CN211654868U - 一种铝塑膜及包含其的聚合物锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种铝塑膜及包含其的聚合物锂离子电池，所述铝塑膜包括依次层叠的外保护层、铝箔层和内热封层；所述铝塑膜的一侧设有用于包覆电芯的封装区(1)，另一侧设有气袋区(2)，所述封装区(1)与气袋区(2)之间设有二封区(3)，所述铝塑膜的外周设有密封区(4)；所述气袋区(2)的内热封层上设置有吸附层。所述吸附层能够通过物理或化学吸附作用吸附化成产气，通过减小气体的表观体积使气袋区的面积减小，提高铝塑膜的使用率。所述铝塑膜用于聚合物锂离子电池中，能够使气袋区的使用面积在现有技术的基础上减小60％左右，减少了材料的浪费，极大地提高了铝塑膜的利用率。
Description
技术领域
本实用新型属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种铝塑膜及包含其的聚合物锂离子电池。
背景技术
软包装聚合物锂离子电池是在上世纪90年代末发展起来的新型锂离子电池，是一种高科技环保节能电池，具有容量大、能量密度高、体积小、寿命长、安全性相对好、自放电少等诸多的优点，因此受到了广泛的关注和研究，并作为新一代绿色环保电池迅速占领了较大的电源市场份额。随着聚合物锂离子电池的不断发展，其用途也越来越广泛，已经在笔记本、数码相机、蓝牙耳机、移动式的通讯设备和便携式电子设备中得到了应用。
软包装聚合物锂离子电池的封装材料是铝塑膜，这种铝塑膜的内层通常为聚丙烯胶层，电池的外包装密封就是通过两层铝塑膜胶面对胶面贴合，并使用平面度很好的两个金属封头将两层膜挤紧，通过加热使胶层融化后紧密粘结，实现密封口状态。铝塑膜通常由外层保护层、中间铝箔层和内层热封层组成，层与层之间通过胶粘剂进行粘结压合；基于聚合物锂离子电池的加工需求以及电芯材料的性能特点，一般要求铝塑膜具有良好的耐穿刺性能和冷冲压成型性，并且热封层具有一定的强度、耐高温、耐腐蚀以及严密热封的性能。例如CN109192887A公开了一种铝塑膜及其制作方法，所述制作方法包括：提供PET/PA共挤流延膜、铝箔层、热封层/芯层/复合层共挤流延聚丙烯膜、外层粘结剂和内层粘结剂；通过钝化液对所述铝箔层的表面进行钝化处理，通过外层粘结剂将PET/PA共挤流延膜复合至铝箔层的外表面，通过内层粘结剂将热封层/芯层/复合层共挤流延聚丙烯膜复合至铝箔层的内表面，从而得到一种耐冲击强度和耐腐蚀性良好的铝塑膜。
在软包装聚合物锂离子电池的制造生产中，聚合物锂离子电池在化成过程中，电解液与极片发生副反应会产生气体。为了确保电芯正常生产，电芯封装时会预留一部分铝塑膜作为气袋，用于储存化成产生的气体，此部分铝塑膜被称为电芯气袋，并在气袋远端边缘进行密封封口；电芯在排气工序中，设备会刺破气袋，将化成气体抽出，然后给电芯二封，最后将气袋裁掉。CN203300708U公开了一种软包装聚合物锂离子电池，所述软包装聚合物锂离子电池包括含有正、负极的电池芯和用于包装所述电池芯的铝塑膜，所述铝塑膜的一侧设有用于包裹所述电池芯的电池盒主体，另一侧为气袋；气袋左侧与电池盒主体右侧连通，气袋右侧为开口，电池盒主体左侧设有左封边，顶部与气袋的顶部设有顶封边，电池盒主体的底部与气袋的底部设有底封边。所述气袋顶部设有封印，该封印设置在电池盒主体的顶部与气袋的顶部的连接处，封印处两片铝塑膜相互贴合成一体。封印的设置降低了封装后电池盒主体侧边的铝塑膜出现烂边、破损和尼龙层脱层的不良品比率，提高了制作电池产品的安全性能和成品合格率。
由此可见，为了给化成产气提供一定的缓冲空间，现有技术中使用过量的铝塑膜作为气袋进行封装，二封时再裁掉，这样会导致气袋的浪费较多，铝塑膜的利用率降低，聚合物锂离子电池的加工成本提高。传统的优化铝塑膜利用率的方法是增加气袋大小和坑深、或对不同体系的产气量进行预估后设计合适尺寸的气袋区，但上述方法都是改变铝塑膜的外观形状等基于物理或机械层面上进行的优化，只适用于特定的电池体系，不具有普适性，也不能从根本上解决气袋浪费、铝塑膜利用低的问题。
因此，开发一种能够避免气袋浪费、提高铝塑膜利用率的普适性的软包装聚合物锂离子电池封装材料，是本领域的研究重点。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种铝塑膜及包含其的聚合物锂离子电池，所述铝塑膜的气袋区内热封层上设置有吸附层，能够吸收化成过程中产生的气体，减小气袋区的面积，从而显著提高了铝塑膜的利用率。
为达到此实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：
第一方面，本实用新型提供一种铝塑膜，所述铝塑膜包括依次层叠的外保护层、铝箔层和内热封层。
