本發(fā)明涉及一種鋁塑膜鋰離子電池及其制作方法。

背景技術：

由于混合動力車輛及純電動車輛的盛行，以及相應而來的對于清潔能源的需求，現(xiàn)今社會對于二次電池的研究越來越多。二次電池根據(jù)電芯種類可分為鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池和鋰離子電池等，其中，因為鋰離子電池具有可循環(huán)使用、容量大、制動電壓高、能量密度大的特點，在尖端動力能源領域有廣泛的使用。特別是使用鋁塑膜的聚合物軟包鋰離子電池，因其具有重量輕、制作成本低、電池形狀方便設計等優(yōu)點備受矚目。

而正由于鋰離子電池能量密度高、能源利用效率高的特點，以及其廣泛的應用面期望值，鋰離子電池在使用時的安全性能備受關注。現(xiàn)有技術中，常規(guī)用于電動車輛以及其他中大規(guī)模使用環(huán)境的鋰離子電池一般采用電池組合形式進行應用；在使用過程中，若外部環(huán)境不安定引發(fā)諸如沖擊或震動情況時，普通鋰離子電池常會因此出現(xiàn)電芯內部破損或內部短路，進而導致發(fā)生熱失控反應，最終引起電芯性能降低、絕緣性擊穿、電池燃燒等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術中鋰離子電池在外部沖擊或強烈震動下，容易因電芯內部破損而導致電芯性能降低、絕緣性擊穿的缺陷，提供了一種強化電芯耐久性的鋁塑膜鋰離子電池及其制作方法。

本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

本發(fā)明提供了一種鋁塑膜鋰離子電池，包括鋁塑膜和設于所述鋁塑膜內部的電芯芯包，所述電芯芯包包括負極片、正極片和隔離膜；所述鋁塑膜鋰離子電池還包括一內殼結構，所述電芯芯包設于所述內殼結構的內部，所述鋁塑膜包覆于所述內殼結構的外部；

所述內殼結構為層狀結構，所述層狀結構的層數(shù)至少為兩層，所述層狀結構包括一絕緣層以及一設于所述絕緣層外側的金屬層。

本發(fā)明中，所述內殼結構與所述電芯芯包接觸的內部絕緣層要負責緩沖從外部層施加過來的沖擊力，因此其具有的彈性應當是越大越好，與此相反，所述內殼結構的外部金屬層的機械強度應當較高，并采用具有導電性的金屬層從而建立針刺時的外部電流通路來提高電芯安全性。

本發(fā)明中，所述絕緣層的材質為本領域常規(guī)的具有電絕緣性和高熱傳導率的高分子聚合物，較佳地為PET(Polyethylene terephthalate，聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PE(Polyethylene，聚乙烯)、PP(Polypropylene，聚丙烯)、PVC(Polyvinyl chloride，聚氯乙烯)和聚乙聚丙復合聚合物中的一種，以保證內殼結構的強度，在受到一定程度的外部沖擊時能夠保證其不會碎裂，并防止撞擊之后電芯變形導致的內部短路，改善遭針刺型損傷后電池本體的性能。

本發(fā)明中，所述金屬層的材質為本領域常規(guī)的具有良好導電性的金屬或合金，較佳地為銀、銅、金、鋁、鎢、鎳和鐵中的一種或其對應的合金，更佳地為銅、鋁、銅合金和鋁合金中的一種。

本發(fā)明中，所述層狀結構的層數(shù)較佳地為三層，所述層狀結構包括一設于中間的金屬層，一設于所述金屬層外側的外絕緣層以及一設于所述金屬層內側的內絕緣層。

本發(fā)明中，所述層狀結構的層數(shù)較佳地為三的倍數(shù)層，所述層狀結構包括所述三的倍數(shù)個層狀單元，每個所述層狀單元包括一設于中間的金屬層，一設于所述金屬層外側的外絕緣層以及一設于所述金屬層內側的內絕緣層，各層狀單元的材質選擇相互獨立。

本發(fā)明中，所述內殼結構的形狀較佳地與所述電芯芯包的形狀相匹配；例如，當電芯芯包的形狀是圓柱體時，內殼結構的形狀也為圓柱體。

本發(fā)明中，所述負極片較佳地由粘結劑、導電劑、負極活物質和溶劑攪拌成合漿后將其涂覆在負極基材上并干燥、輥壓后制成；所述正極片較佳地由粘結劑、導電劑、正極活物質和溶劑攪拌成合漿后將其涂覆在正極基材上并干燥、輥壓后制成。

