專利名稱：：塑料殼體鋰離子電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種新型塑料殼體鋰離子電池及其制備方法，屬于鋰離子電池
技術(shù)領(lǐng)域：
。技術(shù)背景由于鋰離子電池能量密度高、壽命長(zhǎng)、體積小、無(wú)污染，廣泛用于電動(dòng)車輛、航天航空、通訊設(shè)備以及各類便攜式電器，是最理想的移動(dòng)電源。目前，市場(chǎng)上的鋰離子電池主要有三種類型一、金屬外殼的鋰離子電池，主要以不銹鋼殼體和鋁殼體為主。這兩種金屬殼體的電池占據(jù)了鋰離子電池市場(chǎng)的絕大部分。這種金屬外殼的鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)，在于組裝成電池后氣密性較為可靠；外殼有一定的機(jī)械強(qiáng)度，可以承受適當(dāng)?shù)臋C(jī)械沖擊；并且金屬殼體的散熱性能優(yōu)異。但是由于這種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)過(guò)于緊湊，如果在使用過(guò)程中發(fā)生短路等一些濫用情況，會(huì)導(dǎo)致電芯鼓脹，甚至發(fā)生電池爆炸，由于殼體為金屬物體，電池爆炸相當(dāng)于小型炸彈，對(duì)使用者造成極大的人身安全。二、采用復(fù)合鋁塑膜作為外包裝的鋰離子電池。這種采用復(fù)合鋁塑膜包裝的電池，其安全性能較金屬外殼電池有了很大的改善，并且質(zhì)量比能量自了顯著的提升。但鋁塑膜抗劃性差，在外力的作用鋁塑膜易被劃傷，造成電池?fù)p傷，鋁塑膜失去保護(hù)作用。三、注塑成型的塑料殼體鋰離子電池，即所謂"塑殼電池"。由于塑料廉價(jià)易得，又便于成型，它彌補(bǔ)了以上兩種電池包裝材料的不足，開(kāi)始作為一種較為新穎的鋰離子電池包裝材料。但是，由于而塑料自身的特性決定，現(xiàn)有的塑殼電池的塑殼厚度在10mm以上才能防止電池漏氣、漏液，故而為了保證其使用壽命和安全性能，現(xiàn)有塑殼電池只有體積較大的方形電池。而對(duì)于各類便攜式電器的小體積電池，特別是圓柱形電池，采用塑料殼體會(huì)導(dǎo)致離子電池漏氣、漏液，無(wú)法滿足使用壽命和安全性能，只能采用金屬外殼。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氣密性好，安全可靠的小體積塑料殼體電池，替代現(xiàn)有的金屬殼體電池。本發(fā)明的技術(shù)方案包括塑料制作的密閉的殼體以及設(shè)置在殼體中的電池芯體，殼體包括下殼體和上蓋板，正極極柱和負(fù)極極柱固定設(shè)置殼體上，電池芯體的正極極耳和負(fù)極極耳分別與正極極柱和負(fù)極極柱電連接，其特征在于下殼體包括處于最里層的耐腐蝕層、處于最外層的保護(hù)層以及設(shè)置于耐腐蝕層和保護(hù)層之間的金屬隔離層。為了保證電池的氣密性，保護(hù)層、耐腐蝕層和金屬隔層配合緊密，優(yōu)選的方案是金屬隔離層緊密包裹在耐腐蝕層外表面，在保護(hù)層和金屬隔離層之間用環(huán)氧樹(shù)脂膠固化密封。所述環(huán)氧樹(shù)脂膠是指環(huán)氧樹(shù)脂E44及相應(yīng)固化劑(聚胺脂，熱熔膠等)。其中，正極極柱設(shè)置在殼體的上蓋板上，負(fù)極極柱可以設(shè)置在殼體底部或上蓋板上。上蓋板可采用PP或PET材料注塑成型，厚度2-2.5mm，還設(shè)置有注液孔、抽真空孔。