所述铝塑膜的一侧设有用于包覆电芯的封装区1，另一侧设有气袋区2，所述封装区1与气袋区2之间设有二封区3，所述铝塑膜的外周设有密封区4。
所述气袋区2的内热封层上设置有吸附层。
所述铝塑膜中，依次层叠的外保护层、铝箔层和内热封层之间通过胶粘剂粘结。
本实用新型提供的铝塑膜的俯视图如图1所示。其中，1为用于包覆电芯的封装区；2为气袋区，用于储存化成产生的气体；3为二封区，电芯在排气工序中，设备会刺破气袋，将化成气体抽出，然后在所述二封区对电芯进行二封，最后将气袋区裁掉；4为铝塑膜外周的密封区，用于包覆电芯后的密封封口；5为对折线，所述铝塑膜以对折线为轴呈轴对称的结构，所述铝塑膜在封装电芯时沿所述对折线对折、将电芯置于封装区，然后将外周的密封区进行封口。
由于在铝塑膜的使用过程中，气袋区后期会被裁掉，为了减小被裁掉的区域面积，提高铝塑膜的整体利用率，本实用新型创造性地在气袋区的内热封层上设置吸附层，所述吸附层能够通过物理或化学吸附作用吸附一部分化成产气，缩短化成产气的分子间距离，通过减小气体的表观体积使气袋区的面积减小，从而显著提高了铝塑膜的利用率。
在本实用新型中，所述吸附层包括复合活性炭层、沸石分子筛层、活性氧化铝层、高分子树脂基固态胺层、复合活性炭与沸石分子筛复合层、高分子树脂基固态胺与沸石分子筛复合层或高分子树脂基固态胺、复合活性炭与沸石分子筛三元复合层。
不同的电池体系有固定的产气系数k(单位mL/Ah)，若设计的电池容量为a(单位mAh)，则该电池的化成产气量为a·k(单位mL)。在化成过程中产生的气体主要有C2H4(46.4％)、CO2(27.7％)、C2H6(8.5％)以及CH4(8.46％)等。
本实用新型中，所述高分子树脂基固态胺层对CO2的吸附量可以达到10～50mg/g。
所述复合活性炭层可以为π络合吸附型复合活性炭层，示例性地包括但不限于Cu(I)基复合活性炭层和/或Ag(I)基复合活性炭层等。所述π络合吸附型复合活性炭层能够有效吸附化成产气中的C2H4和CO等成分。
优选地，所述吸附层的厚度为5～50μm，例如6μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、22μm、25μm、27μm、30μm、32μm、35μm、38μm、40μm、42μm、45μm、47μm或49μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本实用新型不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
在本实用新型中，所述气袋区2的长度与封装区1的长度相等，所述气袋区2的宽度为15～60mm，例如16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、33mm、35mm、38mm、40mm、42mm、45mm、48mm、50mm、52mm、55mm、57mm或59mm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本实用新型不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
在本实用新型中，所述吸附层与气袋区2的内热封层之间通过胶粘剂粘结，所述胶粘剂示例性地包括但不限于双面胶。
在本实用新型中，所述外保护层为尼龙/PET复合层。
在本实用新型中，所述外保护层的厚度为12～25μm，例如13μm、15μm、17μm、19μm、20μm、22μm或24μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本实用新型不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
在本实用新型中，所述铝箔层的厚度为25～40μm，例如26μm、28μm、30μm、32μm、34μm、36μm、38μm或39μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本实用新型不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
在本实用新型中，所述内热封层为PP/PE复合层。
在本实用新型中，所述内热封层的厚度为25～80μm，例如26μm、28μm、30μm、32μm、35μm、38μm、40μm、42μm、45μm、47μm、50μm、52μm、55μm、58μm、60μm、62μm、65μm、67μm、70μm、72μm、75μm、77μm或79μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本实用新型不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本实用新型提供的铝塑膜的制备方法包括如下步骤：
