CN211530058U - 电池极耳封装结构、电池电芯封装结构及采用其的锂电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的电池极耳、电芯封装结构及锂电池，所述电池极耳封装结构包括依序设置的极耳、密封层和不锈钢片材层，所述密封层其形成有相远离的第一表面和第二表面，所述第一表面环绕所述极耳的外轮廓紧密设置，所述不锈钢片材层形成有相远离的内表面和外表面，所述内表面环绕地形成于所述密封层的所述第二表面上、且所述外表面用于设置电池包装壳层。本申请通过采用不锈钢材料，实现了可靠性封装，能够很好的长期耐受电池的电解液/电解质腐蚀，并提供足够的粘结强度，还可以耐受电芯气体压强的增加而不会发生漏液，通过这种方式，本申请既兼顾软包结构工艺设计简单、质轻的优点，又兼顾铝壳封装长期可靠度的优点，实现性能可靠，价格低廉。

Description

电池极耳封装结构、电池电芯封装结构及采用其的锂电池
技术领域
本申请涉及电池封装技术领域，具体涉及一种电池极耳封装结构，一种电池电芯封装结构，以及应用所述电池极耳封装结构、电池电芯封装结构的锂电池。
背景技术
随着技术的快速发展，社会出行车辆逐渐实现了电动化(去汽油化)，未来能源清洁化是汽车工业的必然趋势。
为了促进电动化的发展，中国通过补贴及双积分政策鼓励电动车(EV) 发展，而挪威、英国、日本、美国等纷纷亮出电动化时间表。
其中，电动车销量非线性增长，2017年全球电动车销售突破百万台，预计2020年开始全面爆发，2025年后电动车销量占比普遍超过25％，EV电池需求将会超过200GWh出货量，市场总量超千亿美金。
作为动力电池核心动力部件，锂离子电芯是电动汽车市场化的关键一环。目前市场主流电芯包装技术都是采用软包和铝壳做为封装材料。软包电芯具有结构和封装工艺简单、重量能量密度占优以及成本低廉等优点，但软包的封装长期可靠性不足，有长期使用时的漏液风险，对于电动汽车长期可靠性使用带来风险；相比而言，铝壳封装的长期使用可靠性较高，但其结构和工艺复杂，重量能量密度较低，成本较高。
不难看出，现有技术的电池封装技术优缺点并存，已经不能满足技术发展的需求，难以跟上发展趋势。
针对现有技术的多方面不足，本申请的发明人经过深入研究，提出一种电池极耳封装结构、电池电芯封装结构及采用其的锂电池。
实用新型内容
本申请的目的在于，提供一种电池极耳封装结构、电池电芯封装结构及采用其的锂电池，能够有效地解决现有技术电池封装存在诸多缺点的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种电池极耳封装结构，作为其中一种实施方式，所述电池极耳封装结构包括依序设置的：
极耳；
密封层，其形成有相远离的第一表面和第二表面，所述第一表面环绕所述极耳的外轮廓紧密设置；
不锈钢片材层，其形成有相远离的内表面和外表面，所述内表面环绕地形成于所述密封层的所述第二表面上、且所述外表面用于设置电池包装壳层，以从内到外形成依序为所述极耳、所述密封层和所述不锈钢片材层的电池极耳封装结构。
作为其中一种实施方式，所述密封层为陶瓷材料层，所述陶瓷材料层与所述极耳之间采用真空扩散焊接或者真空钎焊的方式实现紧密连接，所述不锈钢片材层采用真空扩散焊接或者真空钎焊方式焊接于所述陶瓷材料层的第二表面上。
作为其中一种实施方式，所述密封层为工程塑料层，所述工程塑料层与所述极耳之间采用注塑工艺或者热复合工艺实现紧密连接，所述工程塑料层与所述不锈钢片材层之间采用注塑工艺或者热复合工艺实现连接。
作为其中一种实施方式，所述工程塑料层采用玻璃纤维或碳纤维增强工艺制成。
作为其中一种实施方式，所述不锈钢片材层呈圆环形设置、且其外表面弯折处呈弧形平滑过渡衔接。
作为其中一种实施方式，所述极耳呈条柱状、正多面体状，且所述不锈钢片材层形成于所述极耳的几何中位线位置或邻近区域。
