TWM493760U

TWM493760U - 電池殼層結構

Info

Publication number: TWM493760U
Application number: TW103215897U
Authority: TW
Inventors: Chih-Ming Lin; Charng-Shing Lu; Kuan-Yi Ho; Chien-Hui Lee
Original assignee: Asia Electronic Material Co
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2015-01-11

Description

電池殼層結構

本創作係有關一種電池殼層結構，尤係關於一種提升電池安全性的電池殼層結構。

鋰離子二次電池被廣泛地作為筆記型電腦、手機、數位相機及電動汽車的電源，通常用於收容電池的電池外殼是金屬製的外殼。但隨著上述電子裝置的發達與普及，其輕量化，薄型化也隨之受到重視，同時所使用的電池亦儘可能減輕其重量，以及縮小電池的佔用空間，而來追求輕量化及薄型化。

為了達成上述要求，現有的技術是將聚醯胺薄膜包覆住鋁箔層以構成電池殼層結構。但使用此電池殼層之鋰離子二次電池，在電池溫度因使用後急遽升高或過熱時，電池即有爆炸的危險。故生產電池的廠商除了就鋰離子二次電池本身進行安全性改良外，提供電池殼層之業者亦戮力於開發可提升安全性的電池殼層結構。

因此，仍需要一種提升安全性的電池殼層結構。

本創作提供了一種電池殼層結構，係用以提升鋰離子二次電池之安全性。

本創作提供一種電池殼層結構，係包括：包括聚合物及自由基捕捉劑之自由基捕捉層；以及依序形成於該自由基捕捉層上之第一接著劑層、阻氣層、第二接著劑層及外保護層，俾使該阻氣層位於該第一接著劑層與第二接著劑層之間，使該第二接著劑層位於該阻氣層與外保護層之間。

於一具體實施例中，該自由基捕捉劑為具有供游離之氫之化合物。於前述實施例中，該自由基捕捉劑為具有羥基之芳香環結構化合物，且該化合物具有供游離之氫，俾供與自由基結合，使該化合物轉變為共振混合體或共振化合物。於較佳實施例中，該自由基捕捉劑係選自酚、N,N’-二(2-萘基)對二苯胺、4,4’-硫代雙(6-特丁基間甲酚)、三(丁基甲酚基)丁烷、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,6-二叔丁基對甲酚及巴比妥酸(Barbituric Acid)所組成群組的至少一者。

於一具體實施例中，該電池殼層結構復包括至少一層聚合物層，係形成於該自由基捕捉層與第一接著劑層之間。

於一具體實施例中，該電池殼層結構係包括二層聚合物層，且各該聚合物層之材質獨立選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚戊烯。

通常，該自由基捕捉層之厚度為30至100微米。在具有聚合物層之實施例中，該聚合物層與自由基捕捉層之總厚度為30至100微米。

此外，該阻氣層係為金屬，且該阻氣層之厚度為30 至50微米。而該外保護層之厚度為10至50微米。

本創作之電池殼層結構係藉由在與鋰離子二次電池之正負極片貼附側上使用自由基捕捉層(即，將自由基捕捉劑(free radical scavenger)添加在聚合物層內部)，而非以一般聚合物層作為接觸的封裝層。因此，由此電池殼層結構製得之鋰離子軟包電池，當遇到鋰離子電池因不當使用或出現異常使電池溫度急遽升高或過熱時，藉由本創作電池殼層結構的自由基捕捉層於溫度高於120℃時會產生熔融狀而釋放出自由基捕捉劑之特性，得以在產生危險爆炸之前，以自由基捕捉劑迅速捕捉正極材料因高溫釋出的氧及阻斷燃燒反應，據以達到提升鋰離子二次電池的安全性之目的。

