專利名稱：帶有鍍層或涂層的塑料殼蓋和包括該殼蓋的電池或電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電池的帶有金屬鍍層或涂層的塑料殼蓋和包括所述塑料殼蓋的電池或電池組尤其是二次鋰離子電池。本發(fā)明還涉及了由具有上述特征單體鋰電池所組成的電池組。
背景技術(shù)：
自1991年，日本Sony公司發(fā)明研制出二次鋰離子電池并商品化以來，鋰離子電池發(fā)展迅速，其應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，其市場(chǎng)占有率日益提高。同時(shí)針對(duì)鋰離子電池而進(jìn)行的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化研究也越來越多。其中，已開展了通過改變鋰離子電池所用容器也就是鋰離子電池的電池殼蓋來改進(jìn)鋰離子電池的性能的研究也取得很大進(jìn)展，其殼體從鋼殼發(fā)展到鋁殼，再發(fā)展到鋁塑軟包裝。
目前鋰離子電池所用電池盒和電池蓋主要有鋁殼和鋼殼。對(duì)于用金屬材料作為容器的液態(tài)鋰離子電池來說，由于所采用的容器是金屬，其成本較高，同時(shí)由于外殼可以作為電池的一個(gè)電極，對(duì)于鋰離子電池的裝配過程來說，就要防止鋰離子電池的正負(fù)極與之發(fā)生接觸，引起電池短路，致使電池報(bào)廢，為此一般需要在電池殼內(nèi)加一個(gè)上面墊來防止電池短路，這在一定意義上占據(jù)了鋰離子電池的有效空間影響了鋰離子電池容量的進(jìn)一步提高。同時(shí)由于鋰離子電池目前所用的正極材料主要為鈷酸鋰，其在極端狀態(tài)下存在一定安全性問題。例如在外部突然短路或內(nèi)部突然短路的狀態(tài)下，會(huì)導(dǎo)致電池爆炸。目前通常使用安全閥，在電池內(nèi)部壓力達(dá)到爆炸條件之前開啟，釋放壓力，抑制或防止爆炸的產(chǎn)生，或者將其影響控制在最小范圍內(nèi)。但是目前的安全閥主要應(yīng)用在圓柱形鋰離子電池上，對(duì)于方形鋰離子電池來說，很少應(yīng)用。該壓力閥的采用在一定程度上也占用了鋰離子電池的有效空間，影響到了鋰離子電池容量的提高，同時(shí)也增加了電池的成本。
對(duì)于采用鋁塑復(fù)合膜的軟包裝或聚合物電池來說，其所用復(fù)合膜雖然具有極好的安全性。但是由于所采用的為軟態(tài)塑料，在密封和承受壓力方面具有一定的局限性，影響到了產(chǎn)成品率的提高，也影響到了用戶的使用。
基于以上背景，我們通過研究出人意料地發(fā)現(xiàn)，可以通過提供新穎的電池殼蓋來提高鋰離子電池的容量以及提高鋰離子電池的安全性，降低鋰離子電池的成本。在本發(fā)明中，使用表面帶有金屬鍍層或涂層的塑料制成的鋰離子電池殼蓋來取代傳統(tǒng)的鋰離子電池所用容器以提高鋰離子電池的容量、提高鋰離子電池的安全性能，降低鋰離子電池的成本。

發(fā)明內(nèi)容
目前，現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池所用電池殼和電池蓋存在很多缺陷，金屬外殼的使用增加了生產(chǎn)成本，同時(shí)對(duì)于裝配過程要求采取措施(例如加上面墊)，防止正負(fù)電極接觸造成短路導(dǎo)致電池報(bào)廢，同時(shí)其還會(huì)占用電池空間，影響到電池容量的進(jìn)一步提高。鋁塑復(fù)合膜的采用有利于電池空間的利用和安全性的提高，但是由于其不易密封和易發(fā)生鼓脹的特性導(dǎo)致產(chǎn)成品率低，性能不穩(wěn)定，影響到了成本的降低和用戶的使用。
