一種帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池及其製備方法
2023-05-28 22:09:31
專利名稱：一種帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池及其製備方法
技術領域：
本發明涉及軟包裝鋰離子電池及其製備領域，具體涉及一種帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池及其製備方法。
背景技術：
鋰離子電池具有比能量密度高、平均輸出電壓高、輸出功率大、自放電小、無記憶效應、充放電效率高、循環壽命長、工作溫度範圍寬及綠色無汙染等眾多突出的優點，自20 世紀90年代初開發成功以來，已成為目前綜合性能最好的電池體系。隨著電池設計製造技術的進步和新材料的不斷湧現，鋰離子電池的應用範圍不斷拓展，目前已在各個領域得到了廣泛的應用，尤其是近年來發展迅速的新能源產業領域，鋰離子電池更被視為新能源發展的基礎和重點研究目標。從鋰離子電池的外殼結構來分，目前市場上常見的有鋁合金、不鏽鋼、塑料及鋁塑複合膜軟包裝等種類。軟包裝鋰離子電池綜合了液態鋰離子電池的基本電化學性能及聚合物鋰離子電池的外形包裝上的獨特優點。通常，軟包裝鋰離子電池，包括電池極芯、用於封裝該電池極芯的外殼以及電解液，製備過程包括按正極片-隔膜-負極片-隔膜自上而下的順序放好，經卷繞製成電池極芯，採用與液態鋰離子電池相似的液體電解液作為鋰離子在正負極之間傳輸的介質，外形包裝上則採用鋁塑複合膜作為該軟包裝鋰離子電池的外殼，再經注入電解液、封口等工藝，得到軟包裝鋰離子電池，正極片、負極片穿出外殼的部分分別為正極極耳、負極極耳。軟包裝鋰離子電池具有製作過程簡單、電池比能量密度高、體積小等突出優點，在消費電子領域佔據了主要地位，每年的產量增長迅速。近年來，隨著電動汽車、電動自行車、儲能系統等的發展，軟包裝鋰離子電池在大容量和動力電池領域也得到了廣泛的關注和快速發展。與採用鋁合金或不鏽鋼外殼等硬包裝鋰離子電池相比，軟包裝鋰離子電池在比能量密度、體積和成本等方面均具有明顯優勢，但軟包裝鋰離子電池生產過程中也存在一些先天的不足，如電池在化成和循環過程中的氣脹問題就很難解決。據統計，某些廠家在生產軟包裝鋰離子電池的過程中，發生氣脹的電池比例高達40%以上，如果加上在循環使用過程中產生氣脹的電池，比例會更高。與硬包裝鋰離子電池相比，軟包裝鋰離子電池由於結構非常緊湊，軟包裝鋰離子電池內部的空間非常小，如果軟包裝鋰離子電池在化成過程中產生少量氣體，就會導致氣脹現象的出現。而隨著軟包裝鋰離子電池循環次數增加，內部產生的氣體會逐漸增多，因此軟包裝鋰離子電池的氣脹現象會更加嚴重，將會導致軟包裝鋰離子電池無法正常工作而報廢。從目前軟包裝鋰離子電池生產流程分析，軟包裝鋰離子電池一旦注液封口後，就無法再對軟包裝鋰離子電池進行後續的調整或維護，一旦出現氣脹鼓殼或電解液不足等問題，軟包裝鋰離子電池只能報廢或者降級處理，沒有辦法進行彌補，嚴重影響了軟包裝鋰離子電池的合格率和質量。通過嚴格控制生產工藝和環境，雖然能減少軟包裝鋰離子電池氣脹現象，但無法徹底消除，仍然有相當比例的次品電池和廢品電池產生，從而導致企業的生產成本大幅增加。實用新型專利ZL201020546139. 3公開了一種軟包裝鋰離子電池，針對軟包裝鋰離子電池在化成和後續使用過程中存在氣脹現象的問題，在包裝膜上設有氣袋，該氣袋可用於承載氣脹過程中產生的氣體，並且在底封邊和氣袋之間處設有切口，當軟包裝鋰離子電池在多道工序之間轉移時，切口的設置使得角位處的應力大幅減小，防止軟包裝鋰離子電池發生角位破損，避免因電解液洩漏造成的汙染，確保軟包裝鋰離子電池的安全性能。氣袋的存在會使角位處容易破損，通過在角位處設置切口可以一定程度上減少角位處破損， 但是角位處破損還是較難避免並且切口熱封后其強度不佳，同時，該軟包裝鋰離子電池結構也不夠緊湊，電池體積增大，鋁塑包裝成本增加。此外，氣袋因為仍設置在電池上，當電池工作過程中產生氣體後，氣袋作為緩衝裝置承載了一部分氣體，適當降低了電池內壓，但無法及時將電池內部的氣體排出，電池包括氣袋仍然會發生膨脹，是一種不徹底的治標方法。
發明內容