進(jìn)一步地，下殼體的耐腐蝕層由耐腐蝕的工程塑料注塑成型，保護(hù)層由抗壓耐磨的工程塑料注塑成型，下殼體的底部設(shè)置有通孔，在殼體底部通孔內(nèi)鑲嵌金屬嵌件為負(fù)極極柱。本發(fā)明塑料殼體電池的電池芯體是鋰離子電池常用電池芯體，由正、負(fù)極極片和隔膜巻繞而成。為了防止極耳在裝配過(guò)程中碰到電池芯體發(fā)生短路，本發(fā)明塑殼電池還包括絕緣片，負(fù)極極耳穿過(guò)絕緣片與負(fù)極極柱連接，正極極耳穿過(guò)絕緣片與正極極柱連接。絕緣片是具有可供電池芯體的正負(fù)極極耳穿過(guò)，并防止極耳與芯體接觸的縫隙的薄片，厚度可為0.5lmm，材料為PP，PE等非導(dǎo)電高分子材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)絕緣片的作用任意設(shè)計(jì)絕緣片的結(jié)構(gòu)，比如可以設(shè)計(jì)為如圖5所示，電池芯體的極耳從絕緣片邊上的縫穿過(guò)，再用超聲焊接機(jī)焊接在正、負(fù)極柱上，避免了極耳在裝配過(guò)程中碰到電池芯體發(fā)生短路的情況。進(jìn)一步地，殼體最里層的耐腐蝕層由厚度為0.5lmm的耐腐蝕的工程塑料(如PP或PET等)注塑成型，上部全開(kāi)口且向外有外沿，底部有直徑45mm的通孔以供電池芯體負(fù)極極耳穿過(guò)。中間層為1020ym厚的金屬隔離層(如鋁箔)，主要功能是阻隔氣體、液體，防止電池漏氣漏液。最外層的保護(hù)層由厚度為0.5lmm的抗壓耐磨的工程塑料(如ABS或SBS等)注塑成型，上部全開(kāi)口底部有直徑45mm的通孔；耐腐蝕層底部的通孔與保護(hù)層底部的通孔相通，直徑9-10mm、厚度O.30.5mm的金屬嵌件鑲嵌在耐腐蝕層或保護(hù)層的底部的通孔內(nèi)作為負(fù)極極柱。進(jìn)一步地，內(nèi)層的耐腐蝕層比外層的保護(hù)層高1.0-1.5mm，且耐腐蝕層上部開(kāi)口端的外沿與保護(hù)層配合精確；金屬嵌件的邊緣設(shè)計(jì)為鋸齒狀與殼體緊密配合作為負(fù)極極柱。塑料殼體的形狀，根據(jù)需要可以是圓柱形、多邊棱柱(如橫切面為正方形、長(zhǎng)方形、六邊形等多邊形)等形狀。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用了獨(dú)特的電池結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的電池制作工藝體系，增強(qiáng)了塑料殼體的密封效果，在保證電池的安全性能和放電性能的同時(shí)節(jié)約成本；采用超音波焊接的方式作為電池上蓋板和塑料殼體密封的方式，可以在滿足殼體氣密性的前提下，最大限度地保證電池尺寸的精度，制備的小體積塑料殼體電池，能夠替代現(xiàn)有的金屬殼體電池。本發(fā)明電池不但可以滿足普通放電要求，也可以滿足電動(dòng)工具等類型電池所需的高倍率放電要求。圖l是塑殼電池的剖視圖，其中l(wèi)是上蓋板，2是正極極柱，3是注液孔，4是抽真空孔，5視絕緣片，6是耐腐蝕層，7是保護(hù)層，8是金屬隔層，9是負(fù)極極柱，IO是電池芯體，ll是正極極耳，12是負(fù)極極耳。圖2是上蓋板剖視圖。圖3是塑殼電池的下殼體剖視圖。圖4是塑殼電池的殼體剖視圖。圖5是一種絕緣片示意圖。