10‧‧‧自由基捕捉層

11、12‧‧‧聚合物層

13‧‧‧第一接著劑層

14‧‧‧阻氣層

15‧‧‧第二接著劑層

16‧‧‧外保護層

第1圖係為本創作之電池殼層結構之第一實施例的剖面示意圖；第2圖係為本創作之電池殼層結構之第二實施例的剖面示意圖；以及第3圖係為本創作之電池殼層結構之第三實施例的剖面示意圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本創作之其他優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本創作可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本創作所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本創作所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「一」、「二」及「上」亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本創作可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本創作可實施之範疇。

第一實施例

如第1圖所示，係為本創作之電池殼層結構之第一實施例的剖面示意圖，而該電池殼層結構係包括自由基捕捉層10、第一接著劑層13、阻氣層14、第二接著劑層15及外保護層16。

該自由基捕捉層10係包括聚合物及自由基捕捉劑。該聚合物通常係聚烯烴，俾利用其撓性及包覆性作為接觸的封裝層。舉例而言，該聚烯烴係聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚戊烯。

另一方面，可用於本創作之自由基捕捉劑係為具有供游離之氫之化合物，其中，係以具有羥基之具芳香環主結構之化合物為佳，且該化合物具有可游離之氫，俾供與自由基結合，使該化合物轉變為共振混合體或共振化合物，而是種具有氫提供者之實例包括酚、N,N’-二(2-萘基)對二苯胺、4,4’-硫代雙(6-特丁基間甲酚)、三(丁基甲酚基)丁烷、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,6-二叔丁基對甲酚及巴比妥酸(Barbituric Acid)等，其可選自所組成群組的至少一者。

較佳地，以該聚合物之100重量份計，該自由基捕捉劑之含量為0.5至10重量份。自由基捕捉劑的添加可透過摻混的方式完成，並使用習知製膜技術製備自由基捕捉層。

通常，單純以該自由基捕捉層作為接觸的封裝層時，其厚度為30至100微米。

該第一接著劑層13與第二接著劑層15可為聚氨酯樹脂類、聚酯樹脂類、壓克力樹脂類、聚烯烴樹脂類等接著劑材料。通常，單一接著劑層之厚度為3至5微米。

所述之該阻氣層14係為金屬。較常使用者係鋁箔，此外，該阻氣層之厚度為30至50微米，俾具有較佳的阻氣防滲的功效。

該外保護層16係可為例如尼龍之聚醯胺薄膜或聚酯薄膜(如聚碳酸酯薄膜)或是聚醯亞胺薄膜，其厚度為10至50微米。

第二及三實施例

如第2及3圖所示，係為本創作之電池殼層結構之第二及三實施例的剖面示意圖。

第2圖所示之第二實施例與第一實施例的差異在於該電池殼層結構復包括一層聚合物層11，係形成於該自由基捕捉層10與第一接著劑層13之間。

第3圖所示之第二實施例與第一實施例的差異在於該電池殼層結構復包括二層聚合物層11,12，係形成於該自由基捕捉層10與第一接著劑層13之間。

前述各該聚合物層之材質係獨立選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚戊烯。此外，在具有聚合物層之實施例中，該聚合物層與自由基捕捉層之總厚度為30至100微米。

實施例本創作電池殼層結構之製備

該電池殼層結構係包括使用40μm厚之聚丙稀薄膜作為聚合物層11，形成3μm厚之(聚氨酯樹脂，亞洲電材公司，型號AEM-A1)作為第一接著劑層13，使用40μm厚之鋁箔作為阻氣層14，再形成4μm厚之(聚氨酯樹脂，亞洲電材公司，型號AEM-A2)作為第二接著劑層15及使用25μm厚之尼龍薄膜作為外保護層16。

測試例

將依據前述實施例所製得之電池殼層結構與鋁利用沖殼機沖殼成形，構成長5.0cm、寬3.7cm、厚0.5cm的外殼，並依503759型號規範，經鋰離子電解液填充灌液及封裝形成鋰電池。將所製備的電池以4.2V充電活化後，再以0.2C放電速率測得平均電容量為1274mAh。