本發明提供了一種帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，在現有的軟包裝鋰離子電池基礎上，增加了導氣裝置，能夠方便軟包裝鋰離子電池出現氣脹現象後導氣。一種帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，包括電池極芯、用於封裝該電池極芯的外殼以及電解液，所述的導氣裝置包括貫穿所述外殼的導氣管，以及包裹在所述導氣管外部的塑料外套，該塑料外套的一端與所述外殼密封連接，另一端延伸出導氣管的端面形成用於熱封的延伸部。該導氣裝置通過簡單的結構就可以實現導氣，相比於增加氣袋的情形，可以使得本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池結構緊湊，降低封裝成本和運輸成本。作為優選，所述的電池極芯帶有穿出外殼的負極極耳、正極極耳，由於負極極耳與正極極耳要有一定的距離才會有較好的電池性能，所述的導氣裝置設置在負極極耳與正極極耳之間，從而使得帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池結構緊湊，並且方便使用。作為優選，所述的導氣管為不鏽鋼管，導氣管用於導氣和支撐，一方面，由於塑料外套在軟包裝鋰離子電池生產過程中熱封時容易變形，不鏽鋼管可以起到很好的支撐作用，防止導氣裝置的變形；另一方面，不鏽鋼管對電解液具有一定的防腐蝕作用，延長導氣裝置的使用壽命。進一步優選，所述的導氣管為304不鏽鋼管或316不鏽鋼管，這些不鏽鋼管對電解液具有更好的耐腐蝕性。作為優選，所述的塑料外套為聚乙烯(PE)塑料外套或者聚丙烯(PP)塑料外套，這些材料的塑料外套能夠更好地與外殼熱封，熱封后具有更好的密封性能。由於導氣裝置在後期的使用過程中，需要將延伸部一部分一部分地切除再熱封， 對延伸部的長度沒有特別的限定，可以根據需要設定，作為優選，所述的延伸部的長度為 5mm 20mm，以使在合理節約成本的條件下，滿足使用的要求，並且方便本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的封裝和運輸。進一步優選，所述的導氣管的長度為5mm 15mm，所述的塑料外套的長度(包含延伸部的長度)為15mm 25mm。作為優選，所述的導氣管的內徑為O. Imm 2. Omm,夕卜徑為O. 2mm 3. Omm,可選用
毛細管級別的導氣管，所述的導氣管進一步選用不鏽鋼毛細管，可採用市售產品。上述尺寸的導氣管，既可以實現導氣和支撐的功能，又能使本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的結構保持緊湊，並且在運輸和使用過程中，可以避免電解液對導氣裝置的影響。相應地，為了能夠更好與導氣管複合，所述的塑料外套的內徑與導氣管的外徑配合，為了使塑料外套與外殼能更好地密封，一般採用熱封，所述的塑料外套的管壁厚度為 O. 2mm I. Omnin本發明還提供了一種帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的製備方法，製備簡單、 易於實施。所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的製備方法，包括以下步驟I)將塗有極耳膠的導氣管插入加熱軟化的塑料外套中，待塑料外套冷卻收縮後在塑料外套的表面塗覆極耳膠，得到導氣裝置；導氣管在塗有極耳膠之前，將導氣管的外表面進行粗化加工，兩端拋光，除去毛刺，為了增加導氣管和塑料外套之間的氣密性，導氣管表面塗覆鋰離子電池專用極耳膠；為了增加導氣裝置的塑料外套與外殼熱封時的密封性，在塑料外套的表面塗覆極耳膠；2)在軟包裝鋰離子電池的外殼熱封時，將步驟I)中的導氣裝置安裝在外殼的熱封口邊上後，將熱封口邊熱封，經過電池化成後，將塑料外套的延伸部熱封，得到帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池。與現有技術相比，本發明具有如下優點本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，在現有的軟包裝鋰離子電池基礎上， 增加了導氣裝置，在帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池在化成過程中，可及時將電池內部產生的氣體通過導氣裝置排出電池外，防止電池氣脹鼓殼現象的發生。電池化成後，可採用熱封形式將塑料外套的延伸部頂端密封，保持整個帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的密封性。本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，在使用過程中，如果在循環過程中產生氣體導致內壓升高產生電池氣脹鼓殼現象，可及時將塑料外套的延伸部的頂端切開，排出內部多餘的氣體，消除電池的氣脹鼓殼現象，恢復電池正常的外形後再採用熱封方法將塑料外套的延伸部頂端再次密封，使本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池繼續工作。 同時，採用該導氣裝置後，可實現對電池補充注液維護，提高電池工作壽命和性能。