本發(fā)明人研究了采用塑料制成的殼蓋對(duì)電池性能的影響，但是發(fā)現(xiàn)塑料殼蓋可造成二次鋰離子電池性能的下降。經(jīng)過不懈努力，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用至少內(nèi)表面帶有鍍層或涂層的塑料電池殼蓋，能夠提高電池的性能。在本發(fā)明中采用表面帶有鍍層或涂層的塑料電池殼蓋改善電池性能的原因可以推測(cè)如下，但是本發(fā)明并不受該原理的限制。鋰離子電池中所含的物質(zhì)例如有機(jī)電解液可能會(huì)侵蝕塑料殼蓋，影響鋰離子電池的性能。而在塑料電池殼蓋至少內(nèi)表面覆蓋一層耐蝕材料尤其是金屬，例如鋁或銅可以防止電池性能劣化。形成覆層的方法可用公知的方法例如電鍍或真空鍍或噴涂等方式來實(shí)現(xiàn)。金屬層的存在可以阻止二次鋰離子電池的性能劣化，同時(shí)也塑料電池殼蓋可以響應(yīng)較低壓力，這就相當(dāng)于整個(gè)電池外殼就是一個(gè)防爆閥，可以從根本上解決電池的安全性問題。同時(shí)由于電池殼蓋不是電極，可以取消上面墊，同時(shí)也可將正、負(fù)極極耳引出到電池殼外，提高了內(nèi)部有效空間的利用率，增大了填充量，提高了鋰離子電池的容量。
與前述現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出使用表面帶有耐蝕材料尤其是的鍍層或涂層的塑料電池殼、蓋，可以省去上面的墊，也可以將正、負(fù)極極耳引出到電池蓋外面，提高了空間利用率，增大了活性物質(zhì)的填充量，進(jìn)而提高了電池的容量；同時(shí)由于可以控制材料和壁厚來響應(yīng)較低壓力，使整個(gè)殼體相當(dāng)于一個(gè)安全閥，提高了電池的安全性，并降低了材料成本。
在本發(fā)明中，提供一種鋰離子二次電池，該鋰離子電池例如包括以下部分電極、電解質(zhì)、隔膜、容器。其中電極包括正極和負(fù)極，正極包括正極集流器和涂覆在正極集流器上的正極活性物質(zhì)；負(fù)極包括負(fù)極集流器和涂覆在負(fù)極集流器上的負(fù)極活性物質(zhì)層；隔膜可以是單純的固體絕緣層也可以是具有導(dǎo)電性能的固狀物；容器是正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)的包容體。
本發(fā)明的目的之一是提供一種二次鋰離子電池，其特征是該電池殼和電池蓋由內(nèi)表面和/或外表面帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或金屬涂層的塑料制成。本發(fā)明還提供了由具有上述特征單體鋰離子電池所組成的電池組。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種二次鋰離子電池或電池組，包括單體電池，其中，所述單體電池的電池殼和/或電池蓋由至少內(nèi)表面帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或涂層的塑料制成。在一個(gè)更具體的技術(shù)方案中，所述二次鋰離子電池或電池組的外表面也帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或金屬涂層。在另一個(gè)更具體的技術(shù)方案中，所述二次鋰離子電池或電池組包含能夠侵蝕所述塑料的物質(zhì)。在又一個(gè)更具體的技術(shù)方案中，所述塑料選自各種熱塑性塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龍、聚苯乙烯。在再一個(gè)更具體的技術(shù)方案中，所述鍍層或涂層為連續(xù)的致密層。在另一個(gè)更具體的技術(shù)方案中，所述鍍層或涂層包括鋁、銅、鎳或其合金。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用于二次鋰離子電池或電池組的電池殼和/或電池蓋，其中，所述電池殼和/或電池蓋由內(nèi)表面帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或涂層的塑料制成。在一個(gè)更具體的技術(shù)方案中，所述電池殼和電池蓋的外表面也帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或涂層。在另一個(gè)更具體的技術(shù)方案中，所述塑料選自各種熱塑性塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龍、聚苯乙烯。在又一個(gè)更具體的技術(shù)方案中，所述鍍層或涂層為連續(xù)的致密層，并優(yōu)選包括鋁、銅、鎳或其合金。