具體實(shí)施方式具體地，本發(fā)明塑料殼體電池的一種方案，其剖面圖見(jiàn)圖l，包括塑料制作的密閉的殼體以及設(shè)置在殼體中的電池芯體，殼體包括下殼體和上蓋板l，正極極柱2和負(fù)極極柱9固定設(shè)置殼體上，電池芯體的正極極耳11和負(fù)極極耳12分別與正極極柱2和負(fù)極極柱9電連接，其特征在于下殼體包括處于最里層的耐腐蝕層6、處于最外層7的保護(hù)層以及設(shè)置于耐腐蝕層和保護(hù)層之間的金屬隔離層8。在殼體底部設(shè)置有與電池芯體負(fù)極極耳12相適配的通孔，通孔內(nèi)鑲嵌有金屬嵌件作為負(fù)極極柱9，負(fù)極極耳12與負(fù)極極柱(金屬嵌件)9連接，上蓋板l上設(shè)置有正極極柱2、注液孔3、抽真空孔4，正極極耳11與正極極柱2連接。進(jìn)一步地，在保護(hù)層7和中間鋁箔層8之間用環(huán)氧樹(shù)脂膠固化密封，并在整個(gè)殼體底部用環(huán)氧樹(shù)脂膠固化密封；另外，采用超聲波焊接方式焊接將上蓋板1與耐腐蝕層6和保護(hù)層7焊接為一個(gè)整體，可以有效保證塑殼電池的氣密性。進(jìn)一步地，耐腐蝕層6的厚度為0.5lmm，是由耐腐蝕的工程塑料注塑成型，上部全開(kāi)口，底部有直徑45mm的通孔以供電池芯體負(fù)極極耳穿過(guò)；中間層為1020ym厚的金屬隔離層8;最外層保護(hù)層7的厚度為0.5lmm，是由抗壓耐磨的工程塑料注塑成型，上部全開(kāi)口，底部有直徑45mm的通孔與耐腐蝕層6底部的通孔相通；直徑9-10mm、厚度O.30.5mm的金屬嵌件鑲嵌在耐腐蝕層6或保護(hù)層7底部通孔內(nèi)，暴露的部分作為外接負(fù)極極柱與用電器連接。本發(fā)明塑料殼體電池的電池芯體是鋰離子電池常用電池芯體，由正、負(fù)極極片和隔膜巻繞而成。為了防止極耳在裝配過(guò)程中碰到電池芯體發(fā)生短路，本發(fā)明塑殼電池還包括絕緣片，負(fù)極極耳穿過(guò)絕緣片與負(fù)極極柱連接，正極極耳穿過(guò)絕緣片與正極極柱連接。絕緣片是具有可供電池芯體的正負(fù)極極耳穿過(guò)，并防止極耳與芯體接觸的縫隙的薄片，厚度可為0.5lmm，材料為PP，PE等非導(dǎo)電高分子材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)絕緣片的作用任意設(shè)計(jì)絕緣片的結(jié)構(gòu)，比如可以設(shè)計(jì)為如圖5所示，電池芯體的極耳從絕緣片邊上的縫穿過(guò)，再用超聲焊接機(jī)焊接在正、負(fù)極柱上，避免了極耳在裝配過(guò)程中碰到電池芯體發(fā)生短路的情況。為了保證電池的氣密性，保護(hù)層、耐腐蝕層和金屬隔層配合緊密，優(yōu)選的的方案是耐腐蝕層6比保護(hù)層7高1.0-1.5mm，且耐腐蝕層6上部開(kāi)口端的外沿與保護(hù)層7配合精確；另外，金屬隔離層8緊密包裹在耐腐蝕層6外表面，保護(hù)層7和金屬隔離層8之間用環(huán)氧樹(shù)脂膠固化密封為一個(gè)整體，從而達(dá)到隔水隔氣的目的。金屬嵌件的邊緣設(shè)計(jì)為鋸齒狀與殼體緊密配合，作為負(fù)極極柱9，增加金屬嵌件與注塑成型的外殼之間的強(qiáng)度和氣密性，從而達(dá)到阻隔氣體、液體，防止電池漏氣漏液的目的。塑料殼體的形狀根據(jù)實(shí)際需要和用電器的設(shè)計(jì)，可以是圓柱形或口香糖式等多邊棱柱。