本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池適合應用於各類大容量軟包裝鋰離子電池，尤其適用於採用磷酸鐵鋰、錳酸鋰及三元材料等作為正極材料的大容量軟包裝鋰離子電池中，可有效消除電池在生產和工作過程中產生的氣脹鼓殼現象，大幅度提高了本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的合格率，實現對本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池補註電解液，延長本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的工作壽命和提高了可靠性，有利於產品的推廣和利用，具有廣闊的應用前景。本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的製備方法，製備簡單、易於實施，有利於工業化生產，有利於推廣和應用，具有較好的經濟效益。
圖I為本發明帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的結構示意圖；圖2為本發明的導氣裝置的截面結構示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，為本發明的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，包括電池極芯、用於封裝該電池極芯的外殼4、電解液和導氣裝置2，電池極芯帶有穿出外殼的負極極耳I、正極極耳3，導氣裝置2設置在負極極耳I與正極極耳3之間。如圖I和圖2所示，導氣裝置2包括貫穿外殼4的導氣管21，以及包裹在導氣管 21外部的塑料外套22，該塑料外套22的一端與外殼4密封連接，可具體採用熱封進行密封連接，另一端延伸出導氣管21的端面形成用於熱封的延伸部，延伸部的長度為5mm 20mm， 在電池化成後，可採用熱封形式將塑料外套22的延伸部頂端密封。導氣管21可選用不鏽鋼管，更優選的，可選用304不鏽鋼管或316不鏽鋼管，導氣管21的內徑為O. Imm 2. Omm,外徑為O. 2mm 3. Omm,導氣管的長度為5mm 15mm,可選用不鏽鋼毛細管。塑料外套22的內徑與導氣管21的外徑配合，為了使塑料外套22與外殼 4能更好地密封，一般採用熱封，塑料外套22為聚乙烯(PE)塑料外套或者聚丙烯(PP)塑料外套，塑料外套22的管壁厚度為O. 2mm I. Omm,塑料外套22的長度(包含延伸部的長度)為 15mm 25mm。所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的製備方法，該帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池結構可參照圖I和圖2，包括以下步驟I)將導氣管21的外表面進行粗化加工，兩端拋光，除去毛刺，並在導氣管2的外表面塗覆極耳膠，得到處理後的導氣管21 ；2)將塑料外套22加熱至軟化後，放入步驟I)中處理後的導氣管21，待塑料外套 22冷卻後收縮得到導氣裝置2，再在導氣裝置2中的塑料外套22的表面塗覆極耳膠；3)在軟包裝鋰離子電池的外殼4熱封時，將步驟2)中的導氣裝置2安裝在外殼4 的熱封口邊5上後，將熱封口邊5熱封，經過電池化成後，將塑料外套22的延伸部熱封，得到帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池。在製備過程中，在電池化成之前，塑料外套22的延伸部不封閉，可及時將電池化成過程中內部產生的氣體通過導氣裝置2排出電池外，防止電池氣脹鼓殼現象的發生。在電池化成後，可採用熱封形式將塑料外套22的延伸部頂端密封，保持整個帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的密封性。如果在循環使用過程中產生氣體導致內壓升高產生電池氣脹鼓殼現象，可及時將塑料外套22的延伸部的頂端切開，排出內部多餘的氣體，消除電池的氣脹鼓殼現象，恢復電池正常的外形後再採用熱封方法將塑料外套22的延伸部頂端再次密封，使帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池繼續工作。同時，採用該導氣裝置2後，可實現對電池補充注液維護，提高電池工作壽命和性能。實施例I一種帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的製備方法，該帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池結構可參照圖I和圖2，包括以下步驟I)選取304不鏽鋼管作為導氣管21,其內徑為O. 