作为其中一种实施方式，所述密封层与所述不锈钢片材层相对应以形成于所述极耳的几何中位线位置或邻近区域，且所述密封层的第二表面存在边缘区域外露于所述不锈钢片材层覆盖的范围之外，以通过所述边缘区域对所述不锈钢片材层的实现反压包覆。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种电池电芯封装结构，作为其中一种实施方式，所述电池电芯封装结构包括：
电芯；
以及如上所述的电池极耳封装结构，所述电芯与所述极耳之间采用超声波焊接，
电池包装壳层，所述电池包装壳层的材料包括不锈钢，所述电芯和所述电池极耳封装结构密封焊接于所述电池包装壳层内。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种锂电池，作为其中一种实施方式，其包括如上所述的电池电芯封装结构、以及形成于所述电池包装壳层内且位于正极极片、负极极片之间的隔离膜和电解液。
本申请提供的电池极耳封装结构、电池电芯封装结构及采用其的锂电池，所述电池极耳封装结构包括依序设置的极耳、密封层和不锈钢片材层，所述密封层其形成有相远离的第一表面和第二表面，所述第一表面环绕所述极耳的外轮廓紧密设置，所述不锈钢片材层形成有相远离的内表面和外表面，所述内表面环绕地形成于所述密封层的所述第二表面上、且所述外表面用于设置电池包装壳层，以从内到外形成依序为所述极耳、所述密封层和所述不锈钢片材层的电池极耳封装结构。本申请有效地解决了现有软包和铝壳包装技术的缺点，通过采用不锈钢材料，实现了可靠性封装，能够很好的长期耐受电池的电解液/电解质腐蚀，并提供足够的粘结强度，还可以耐受电芯气体压强的增加而不会发生漏液，通过这种方式，本申请既兼顾软包结构工艺设计简单、质轻的优点，又兼顾铝壳封装长期可靠度的优点，实现性能可靠，价格低廉，为用户带来最高的性价比。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本申请电池极耳封装结构一实施方式的剖面结构示意图；
图2为图1所示电池极耳封装结构的立体结构示意图；
图3为本申请电池极耳封装结构另一实施方式的剖面结构示意图；
图4为本申请电池电芯封装结构一实施方式的剖面结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本申请为达成预定申请目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对本申请详细说明如下。
通过具体实施方式的说明,当可对本申请为达成预定目的所采取的技术手段及效果得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用,并非用来对本申请加以限制。
请参阅图1和图2，图1为本申请电池极耳封装结构一实施方式的剖面结构示意图，图2为图1所示电池极耳封装结构的立体结构示意图，其中，为便于理解和明白，对其中的薄层结构作了适当的放大进行说明。
如图1所示，本实施方式所述电池极耳封装结构包括依序设置的极耳 11、密封层12和不锈钢片材层13。
在本实施方式中，所述极耳11可以采用镍或铝材料制得。
其中，本实施方式所述密封层12，其形成有相远离的第一表面和第二表面120，所述第一表面环绕所述极耳11的外轮廓紧密设置。
值得一提的是，所述第一表面和第二表面120的表面可以进行适当的加工处理，以形成磨砂或者光滑的方式，其可以根据极耳11和不锈钢片材层13的材料而设置。
需要指出的是，本实施方式所述不锈钢片材层13，其形成有相远离的内表面和外表面130，所述内表面环绕地形成于所述密封层12的所述第二表面120上、且所述外表面130用于设置电池包装壳层，以从内到外形成依序为所述极耳11、所述密封层12和所述不锈钢片材层13的电池极耳11 封装结构。
在本实施方式中，所述密封层12为陶瓷材料层，所述陶瓷材料层与所述极耳11之间采用真空扩散焊接或者真空钎焊的方式实现紧密连接，所述不锈钢片材层13采用真空扩散焊接或者真空钎焊方式焊接于所述陶瓷材料层的第二表面120上。
进一步而言，所述陶瓷材料层的材料为氧化铝、二氧化硅、氧化锆、碳化硅、氮化硅(Si3N4)、氧氮化硅铝(Si6-xAlxOxN8-x)、陶瓷基复合材料或者任意两种或以上的组合。