本發(fā)明塑殼電池殼體的制備方法，包括以下步驟①制備電池芯體；準(zhǔn)備金屬隔離層(8);由工程塑料注塑成具有周邊、底部和上部全開(kāi)口的耐腐蝕層(6)，在底部設(shè)置有通孔由工程塑料材料注塑成具有周邊、底部和上部全開(kāi)口的保護(hù)層(7)，在底部鑲嵌有作為負(fù)極極柱(9)的金屬嵌件；由工程塑料注塑成帶有正極極柱(2)、注液孔(3)、抽真空孔(4)的上蓋板；②將電池芯體(10)放入耐腐蝕層(6)中，電池芯體的負(fù)極極耳(12)穿過(guò)耐腐蝕層(6)底部通孔；③用金屬隔離層包裹耐腐蝕層(6)，裝入保護(hù)層(7)中，電池芯體的負(fù)極極耳(12)與保護(hù)層(7)底部的負(fù)極極柱(9)焊接；④電池芯體的正極極耳(11)焊接在上蓋板(1)的正極極柱(2)上；并將上蓋板與耐腐蝕層(6)和保護(hù)層(7)焊接為一個(gè)整體；⑤真空烘箱內(nèi)干燥充分后，注液，化成，密封注液孔(3)、抽真空孔(4)后即得。本領(lǐng)與技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況也可以將作為負(fù)極極柱(9)的金屬嵌件鑲嵌在耐腐蝕層(6)底部，保護(hù)層(7)底部設(shè)置通孔，負(fù)極極柱(9)通過(guò)保護(hù)層(7)底部的通孔突出，與用電器連接。具體實(shí)施方法之一①由PP或PET等耐腐蝕的工程塑料注塑成耐腐蝕層6，厚度0.51，上部全開(kāi)口且向外有外沿，底部有直徑45mm的通孔以供電池芯體負(fù)極極耳穿過(guò)；由ABS等耐磨抗壓工程塑料材料注塑成保護(hù)層7，上部全開(kāi)口，底部有直徑45mm的通孔，且瞳孔內(nèi)嵌有直徑9-10mm，厚度O.30.5mm的圓型薄片的金屬嵌件作為電池外接負(fù)極極柱與用電器連接；可以將金屬嵌件的邊緣設(shè)計(jì)為鋸齒狀，增加金屬嵌件與注塑成型的外殼之間的強(qiáng)度和氣密性；由厚度2-2.5mm的PP，PET等耐摩抗壓工程塑料注塑成帶有正極極柱、注液孔、抽真空孔的上蓋板；制備電池芯體；準(zhǔn)備金屬隔離層。②電池芯體兩端的極耳穿過(guò)絕緣片，放入耐腐蝕層6內(nèi)，負(fù)極極耳穿過(guò)其底部通孔，用厚度1020ym的金屬隔層(鋁箔層)，包裹在內(nèi)層外表面，并嵌入保護(hù)層7中；③電池芯體負(fù)極極耳通過(guò)常規(guī)電阻點(diǎn)焊焊接方式與保護(hù)層7底部暴露的金屬嵌件9焊接；可在外殼和中間鋁箔層之間用環(huán)氧樹(shù)脂膠固化密封，并在整個(gè)殼體底部用環(huán)氧樹(shù)脂膠固化密封；④正極極耳焊接在上蓋板1的金屬極柱，正極極柱2上；并將上蓋板與耐腐蝕層6和保護(hù)層7焊接為一個(gè)整體；為了提高焊接的精度和強(qiáng)度，同時(shí)使得電池外部形貌比較美觀，可采用超聲波焊接方式焊接；⑤真空烘箱內(nèi)干燥充分后，注液，化成，密封注液孔后即得。具體實(shí)施方法之二①由PP，PET等耐腐蝕的工程塑料注塑成方型內(nèi)殼體，即耐腐蝕層6，厚度0.5lmm，上部全開(kāi)口且向外有外沿，底部有直徑45mm的通孔，通孔內(nèi)鑲嵌有直徑9-10mm，厚度O.30.5mm的圓型薄片的金屬嵌件為外接負(fù)極極柱9;由ABS等抗壓耐磨的工程塑料注塑成方型外殼體，即保護(hù)層7，上部全開(kāi)口，底部有直徑45mm的通孔與耐腐蝕層6的通孔匹配；由耐磨抗壓工程塑料注塑成帶有正極極柱、注液孔、抽真空孔的上蓋板；制備電池芯體；準(zhǔn)備金屬隔離層。