(1)将吸附层材料均匀涂覆于双面胶的一侧，得到吸附层；其中，所述吸附层材料可选自复合活性炭、沸石分子筛、活性氧化铝或高分子树脂基固态胺吸附剂中的任意一种或至少两种的组合，所述组合示例性地包括但不限于：沸石分子筛与高分子树脂基固态胺吸附剂的组合或沸石分子筛与复合活性炭的组合等；所述双面胶的平面尺寸与气袋区2的平面尺寸相同；
(2)将步骤(1)得到的吸附层通过双面胶的另一侧与铝塑膜基材气袋区2的内热封层进行粘结，得到所述铝塑膜。
所述铝塑膜基材即不包括吸附层的普通铝塑膜，可通过市场途径购买获得。
在现有技术中，量产625885-5000mAh的软包电芯在封装时使用的铝塑膜总宽度为120mm，除去封装区、二封区以及密封区的宽度之后，剩下部分即为气袋区，宽度为51mm；使用本实用新型所述的设置有吸附层的铝塑膜，可以将气袋区的宽度缩小为20mm，使铝塑膜气袋区的使用面积在现有技术的基础上减小60％左右，减少了材料的浪费，显著提升了铝塑膜的利用率。
另一方面，本实用新型提供一种聚合物锂离子电池，所述聚合物锂离子电池包括如上所述的铝塑膜。
相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的铝塑膜包括依次层叠的外保护层、铝箔层和内热封层，可根据功能划分为用于包覆电芯的封装区、储存化成气体的气袋区、二封区以及密封区，气袋区的内热封层上设置有吸附层，所述吸附层能够通过物理或化学吸附作用吸附一部分化成产气，通过减小气体的表观体积使气袋区的面积减小，从而提高铝塑膜的利用率。所述铝塑膜用于聚合物锂离子电池中，能够使气袋区的使用面积在现有技术的基础上减小60％左右，减少了材料的浪费，极大地提高了铝塑膜的利用率。
附图说明
图1为本实用新型提供的铝塑膜的俯视图，其中，1为用于包覆电芯的封装区，2为气袋区，3为二封区，4为密封区，5为对折线；
图2为本实用新型提供的铝塑膜的气袋区的剖面图，其中，2-1为外保护层，2-2为铝箔层，2-3为内热封层，2-4为吸附层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。
实施例1
一种铝塑膜，包括依次层叠的外保护层(尼龙/PET复合层)、铝箔层和内热封层(PP/PE复合层)；其结构的俯视图如图1所示，一侧设有用于包覆电芯的封装区1，另一侧设有气袋区2，所述封装区1与气袋区2之间设有二封区3，所述铝塑膜的外周设有密封区4；所述气袋区的内热封层上设置有吸附层，气袋区的剖面图如图2所示。
制备方法如下：
(1)将Cu(I)基复合活性炭和沸石分子筛以质量比1:1混合均匀，取10g上述混合物均匀涂覆于双面胶的一侧，得到厚度为16μm吸附层；所述双面胶的宽度为20mm，长度与气袋区的长度一致，为168mm；
(2)将步骤(1)得到的吸附层通过双面胶的另一侧与铝塑膜基材(型号为625885)气袋区的内热封层进行粘结，得到所述铝塑膜，所述铝塑膜已冲坑。
所述铝塑膜用于聚合物锂离子电池的半成品电芯的制备，方法如下：
以三元正极材料为正极、石墨为负极，型号为625885，容量为5000mAh的软包电芯，化成产气系数为k＝1.98mL/Ah，化成产气量为9.9mL；将卷绕制得的裸电芯放入已冲坑的所述铝塑膜中，经真空烘烤、注液、化成等工序，制得的半成品电芯，使用排水法(将封装完成后的电芯放置入有水且能读取体积的容器中，通过体积的变化值得到电芯体积)测得其化成前后体积差。
实施例2
一种铝塑膜，其制备方法与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中涂覆于双面胶一侧的混合物的质量为20g，吸附层厚度为30μm。
所述铝塑膜用于聚合物锂离子电池的半成品电芯的制备，具体方法与实施例1相同，得到半成品电芯，使用排水法测得其化成前后体积差。
实施例3
一种铝塑膜，包括依次层叠的外保护层、铝箔层和内热封层；其结构的俯视图如图1所示，一侧设有用于包覆电芯的封装区1，另一侧设有气袋区2，所述封装区1与气袋区2之间设有二封区3，所述铝塑膜的外周设有密封区4；所述气袋区的内热封层上设置有吸附层，气袋区的剖面图如图2所示。
制备方法如下：
(1)将高分子树脂基固态胺(广州市晨丰化工有限公司，固态六亚甲基二胺)、Cu(I)基复合活性炭和沸石分子筛以质量比3:3:4混合均匀，取20g上述混合物均匀涂覆于双面胶的一侧，得到厚度为35μm吸附层；所述双面胶的宽度为20mm，长度与气袋区的长度一致，为168mm；
(2)将步骤(1)得到的吸附层通过双面胶的另一侧与铝塑膜基材(型号为625885)气袋区的内热封层进行粘结，得到所述铝塑膜，所述铝塑膜已冲坑。
所述铝塑膜用于聚合物锂离子电池的半成品电芯的制备，方法如下：