举例而言，所述陶瓷材料层可以在极耳11的两侧各焊接一层，所述陶瓷材料层的厚度可以为5-100微米之间，优选为5-20微米之间。
不难理解的是，所述陶瓷材料层具备耐高温、高强度、耐腐蚀性和抗氧化性能优异、电阻率高以及绝缘性能好等优点，采用所述陶瓷材料层分别与极耳11及不锈钢片材层13复合而成，极耳11在与电池外壳及其电芯组装过程中只需要采用激光焊接即可保证极耳11位置具备非常良好的密封效果和机械强度，并且在电池长期使用过程中不会出现壳体密封失效、电解液、漏液等问题。
如图2所示，本实施方式所述不锈钢片材层13呈圆环形设置、且其外表面130弯折处呈弧形平滑过渡衔接。通过这种方式，本实施方式可以避免外表面130的凸角或凸块所带来的对密封效果的影响。
需要指出的是，所述圆环形，可以是圆或者椭圆的方式，其根据极耳 11的外轮廓对应设置。
举例而言，如图2所示，所述极耳11呈条柱状、正多面体状，且所述不锈钢片材层13形成于所述极耳11的几何中位线位置或邻近区域。
比如，所述极耳11可以为圆柱型、或者正六面体、十二面体状，在此不作限定。而所述的几何中位线位置或邻近区域，指的是如图2所示的中部位置，最终形成腰带状包覆封装。
值得一提的是，本实施方式所述密封层12与所述不锈钢片材层13相对应以形成于所述极耳11的几何中位线位置或邻近区域，且所述密封层12 的第二表面120存在边缘区域外露于所述不锈钢片材层13覆盖的范围之外，以通过所述边缘区域对所述不锈钢片材层13的实现反压包覆。
本申请提供的电池极耳封装结构，有效地解决了现有软包和铝壳包装技术的缺点，通过采用不锈钢材料，实现了可靠性封装，能够很好的长期耐受电池的电解液/电解质腐蚀，并提供足够的粘结强度，还可以耐受电芯气体压强的增加而不会发生漏液，通过这种方式，本申请既兼顾软包结构工艺设计简单、质轻的优点，又兼顾铝封装长期可靠度的优点，实现性能可靠，价格低廉，为用户带来最高的性价比。
请参阅图3，图3为本申请电池极耳封装结构另一实施方式的剖面结构示意图，本实施方式所述电池极耳封装结构包括依序设置的极耳11、密封层22和不锈钢片材层13。
在本实施方式中，所述极耳11可以采用镍或铝材料制得。
在本实施方式中，所述密封层22，其形成有相远离的第一表面和第二表面220，所述第一表面环绕所述极耳11的外轮廓紧密设置。
值得一提的是，所述第一表面和第二表面220的表面可以进行适当的加工处理，以形成磨砂或者光滑的方式，其可以根据极耳11和不锈钢片材层13的材料而设置。
所述不锈钢片材层13形成有相远离的内表面和外表面130，所述内表面环绕地形成于所述密封层22的所述第二表面220上、且所述外表面130 用于设置电池包装壳层，以从内到外形成依序为所述极耳11、所述密封层 22和所述不锈钢片材层13的电池极耳11封装结构。
与前面实施方式不同的是，本实施方式所述密封层22为工程塑料层，所述工程塑料层与所述极耳11之间采用注塑工艺或者热复合工艺实现紧密连接，所述工程塑料层与所述不锈钢片材层13之间采用注塑工艺或者热复合工艺实现连接。
进一步而言，本实施方式所述工程塑料层的材料为聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK、聚酰亚胺PI、液晶聚合物LCP、聚苯醚PPO、聚酯PET塑料、聚四氟乙烯PTFE或者任意两种或以上的混合。
此外，本实施方式所述工程塑料层采用玻璃纤维或碳纤维增强工艺制成。
值得说明的是，本实施方式的工程塑料层的厚度可以为5-100微米之间，优选为5-20微米。
不难理解的是，本实施方式所述工程塑料具备优异的稳定性、良好的耐热和耐化学性以及高强度等特点，而且具有介电常数低、绝缘性能良好、阻燃等优点，而且可以在较高的温度下耐受锂离子电池的电解液，采用这些工程塑料作为锂离子电池外包装的绝缘及密封材料相比传统的热复合 CPP材料而言，在密封性能、长期可靠性、机械强度各方面均具有明显的优势。
需要说明的是，本实施方式所述不锈钢片材层13呈圆环形设置、且其外表面130弯折处呈弧形平滑过渡衔接。通过这种方式，本实施方式可以避免外表面130的凸角或凸块所带来的对密封效果的影响。