②電池芯體兩端的極耳穿過(guò)絕緣片，放入內(nèi)殼體中，負(fù)極極耳與方型外殼體底部通孔處的金屬嵌件焊接；③用厚度1020um的鋁箔層包裹在耐腐蝕層6外表面，并嵌入外殼體中，金屬嵌件通過(guò)外殼體底部通孔，作為電池外接負(fù)極極柱9;④正極極耳焊接在上蓋板1的正極極柱2上；并將上蓋板與內(nèi)殼體和外殼體焊接為一個(gè)整體；⑤真空烘箱內(nèi)干燥充分后，注液，化成，密封注液孔后即得。以下是具體實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)以下實(shí)施例的思路制備出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尺寸的其它的塑殼電池。實(shí)施例l本發(fā)明塑殼電池的制備以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電池尺寸18650為例，本發(fā)明塑殼電池的具體制備方法如下1、由ABS材注塑成厚度為lmm，上部全開(kāi)口，底部有直徑為9-10mm的通孔的圓柱形外殼，并在外殼鑲嵌直徑9-10mm的鎳金屬嵌件，鎳金屬嵌件與外殼底部通孔緊密配合；外徑①18mm,高度62.5mm。由PP材料注塑成厚度為O.5mm，上部開(kāi)口并有O.5mm的的外沿，底部有直徑4-5mm通孔的圓柱形內(nèi)殼；夕卜徑小17mm或小25mm，高度62.5mm。由PET材料注塑成帶有正極極柱、注液孔、抽真空孔的上蓋板；2、將正極極片、負(fù)極極片和隔膜巻繞成柱形電池芯體，電池芯體兩端的極耳穿過(guò)絕緣片，放入內(nèi)殼中，負(fù)極極耳穿過(guò)其底部通孔；3、用厚度12um的鋁箔層緊密包裹在內(nèi)殼外表面，然后將其嵌入外殼中，并將負(fù)極極耳和外殼底部的鎳金屬嵌件采用電阻焊方式焊接好；并在鋁箔層和外殼之間以及殼體底部用環(huán)氧樹(shù)脂膠(環(huán)氧樹(shù)脂E44及相應(yīng)固化劑)進(jìn)行固化密封；4、正極極耳焊接在上蓋板的金屬極柱上；5、采用超聲波焊接方式焊接將上蓋板與內(nèi)殼和外殼焊接為一個(gè)整體。6、真空烘箱內(nèi)干燥充分后，注液，密封后進(jìn)行測(cè)試。本發(fā)明塑殼電池的性能測(cè)試測(cè)試結(jié)果如下1、電池在化成和循環(huán)測(cè)試過(guò)程中，未產(chǎn)生氣體，封口處沒(méi)有破損痕跡。2、實(shí)際容量基本達(dá)到了設(shè)計(jì)容量。3、倍率放電性能5C:放電時(shí)間1212.6min，10C:放電時(shí)間6min，15C:放電時(shí)間3.13.9min。4、倍率充放電性能測(cè)試<table>tableseeoriginaldocumentpage0</column></row><table>5、高倍率充放電容量循環(huán)測(cè)試。用3C電流充電和10C電流放電進(jìn)行容量循環(huán)測(cè)試，95周后電池仍未鼓脹。上述結(jié)果顯示本發(fā)明的塑殼鋰離子電在高倍率充放電嚴(yán)酷條件下電池外觀沒(méi)有發(fā)生變化，并保持電池正常的充放電性能，說(shuō)明本發(fā)明塑料殼體的密封效果良好，在保證電池的安全性能同時(shí)又具有良好充放電性能，制備的小體積塑料殼體電池，能夠替代現(xiàn)有的金屬殼體電池。權(quán)利要求1.