锂电池使用的安全性和耐用性。

更重要的是，这种塑料金属复合外壳可以国产化，打破了先进国家对中国高技术出口垄断，有利于锂电池民族产业的快速发展。

下面结合附图对本实用新型实施例作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本实用新型实施例锂电池的塑料金属复合外壳的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例提供一种锂电池的塑料金属复合外壳，其包括壳体1及金属层2。

所述壳体1为中空的壳体，壳体1采用塑胶材质制成，例如普通或高密度的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚酰胺-66（尼龙66）、聚丙烯塑料(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯塑料(PE)或聚四氟乙烯(PTFE)等材料；壳体1的厚度为0.1～8毫米。

所述壳体1包括壳身11及盖板12，壳身11和盖板12相互盖合并采用超声波塑料焊接技术进行密封焊接，焊接的速度快、效率高、没有不良焊接现象发生。所述壳体1上还设有用于设置电极的电极孔13和用于设置减压阀的减压阀孔14，或者所述减压阀孔14也可为用于注入电解质的注液孔。

所述金属层2依附于所述壳体1的内表面上，其可采用真空镀膜、水电镀、粘合或热压工艺设于所述壳体1的内表面上。

当采用真空镀膜的工艺时，金属层2的材料可以选用铝、镍、铜或者其中任意几种的合金，金属层2的厚度为0.05～0.5毫米。真空镀膜的方法有：真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空磁控溅射镀膜等。

当采用水电镀（塑料化学镀膜）的工艺时，金属层2的材料可以选用铝、镍、铜、铬、不锈钢或者任意几种的合金，金属层2的厚度为0.05～0.5毫米。

当采用高分子膜或粘接剂的粘合工艺时，金属层2的材料可以选用铝、镍、铜、不锈钢或者其中任意几种的合金的箔片或薄片，将该箔片或薄片成型为与壳体1内尺寸相适应的金属套盒，所述高分子膜可以是交联聚丙烯（CPP）等物质；粘接剂可以选用合成树脂或者环氧树脂。采用热压、冷压或者常温常压的方式，将预成型的金属套盒通过高分子膜和粘接剂，粘接在壳体1的内表面上。

当采用热压工艺时，金属层2的材料可以选用铝、镍、铜、不锈钢或者其中任意几种合金的箔片或薄片，将该箔片或薄片成型为与壳体1的内尺寸相适应的金属套盒，由于箔片的熔点比壳体1的熔点或者软化点高出许多，采用热压的方式，将所述预成型的金属套盒热压粘接在壳体1的内表面上。

本实用新型实施例的锂电池的塑料金属复合外壳的第一种应用形式，其应用于容量150Ah的锂电池，其运用真空镀膜的方式，在ABS塑料壳体1的内表面镀制铝质的金属层2。由于ABS塑料的比重1.09g/cm³，铝的比重是2.7g/cm³，壳体1的壁厚是3毫米，铝质的金属层2厚度是0.08毫米，该ABS和铝金属层的复合锂电池的塑料金属复合外壳的总重量是405克。相比现有技术中的150Ah矩形三元材的锂电池，由于该三元材的锂电池使用不锈钢外壳，其外形尺寸为53x143x233mm³，不锈钢外壳壁厚度为1.5mm，此不锈钢外壳的重量为1387克，所述第一种应用形式的塑料金属复合外壳比所述不锈钢外壳的重量轻了约一千克，电池壳重量减轻的同时，也节约了大量成本；这种ABS和铝金属层的复合外壳还具有高绝缘性、防高压静电和漏电、较高的安全性、生产过程中的较高合格率等方面的优势。

本实用新型实施例的锂电池的塑料金属复合外壳的第二种应用形式，其应用于容量200Ah的锂电池，其采用壳体1，利用粘结工艺将预成型的铝金属套盒通过环氧树脂粘接剂粘接在尼龙66塑料材质的壳体1的内表面，由于尼龙66塑料比重1.15g/cm³，铝金属的比重是2.7g/cm³，壳体1的壁厚是3毫米，铝金属箔片厚度是0.1毫米，该尼龙66和铝箔片复合锂电池的塑料金属复合外壳的总重量是560克。相比现有技术中的200Ah矩形磷酸铁的锂电池，由于该磷酸铁的锂电池使用不锈钢外壳，其外形尺寸为73x163x253mm³，不锈钢壳壁厚度为1.5mm，此不锈钢外壳的重量为1873克，所述第二种应用形式的塑料金属复合外壳比不锈钢外壳节轻了约1300克，重量减轻的同时，也节约了大量成本；这种尼龙66和铝箔片复合锂电池的塑料金属复合外壳还具有高绝缘性、防高压静电和漏电、较高的安全性、生产过程中的较高合格率等方面的优势。

由于金属材料的比重（密度）较大，镍、铜、不锈钢是8.9g/cm³左右，而塑料的比重（密度）较小，约为1g/cm³左右，壳体1内表面上的金属层2只有0.1毫米厚，占壳体1总体积的6%。由此估算，本实用新型实施例的锂电池的塑料金属复合外壳采用的塑料金属复合的外壳的重量只有金属外壳重量的15～30%，可以有效提升电池的重量能量密度。此外，塑料金属复合的外壳可以满足锂电池在防止水分子穿透、具有机械强度、不鼓胀、抗磨损、抗化学腐蚀、高绝缘性、防高压静电和漏电、较高的安全性、有电磁屏蔽功能、容易国产化、供货不限、生产过程中的较高合格率和低成本等等诸多技术和商务方面的要求。

以上所述是本实用新型的具体实施方式，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

1.一种锂电池的塑料金属复合外壳，其特征在于：所述锂电池的塑料金属复合外壳包括塑胶材质的壳体，所述壳体的内表面上还附有金属层。

2.如权利要求1所述的锂电池的塑料金属复合外壳，其特征在于：所述壳体包括壳身及盖和于壳身上且与壳身密封连接的盖板，壳身和盖板的内表面上均依附有金属层。

3.如权利要求1所述的锂电池的塑料金属复合外壳，其特征在于：所述壳体上设有用于设置电极的电极孔和用于设置减压阀的减压阀孔或用于注入电解质的注液孔。

4.如权利要求1所述的锂电池的塑料金属复合外壳，其特征在于：所述金属层的厚度为0.05～0.5mm。

5.如权利要求1所述的锂电池的塑料金属复合外壳，其特征在于：所述金属层是以镀膜、粘合或热压方式结合于壳体的内表面上。

6.如权利要求1至5中任一项所述的锂电池的塑料金属复合外壳，其特征在于：所述壳体的厚度为0.1～8mm。