5mm,外徑為O. 8mm,長度為IOmm, 將該304不鏽鋼管的外表面進行粗化加工，兩端拋光，除去毛刺，並在該304不鏽鋼管的外表面塗覆極耳膠，極耳膠選用日本凸版印刷公司生產的鋰離子電池專用極耳膠，得到處理後的導氣管21 ；2)選取內徑為O. 7mm，外徑為I. 5mm，長度為20mm的聚乙烯塑料外套作為塑料外套22，將該塑料外套22加熱至50°C軟化後，放入步驟I)中處理後的導氣管21，待塑料外套22 冷卻後收縮得到導氣裝置2，再在導氣裝置2中的塑料外套22的表面塗覆日本凸版印刷公司生產的鋰離子電池專用極耳膠；3)在軟包裝鋰離子電池的外殼4熱封時，將步驟2)中的導氣裝置2安裝在外殼4 的熱封口邊5上後，將熱封口邊5熱封，經過電池化成後，將塑料外套22的延伸部熱封，得到帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池。
權利要求
1.一種帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，包括電池極芯、用於封裝該電池極芯的外殼以及電解液，其特徵在於，所述的導氣裝置包括貫穿所述外殼的導氣管，以及包裹在所述導氣管外部的塑料外套，該塑料外套的一端與所述外殼密封連接，另一端延伸出導氣管的端面形成用於熱封的延伸部。
2.根據權利要求I所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，其特徵在於，所述的電池極芯帶有穿出外殼的負極極耳、正極極耳，所述的導氣裝置設置在負極極耳與正極極耳之間。
3.根據權利要求I所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，其特徵在於，所述的導氣管為不鏽鋼管。
4.根據權利要求3所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，其特徵在於，所述的導氣管為304不鏽鋼管或316不鏽鋼管。
5.根據權利要求I所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，其特徵在於，所述的塑料外套為聚乙烯塑料外套或者聚丙烯塑料外套。
6.根據權利要求I所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，其特徵在於，所述的延伸部的長度為5mm 20mm。
7.根據權利要求6所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，其特徵在於，所述的導氣管的長度為5mm 15mm,所述的塑料外套的長度為15mm 25mm。
8.根據權利要求I所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，其特徵在於，所述的導氣管的內徑為O. Imm 2. Omm,外徑為O. 2mm 3. 0mm。
9.根據權利要求I所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，其特徵在於，所述的塑料外套的管壁厚度為O. 2mm I. 0mm。
10.根據權利要求I 9任一項所述的帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的製備方法， 其特徵在於，包括以下步驟1)將塗有極耳膠的導氣管插入加熱軟化的塑料外套中，待塑料外套冷卻收縮後在塑料外套的表面塗覆極耳膠，得到導氣裝置；2)在軟包裝鋰離子電池的外殼熱封時，將步驟I)中的導氣裝置安裝在外殼的熱封口邊上後，將熱封口邊熱封，經過電池化成後，將塑料外套的延伸部熱封，得到帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池。
全文摘要
本發明公開了一種帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池，包括電池極芯、用於封裝該電池極芯的外殼以及電解液，導氣裝置包括貫穿外殼的導氣管，以及包裹在導氣管外部的塑料外套，該塑料外套的一端與外殼密封連接，另一端延伸出導氣管的端面形成用於熱封的延伸部，增加了導氣裝置，能夠方便軟包裝鋰離子電池出現氣脹現象後導氣，在電池化成過程和使用過程中都可以將氣體排出電池外，保證電池的繼續工作，同時，採用該導氣裝置後，可實現對電池補充注液維護，提高電池工作壽命和性能。本發明還公開了一種帶有導氣裝置的軟包裝鋰離子電池的製備方法，製備簡單、易於實施。
文檔編號H01M10/0525GK102593401SQ201210045159
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月27日 優先權日2012年2月27日
發明者劉偉利, 史雪鋒, 史順君, 王秀麗, 許 鵬, 陳永祥, 陳鵬, 黃輝 申請人:江蘇鋒馳綠色電源有限公司