將依據實施例所製備的503759型號電池進行穿刺實驗，並將熱偶溫度計鑲埋在穿刺實驗所用的釘子上，進行穿刺實驗、量測電池短路點溫度，並將結果記錄於表一。

表一

如表一所示，使用該自由基捕捉層可以提升電池安全性，並降低穿刺時的電池短路點溫度，惟若未使用該自由基捕捉層，則電池短路點溫度將大於500℃，也無法通過穿刺測試。

於本創作之電池殼層結構中，係藉由在與鋰離子二次電池之正負極片貼附側上使用自由基捕捉層(即，將自由基捕捉劑(free radical scavenger)添加在聚合物層內部)，而非以一般聚合物層作為接觸的封裝層。因此，由此電池殼層結構製得之鋰離子軟包電池，在遇到鋰離子電池因不當使用或出現異常使電池溫度急遽升高或過熱時，藉由本創作電池殼層結構的自由基捕捉層於溫度高於120℃時會產生熔融狀而釋放出自由基捕捉劑之特性，得以在產生危險爆炸之前，以自由基捕捉劑迅速捕捉正極材料因高溫釋出的氧及阻斷燃燒反應，據以提升鋰離子二次電池之安全性。

上述該等實施樣態僅例示性說明本創作之功效，而非用於限制本創作，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本創作之精神及範疇下，對上述該等實施態樣進行修飾與改變。此外，在上述該等實施態樣中之元件的數量僅為例示性說明，亦非用於限制本創作。因此本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

10‧‧‧自由基捕捉層

13‧‧‧第一接著劑層

14‧‧‧阻氣層

15‧‧‧第二接著劑層

16‧‧‧外保護層

Claims

一種電池殼層結構，係包括：自由基捕捉層，係包括聚合物及自由基捕捉劑；以及依序形成於該自由基捕捉層上之第一接著劑層、阻氣層、第二接著劑層及外保護層，俾使該阻氣層位於該第一接著劑層與第二接著劑層之間，使該第二接著劑層位於該阻氣層與外保護層之間。
如申請專利範圍第1項所述之電池殼層結構，其中，該自由基捕捉劑為具有供游離之氫之化合物。
如申請專利範圍第2項所述之電池殼層結構，其中，該自由基捕捉劑為具有羥基之芳香環結構化合物。
如申請專利範圍第3項所述之電池殼層結構，其中，該自由基捕捉劑係選自酚、N,N’-二(2-萘基)對二苯胺、4,4’-硫代雙(6-特丁基間甲酚)、三(丁基甲酚基)丁烷、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,6-二叔丁基對甲酚及巴比妥酸(Barbituric Acid)所組成群組的至少一者。
如申請專利範圍第1項所述之電池殼層結構，其中，以該聚合物之100重量份計，該自由基捕捉劑之含量為0.5至10重量份。
如申請專利範圍第1項所述之電池殼層結構，其中，該聚合物係聚烯烴。
如申請專利範圍第6項所述之電池殼層結構，其中，該聚烯烴係聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚戊烯。
如申請專利範圍第1項所述之電池殼層結構，復包括至少一層聚合物層，係形成於該自由基捕捉層與第一接著劑層之間。
如申請專利範圍第8項所述之電池殼層結構，該聚合物層係為二層，且各該聚合物層之材質獨立選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚戊烯。
如申請專利範圍第1項所述之電池殼層結構，其中，該自由基捕捉層之厚度為30至100微米。
如申請專利範圍第8項所述之電池殼層結構，其中，該聚合物層與自由基捕捉層之總厚度為30至100微米。
如申請專利範圍第1項所述之電池殼層結構，其中，該阻氣層係為金屬。
如申請專利範圍第1項所述之電池殼層結構，其中，該阻氣層係為鋁箔。
如申請專利範圍第1項所述之電池殼層結構，其中，該阻氣層之厚度為30至50微米。
如申請專利範圍第1項所述之電池殼層結構，其中，該外保護層之厚度為10至50微米。