需要指出的是，所述圆环形，可以是圆或者椭圆的方式，其根据极耳 11的外轮廓对应设置。
值得一提的是，本实施方式所述极耳11呈条柱状、正多面体状，且所述不锈钢片材层13形成于所述极耳11的几何中位线位置或邻近区域。
比如，所述极耳11可以为圆柱型、或者正六面体、十二面体状，在此不作限定。而所述的几何中位线位置或邻近区域，指的是如图2所示的中部位置，最终形成腰带状包覆封装。
需要补充说明的是，所述密封层22与所述不锈钢片材层13相对应以形成于所述极耳11的几何中位线位置或邻近区域，且所述密封层22的第二表面220存在边缘区域外露于所述不锈钢片材层13覆盖的范围之外，以通过所述边缘区域对所述不锈钢片材层13的实现反压包覆。
请结合图1或图3及其对应的实施方式参阅图4，图4为本申请电池电芯封装结构一实施方式的剖面结构示意图，本申请还提供一种电池电芯封装结构，所述电池电芯封装结构包括电池包装壳层14、电芯15以及如上所述的电池极耳封装结构，此外，还可以包括隔离膜和电解液等。
首先需要说明的是，所述电芯15与所述极耳11之间可以采用超声波焊接。
其中，所述电池包装壳层14的材料包括不锈钢，所述电芯15和所述电池极耳封装结构密封焊接于所述电池包装壳层14内。
此外，本实施方式所述电池电芯封装结构还包括正极极片和负极极片。
其中，所述正极极片可以采用下述方式制得：将正极活性物质材料NMC 811、导电剂炭黑SP TIMCAL、粘结剂PVDF Arkema按照质量比96:2:2进行混合，加入容积NMP，用搅拌机搅拌成均匀稳定的正极浆料；将正极浆料均匀的涂覆在正极集流体铝箔上，烘干后经过辊压、分切、膜切得到正极极片。
其中，所述负极极片可以采用下述方式制得：将负极活性物质材料石墨、导电剂乙炔黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按照质量比96.5:0.5:1.5:1.5 混合后，加入溶剂去离子水，在搅拌机中搅拌至均匀稳定的负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上，烘干后经过辊压、分切、膜切得到负极极片。
需要说明的是，上述的质量比均可以根据实际情况和需求，进行适当的增减调整，比如各自的质量分数调整0.1-0.5左右的范围。
所述隔离膜可以采用聚乙烯多孔膜制得；而所述电解液可以采用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)并按照体积比1:1:1 进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的有机溶剂中配制而成，其配制浓度可以为1mol/L(摩尔/升)。
此外，本实施方式的电芯15可以为锂离子电池裸电芯，其制作方式包括如下：将上述正极极片、隔离膜、负极极片按照Z字型叠片的方式层叠起来，使隔离膜处于正极极片和负极极片之间而起到隔离作用，层叠完成后用隔离膜包裹一圈并使用胶纸粘贴固定得到电芯15。
具体而言，本实施方式所述电池包装壳层14可以采用下述方式制得：将0.1mm(毫米)左右厚度的不锈钢板采用多次冲压拉伸的方式形成预设尺寸的冲坑，采用双坑的结构，并且在气袋位置同时预冲两个小的气袋坑，另外在电芯15引线的部位也预冲台阶便于后续极耳11的焊接。
需要说明的是，如图1所示，在对电芯15进行封装时，可以采用如下方式：采用氧化铝压制成型制得所述陶瓷材料层，将两块氧化铝的陶瓷材料层夹住镍/铝制得的极耳11，极耳11两头延伸出来，接着采用真空扩散焊接的方式将两片陶瓷材料层和极耳11焊接在一起，最后采用真空钎焊的方法在陶瓷材料层的外表面焊接得到所述不锈钢片材层13；其中，本实施方式可以采用超声波焊接方式将极耳11的一端与电芯15的正极极片、负极极片焊接在一起，然后装入超薄金属外包装的所述电池包装壳层14内部后，采用激光焊接的方式完成包括极耳侧边的电池电芯15整体密封焊接。