實(shí)施本發(fā)明具體方式在本發(fā)明中，“鋰離子電池或電池組”是指本發(fā)明既可應(yīng)用于鋰離子單體電池，也可應(yīng)用于包括保護(hù)電路的單體鋰離子電池，也可應(yīng)用于包括多個(gè)單體鋰離子電池的電池組，也可應(yīng)用于包括多個(gè)單體鋰離子電池及保護(hù)電路的電池組，為了簡(jiǎn)便起見，有時(shí)也統(tǒng)稱為“鋰離子電池”。
以下以非限制方式更具體地介紹適用于本發(fā)明方法的二次鋰離子電池。二次鋰離子電池的一般結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極、非水電解質(zhì)和將正極與負(fù)極相互隔開的隔膜。非水電解質(zhì)通過將含鋰的金屬鋰鹽例如LiPF6作為電解質(zhì)溶解在例如碳酸亞乙酯或碳酸二甲酯的非水溶劑中而得到。隔膜在上述非水溶劑中不溶解，并且是由例如聚乙烯或聚丙烯樹脂制成的多孔膜。也可以是由非水電解質(zhì)溶液增塑聚合材料得到的含有凝膠電解質(zhì)類型的固體電解質(zhì)。
正極正極制備可例如采用通過將正極活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑在適當(dāng)溶劑中混合均勻而制成的漿料涂布在集流體例如鋁箔上，接著干燥并壓制成極片。
本發(fā)明中電池正極活性物質(zhì)為含鋰元素的化合物。雖然在實(shí)施例中本發(fā)明使用了鈷酸鋰(即鋰鈷復(fù)合氧化物)作為正極活性材料進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施并不依賴于所述含鋰復(fù)合氧化物的特性，而可以廣泛地適用于各種正極活性材料。同樣本發(fā)明也適用于以各種摻雜型的含鋰元素作為正極活性物質(zhì)的鋰離子電池，如包括各種氧化物和硫化物的正極活性材料，其實(shí)例包括例如，鋰鈷復(fù)合氧化物、鋰錳復(fù)合氧化物、鋰鎳復(fù)合氧化物、鋰鎳鈷復(fù)合氧化物、鋰錳鈷復(fù)合氧化物、和釩氧化物。在這些正極活性材料中，優(yōu)選使用具有高電池電壓的鋰鈷復(fù)合氧化物(例如LiCoO2)、鋰錳復(fù)合氧化物(例如LiMn2O4)、鋰鎳復(fù)合氧化物(例如LiNiO2)、鋰鎳鈷復(fù)合氧化物(例如LiNi1-xCoxO2)、鋰錳鈷復(fù)合氧化物(例如LiMnxCo1-xO2)、鋰鎳錳鈷復(fù)合氧化物(例LiNixMnyCo1-x-yO2)。
此外，本發(fā)明可使用公知的導(dǎo)電劑和粘合劑。正極活性材料中各組分的混合比例可使用公知的比例范圍。
隔膜本發(fā)明所用的隔膜可以是公知的隔膜，例如可以是由合成樹脂的無紡布、聚乙烯多孔膜或聚丙烯多孔膜以及由此類材料復(fù)合而成的材料制成的類型。
負(fù)極負(fù)極制備可例如采用通過將負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑在適當(dāng)溶劑中混合攪拌而制成的漿料涂布在集流體例如銅箔上，接著干燥并壓制成極片。
本發(fā)明中電池負(fù)極活性物質(zhì)為鋰離子能在其中嵌入和脫出的碳系和非碳系的物質(zhì)，包括，例如，鋰合金(例如，Li4Ti5O12)、金屬氧化物(例如非晶態(tài)錫氧化物、WO2和MoO2)、TiS2以及能嵌入和脫出鋰離子的碳系物。特別希望使用碳系物充當(dāng)負(fù)極活性材料。
本發(fā)明所用的碳系物包括，例如，石墨、無取向性石墨、焦炭、碳纖維、球形碳、樹脂燒結(jié)碳和氣相生長(zhǎng)碳，納米碳管。因?yàn)榘缟纤龅奶囟ㄌ祭w維或球形碳的負(fù)極表現(xiàn)出高充電效率，特別希望使用中間相瀝青基碳纖維或中間相瀝青基球形碳充當(dāng)碳素物。中間相瀝青基碳纖維和中間相瀝青基球形碳可采用公知的方法獲得。
非水電解質(zhì)可采用公知的類型和材料，并未特別限定，非水電解質(zhì)，例如可以使用，在非水溶劑中溶解電解質(zhì)而制成的液體非水電解質(zhì)、將聚合物、非水溶劑和溶解物復(fù)合而制成的膠體非水電解質(zhì)、聚合物固體非水電解質(zhì)等等。
電池的結(jié)構(gòu)可以是通過卷繞或疊片的方式來形成，可以制成例如柱狀、方形等形狀。