以三元正极材料为正极、石墨为负极，型号为625885，容量为5000mAh的软包电芯，化成产气系数为k＝1.98mL/Ah，化成产气量为9.9mL；将卷绕制得的裸电芯放入已冲坑的所述铝塑膜中，经真空烘烤、注液、化成等工序，制得的半成品电芯，使用排水法测得其化成前后体积差。
对比例1
一种铝塑膜，其与实施例1提供的铝塑膜的区别仅在于，不含有吸附层。
所述铝塑膜用于聚合物锂离子电池的半成品电芯的制备，具体方法与实施例1相同，得到半成品电芯，使用排水法测得其化成前后体积差。
性能测试：
通过排水法(将封装完成后的电芯放置入有水且能读取体积的容器中，通过体积的变化值得到电芯体积)测试实施例1～3、对比例1中的半成品电芯在化成前后的体积差，测试结果如表1所示。
表1
根据表1的数据可知，与不含吸附层的铝塑膜(对比例1)相比，本实用新型实施例1～3提供的铝塑膜中，吸附层对吸附化成产气有显著的效果，化成前后体积差明显减小，对铝塑膜成型的设计具有指导意义。
本实用新型所述的铝塑膜制备方法简单易行，将吸附层原料均匀涂覆于双面胶一侧后将其粘结在气袋区的内热封层上即可制备得到，工艺步骤简单，适宜于大规模的工业化推广。
在现有技术中，量产625885-5000mAh的软包电芯在封装时使用的铝塑膜总宽度为120mm，除去冲坑宽度(即封装区宽度)与两侧边宽(即外周的密封区宽度)之后，剩下部分即为气袋区，宽度为51mm；使用本实用新型所述的设置有吸附层的铝塑膜，可以将气袋区的宽度缩小为20mm，使铝塑膜气袋区的使用面积减小60％左右，减少了材料的浪费，提高了铝塑膜的利用率。
本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的一种铝塑膜及包含其的聚合物锂离子电池，但本实用新型并不局限于上述实施例，即不意味着本实用新型必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种铝塑膜，其特征在于，所述铝塑膜包括依次层叠的外保护层、铝箔层和内热封层；
所述铝塑膜的一侧设有用于包覆电芯的封装区(1)，另一侧设有气袋区(2)，所述封装区(1)与气袋区(2)之间设有二封区(3)，所述铝塑膜的外周设有密封区(4)；
所述气袋区(2)的内热封层上设置有吸附层。
2.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于，所述吸附层包括复合活性炭层、沸石分子筛层、活性氧化铝层、高分子树脂基固态胺层、复合活性炭与沸石分子筛复合层、高分子树脂基固态胺与沸石分子筛复合层或高分子树脂基固态胺、复合活性炭与沸石分子筛三元复合层；
优选地，所述吸附层的厚度为5～50μm。
3.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于，所述气袋区(2)的长度与封装区(1)的长度相等，所述气袋区(2)的宽度为15～60mm。
4.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于，所述吸附层与气袋区(2)的内热封层之间通过胶粘剂粘结。
5.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于，所述外保护层为尼龙/PET复合层。
6.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于，所述外保护层的厚度为12～25μm。
7.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于，所述铝箔层的厚度为25～40μm。
8.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于，所述内热封层为PP/PE复合层。
9.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于，所述内热封层的厚度为25～80μm。
10.一种聚合物锂离子电池，其特征在于，所述聚合物锂离子电池包括如权利要求1～9任一项所述的铝塑膜。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113054236A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-06-29 | 江苏双登富朗特新能源有限公司 | 一种耐高温锂离子电池 |
| CN113707945A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-26 | 曙鹏科技（深圳）有限公司 | 一种锂离子电池制备方法 |
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