或者，如图3所示，在对电芯15进行封装时，可以采用如下方式：正极的极耳11采用铝带、PEEK塑料以及不锈钢带等进行整体注塑成型制成，同理负极的极耳11采用镍带、PEEK塑料以及不锈钢带并按照相同的方法注塑成型制成；同样，采用超声波焊接方式将预制的极耳11的一端与电芯15 的正极极片、负极极片焊接在一起，装入超薄金属外包装的所述电池包装壳层14内部后，采用激光焊接的方式完成包括极耳11侧边的电池电芯15 整体密封焊接。
请继续参阅图1或图3，本申请还提供一种锂电池，其可以包括如上所述的电池电芯封装结构、以及形成于所述电池包装壳层内且位于正极极片、负极极片之间的隔离膜和电解液。
如上所述，本实施方式可以选取聚乙烯多孔膜作为隔离膜。
此外，本实施方式可以将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的溶剂中，配制成浓度为1mol/L的电解液。
综上实施方式所述，本申请不仅可以采用强度更高更耐高温的工程塑料，而且极耳结构和封装工艺与现有软包装电池的封装工艺不同，相对于传统的铝塑复合膜的封装只是采用热压复合，本申请的封装结构可以将激光焊接和热复合结合起来，焊接强度更高，可靠性更好。本申请将极耳、结构陶瓷材料层或者工程塑料层、不锈钢片材层带采用焊接或者热压复合的方式加工成类似三明治的多层结构，所述电池包装壳层14在顶侧封的时候可直接采用激光焊接工艺一次性完成，通过所述电池包装壳层14对不锈钢片材层的直接焊接，封装效率高，强度高，可靠性高。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种电池极耳封装结构，其特征在于，所述电池极耳封装结构包括依序设置的：
极耳；
密封层，其形成有相远离的第一表面和第二表面，所述第一表面环绕所述极耳的外轮廓紧密设置；
不锈钢片材层，其形成有相远离的内表面和外表面，所述内表面环绕地形成于所述密封层的所述第二表面上、且所述外表面用于设置电池包装壳层，以从内到外形成依序为所述极耳、所述密封层和所述不锈钢片材层的电池极耳封装结构。
2.根据权利要求1所述的电池极耳封装结构，其特征在于，所述密封层为陶瓷材料层，所述陶瓷材料层与所述极耳之间采用真空扩散焊接或者真空钎焊的方式实现紧密连接，所述不锈钢片材层采用真空扩散焊接或者真空钎焊方式焊接于所述陶瓷材料层的第二表面上。
3.根据权利要求1所述的电池极耳封装结构，其特征在于，所述密封层为工程塑料层，所述工程塑料层与所述极耳之间采用注塑工艺或者热复合工艺实现紧密连接，所述工程塑料层与所述不锈钢片材层之间采用注塑工艺或者热复合工艺实现连接。
4.根据权利要求3所述的电池极耳封装结构，其特征在于，所述工程塑料层采用玻璃纤维或碳纤维增强工艺制成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电池极耳封装结构，其特征在于，所述不锈钢片材层呈圆环形设置、且其外表面弯折处呈弧形平滑过渡衔接。
6.根据权利要求5所述的电池极耳封装结构，其特征在于，所述极耳呈条柱状、正多面体状，且所述不锈钢片材层形成于所述极耳的几何中位线位置或邻近区域。
7.根据权利要求6所述的电池极耳封装结构，其特征在于，所述密封层与所述不锈钢片材层相对应以形成于所述极耳的几何中位线位置或邻近区域，且所述密封层的第二表面存在边缘区域外露于所述不锈钢片材层覆盖的范围之外，以通过所述边缘区域对所述不锈钢片材层的实现反压包覆。
8.一种电池电芯封装结构，其特征在于，所述电池电芯封装结构包括：
电芯；
以及如权利要求1-7任一项所述的电池极耳封装结构，所述电芯与所述极耳之间采用超声波焊接，
电池包装壳层，所述电池包装壳层的材料包括不锈钢，所述电芯和所述电池极耳封装结构密封焊接于所述电池包装壳层内。
9.一种锂电池，其特征在于，其包括如权利要求8所述的电池电芯封装结构、以及形成于所述电池包装壳层内且位于正极极片、负极极片之间的隔离膜和电解液。
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