容器二次鋰離子電池的容器也就是二次鋰離子電池的電池殼、蓋采用本發(fā)明所述的由表面帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或涂層的塑料制成。所述鍍層或涂層可以僅存在于電池殼、蓋的內(nèi)表面，也可以同時(shí)存在于電池殼、蓋的內(nèi)外表面上。所述塑料優(yōu)選選自各種熱塑性塑料，其例子包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龍、聚苯乙烯等。該電池殼、蓋的制備可以采用公知的技術(shù)例如先注塑后電鍍或噴涂來制得。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述塑料電池殼、蓋優(yōu)選具有較高剛性，其厚度可以根據(jù)需要適當(dāng)確定。所述鍍層或涂層優(yōu)選為連續(xù)的致密層結(jié)構(gòu)，并且不與電池材料發(fā)生不利反應(yīng)。所述鍍層或涂層的材料可以是不與電池材料發(fā)生不利反應(yīng)的耐蝕材料，可以選自公知的此類材料，但是優(yōu)選使用金屬，包括例如鋁、銅、鎳或其合金等。作為實(shí)驗(yàn)對(duì)照例子，其所采用的容器為鋁合金制作而成。
對(duì)電池的充放電操作采用本領(lǐng)域公知的方式進(jìn)行。
實(shí)施例下面將根據(jù)具體的試驗(yàn)結(jié)果詳細(xì)敘述本發(fā)明。
單體鋰離子電池的制備本發(fā)明一個(gè)實(shí)例子中，使用的單體鋰離子電池制作過程如下采用銅箔作為負(fù)極的集流體，鋁箔作為正極的集流體，正極活性物質(zhì)用鈷酸鋰，負(fù)極活性物質(zhì)用MCMB。電池型號(hào)為方型063048。將鈷酸鋰與7％的粘合劑PVDF和5％的導(dǎo)電碳黑混合，按1∶1的比例加入N-甲基吡咯烷酮中。負(fù)極物質(zhì)可以直接與10％的粘合劑PVDF進(jìn)行混合，按1∶1的比例加入，制成漿料。將和好的正極漿料用涂敷的方法涂在正極的集流體上，負(fù)極漿料涂敷在負(fù)極集流體上，然后烘干，壓制。將壓制后的正負(fù)極片點(diǎn)上極耳，插入隔膜(隔膜為PP材料)后，在卷繞機(jī)上卷繞后裝入內(nèi)外表面帶有鋁鍍層的聚苯乙烯的電池殼體中。作為實(shí)驗(yàn)對(duì)照例子，其所采用的電池殼、蓋為鋁合金制成。將電池殼和電池蓋焊接密封在一起。在相對(duì)濕度小于1.5％的環(huán)境下進(jìn)行注液，電解液采用EC∶DEC∶DMC＝1∶1∶1的混合溶劑，電解質(zhì)為1M六氟磷酸鋰，注液后立即封口。
實(shí)施例1按上述方法制成063048方型的多個(gè)鋰離子電池，電池殼蓋材料為鋁合金(壁厚0.3毫米)。電池容量的算術(shù)平均結(jié)果顯示電池0.2C5A容量為865毫安時(shí)。隨機(jī)抽取其中10只電池作儲(chǔ)存試驗(yàn)，35度儲(chǔ)存60天，未見電解液滲出。隨機(jī)抽取其中10只電池進(jìn)行安全性試驗(yàn)，采用3C5A電流充電至10V，電池燃燒爆炸。
實(shí)施例2按上述方法制成063048方型的多個(gè)鋰離子電池，電池殼蓋材料為內(nèi)外壁帶有鋁層的聚苯乙烯(壁厚0.3毫米)。電池容量的算術(shù)平均結(jié)果顯示電池0.2C5A容量為908毫安時(shí)。隨機(jī)抽取其中10只電池作儲(chǔ)存試驗(yàn)，35度儲(chǔ)存60天，未見電解液滲出。隨機(jī)抽取其中10只電池進(jìn)行安全性試驗(yàn)，采用3C5A電流充電至10V，電池殼蓋裂開，未爆炸燃燒。
實(shí)施例3按上述方法制成063048方型的多個(gè)鋰離子電池，電池殼蓋材料為內(nèi)壁鍍了一層鋁的聚苯乙烯(壁厚0.3毫米)。電池容量的算術(shù)平均結(jié)果顯示電池0.2C5A容量為901毫安時(shí)。隨機(jī)抽取其中10只電池作儲(chǔ)存試驗(yàn)，35度儲(chǔ)存60天，未見電解液滲出。隨機(jī)抽取其中10只電池進(jìn)行安全性試驗(yàn)，采用3C5A電流充電至10V，電池殼蓋裂開，未爆炸燃燒。