塑料殼體鋰離子電池，包括塑料制作的密閉的殼體以及設(shè)置在殼體中的電池芯體，殼體包括下殼體和上蓋板，正極極柱(2)和負(fù)極極柱(9)固定設(shè)置殼體上，電池芯體的正極極耳(11)和負(fù)極極耳(12)分別與正極極柱(2)和負(fù)極極柱(9)電連接，其特征在于下殼體包括處于最里層的耐腐蝕層(6)、處于最外層的保護(hù)層(7)以及設(shè)置于耐腐蝕層(6)和保護(hù)層(7)之間的金屬隔離層(8)。7.塑料殼體鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟①制備電池芯體；準(zhǔn)備金屬隔離層(8);由工程塑料注塑成具有周邊、底部和上部全開(kāi)口的耐腐蝕層(6)，在底部設(shè)置有通孔由工程塑料材料注塑成具有周邊、底部和上部全開(kāi)口的保護(hù)層(7)，在底部鑲嵌有作為負(fù)極極柱(9)的金屬嵌件；由工程塑料注塑成帶有正極極柱(2)、注液孔(3)、抽真空孔(4)的上蓋板；②將電池芯體(10)放入耐腐蝕層(6)中，電池芯體的負(fù)極極耳(12)穿過(guò)耐腐蝕層(6)底部通孔；③用金屬隔離層包裹耐腐蝕層(6)，裝入保護(hù)層(7)中，電池芯體的負(fù)極極耳(12)與保護(hù)層(7)底部的負(fù)極極柱(9)焊接；④電池芯體的正極極耳(11)焊接在上蓋板(1)的正極極柱(2)上；并將上蓋板與耐腐蝕層(6)和保護(hù)層(7)焊接為一個(gè)整體；⑤真空烘箱內(nèi)干燥充分后，注液，化成，密封注液孔(3)、抽真空孔(4)后即得。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的塑料殼體鋰離子電池的制備方法，其特征在于將作為負(fù)極極柱(9)的金屬嵌件鑲嵌在耐腐蝕層(6)底部通孔內(nèi)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的塑料殼體鋰離子電池的制備方法，其特征在于步驟③中，在保護(hù)層(7)和中間鋁箔層(8)之間用環(huán)氧樹(shù)脂膠固化密封，并在整個(gè)殼體底部用環(huán)氧樹(shù)脂膠固化密封。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的塑料殼體鋰離子電池的制備方法，其特征在于步驟④采用超聲波焊接方式焊接將上蓋板(1)與耐腐蝕層(6)和保護(hù)層(7)焊接為一個(gè)整體。全文摘要本發(fā)明涉及一種新型塑料殼體鋰離子電池及其制備方法，屬于鋰離子電池
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明提供的塑料殼體電池包括電池芯體、殼體，其中殼體上設(shè)置有正極極柱和負(fù)極極柱，其特征在于殼體包括處于最里層的耐腐蝕層、最外層的保護(hù)層以及設(shè)置于耐腐蝕層和保護(hù)層之間的金屬隔離層。本發(fā)明采用了獨(dú)特的電池結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了塑料殼體的密封效果，為鋰離子電池領(lǐng)域提供一種安全可靠，且廉價(jià)易得的小體積塑料殼體電池，能替代現(xiàn)有的金屬殼體電池。文檔編號(hào)H01M2/30GK101267023SQ200810301408公開(kāi)日2008年9月17日申請(qǐng)日期2008年4月30日優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日發(fā)明者灃汪,潘中來(lái),熊俊威,華秦,索繼栓,鄧正華,陳勉忠,陳國(guó)忠申請(qǐng)人:成都中科來(lái)方能源科技有限公司