實(shí)施例4按上述方法制成063048方型的多個(gè)鋰離子電池，電池殼蓋材料為聚丙烯塑料(壁厚0.3毫米)。電池容量的算術(shù)平均結(jié)果顯示電池0.2C5A容量為897毫安時(shí)。隨機(jī)抽取其中10只電池作儲(chǔ)存試驗(yàn)，35度儲(chǔ)存60天，10只電池都有電解液滲出。隨機(jī)抽取其中10只電池進(jìn)行安全性試驗(yàn)，采用3C5A電流充電至10V，電池殼蓋裂開，未爆炸燃燒。
上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，將二次鋰離子電池的電池殼蓋由鋁殼換成內(nèi)外壁表面鍍了一層鋁的聚苯乙烯塑料殼體后，其容量約提高了5％。同時(shí)，由于該塑料的物理特性，使整個(gè)塑料殼體相當(dāng)于一個(gè)安全閥，因此在過充或短路狀態(tài)下，該電池塑料殼體從防爆痕裂開相當(dāng)于防爆閥開啟，釋放電池殼體里面的氣體，降低壓力，阻止了爆炸的產(chǎn)生。
可以看出，使用內(nèi)外表面帶有金屬鍍層或金屬涂層的塑料制成的電池殼蓋的鋰離子電池，可以達(dá)到提高容量、提高安全性、降低生產(chǎn)成本的目的。
權(quán)利要求
1.一種二次鋰離子電池或電池組，包括單體電池，其特征在于所述單體電池的電池殼和/或電池蓋由至少內(nèi)表面帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或涂層的塑料制成。
2.按照權(quán)利要求1的二次鋰離子電池或電池組，其特征在于電池殼和電池蓋的外表面也帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或金屬涂層。
3.按照權(quán)利要求1的二次鋰離子電池或電池組，其特征在于所述電池或電池組包含能夠侵蝕所述塑料的物質(zhì)。
4.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的二次鋰離子電池或電池組，其特征在于所述塑料選自各種熱塑性塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龍、聚苯乙烯。
5.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的二次鋰離子電池或電池組，其特征在于所述鍍層或涂層為連續(xù)的致密層。
6.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的二次鋰離子電池或電池組，其特征在于所述鍍層或涂層包括鋁、銅、鎳或其合金。
7.一種用于二次鋰離子電池或電池組的電池殼和/或電池蓋，其特征在于，所述電池殼和/或電池蓋由內(nèi)表面帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或涂層的塑料制成。
8.按照權(quán)利要求7的電池殼和/或電池蓋，其特征在于電池殼和電池蓋的外表面也帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或涂層。
9.按照權(quán)利要求7或8的電池殼和/或電池蓋，其特征在于所述塑料選自各種熱塑性塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龍、聚苯乙烯。
10.按照權(quán)利要求7或8的電池殼和/或電池蓋，其特征在于所述鍍層或涂層為連續(xù)的致密層，并優(yōu)選包括鋁、銅、鎳或其合金。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種二次鋰離子電池或電池組，其特征是該電池殼和電池蓋由至少內(nèi)表面帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或涂層的塑料制成。通過采用內(nèi)外表面帶有金屬鍍層或涂層的塑料電池殼和電池蓋可以提高二次鋰離子電池的容量、提高二次鋰離子電池的安全性，降低二次鋰離子電池的生產(chǎn)成本。此外，本發(fā)明還提供用于二次鋰離子電池或電池組的電池殼和/或電池蓋，所述電池殼和/或電池蓋由內(nèi)表面帶有耐蝕材料尤其是金屬的鍍層或涂層的塑料制成。
文檔編號(hào)H01M10/40GK1901248SQ200610101938
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者任曉平, 孫杰 申請(qǐng)人:任曉平, 孫杰