本發(fā)明中，所述粘結劑為本領域常規(guī)的粘結劑，較佳地為CMC(羧甲基纖維素)和/或EPDM(三元乙丙橡膠)。

本發(fā)明中，所述導電劑為本領域常規(guī)的導電劑，一般在其具備導電作用的同時只要不會引發(fā)化學性的反應，不限制其選擇；所述導電劑較佳地為碳黑導電劑、碳素纖維、金屬纖維、氟化碳、金屬粉末和金屬氧化物中的一種，所述碳黑導電劑較佳地包括天然石墨、人造石墨、碳粉和乙炔黑，所述金屬粉末較佳地包括鋁粉和鎳粉，所述金屬氧化物較佳地包括氧化鋅、鈦酸鉀和氧化鈦。

本發(fā)明中，所述負極活物質較佳地為由鋰、鈷、錳和鎳中的兩種或多種金屬元素所形成的復合金屬氧化物中的一種或多種，更佳地為LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)、LiMnO₂、LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(0＜x＜1，0＜y＜1)中的一種或多種。

本發(fā)明中，所述正極活物質較佳地為碳素材料、硅基負極材料和硅碳負極材料中的一種或多種，所述碳素材料較佳地為石油焦炭(petroleum coke)、活性炭(activated carbon)和石墨(graphite)中的一種或多種。

本發(fā)明中，所述溶劑為本領域常規(guī)的溶劑，較佳地為水或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

本發(fā)明中，所述合漿中較佳地加入粘度調節(jié)劑和/或導電性調節(jié)劑；所述粘度調節(jié)劑和所述導電性調節(jié)劑均為本領域常規(guī)。

本發(fā)明中，所述負極基材的材質較佳地為鋁、鎳和鋁鎳合金中的一種；所述正極基材的材質較佳地為銅、鎳或銅鎳合金中的一種。

本發(fā)明中，所述隔離膜為本領域常規(guī)的隔離膜，一般是具有微孔的多層結構，用于防止短路并提供鋰離子通路；所述隔離膜的材質較佳地為PE、PP、PVDF(Polyvinylidene fluorid，聚偏氟乙烯)、PEO(Polyethylene oxide，聚氧化乙烯)、PAN(Polyacrylonitrile，聚丙烯腈)和PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)中的一種或多種。

本發(fā)明中，所述鋁塑膜為本領域常規(guī)的鋁塑膜，所述鋁塑膜包括鋁箔層、設于所述鋁箔層內側的熱熔層以及設于所述鋁箔層外側的絕緣膜層；所述鋁塑膜的內部空間較佳地與所述電芯芯包相匹配。

本發(fā)明中，所述熱熔層的材質較佳地為改性聚丙烯，更佳地為C-PP(Casted Polypropylene，澆注型聚丙烯)；所述絕緣膜的材質較佳地為尼龍或PET。

本發(fā)明還提供了一種上述鋁塑膜鋰離子電池的制作方法，其包括以下步驟：

(1)將負極片、正極片和隔離膜組裝得到電芯芯包，并將所述電芯芯包裝入內殼結構中，得電池內芯；

(2)鋁塑膜沖殼得電池殼體；

(3)將所述電池內芯放入所述電池殼體中，并向所述電池殼體中注入電解液；

(4)真空封裝，即可。

其中，步驟(1)中，所述組裝為本領域常規(guī)操作，一般通過將負極片、隔離膜、正極片通過疊層或卷繞的方式得到相應結構的電芯芯包；例如，當制作常規(guī)柱狀鋰離子電池時，先按負極片-隔離膜-正極片-隔離膜自上而下的順序放好，再經(jīng)卷繞即制成電芯芯包。

步驟(1)中，所述沖殼為本領域常規(guī)操作，一般在沖殼階段控制電池殼體的內部空間與芯包基本一致，以減少后續(xù)工藝如真空封裝的處理難度

步驟(3)中，所述真空封裝為本領域常規(guī)操作，用于除去電池殼體中的多余氣體，防止其影響鋰離子電池的穩(wěn)定工作。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。

本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明將電芯芯包裝入內殼結構中再將其用鋁塑膜封裝，即使施加在鋁塑膜外表面的外力傳遞到了電芯內部，也會因為內殼結構緩沖而起到保護作用，所得鋰離子電池的機械強度較好，外殼表面平滑美觀，鋰電池針刺試驗結果表明其安全性能優(yōu)良，能夠抵抗外部環(huán)境的不安定影響，保證電池穩(wěn)定運行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中鋁塑膜鋰離子電池的軸測裝配示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1中電池內芯的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例1中內殼結構的結構示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例2中內殼結構的結構示意圖。

附圖標記說明：

1-鋁塑膜，2-電芯芯包，3-內殼結構；

311-金屬層，312-絕緣層，321-外絕緣層，322-金屬層，323-內絕緣層。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

本發(fā)明各實施例中，針刺試驗根據(jù)中國國家標準GB/T 31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》進行。

實施例1

如圖1所示，本實施例提供了一種鋁塑膜鋰離子電池，包括鋁塑膜和設于所述鋁塑膜內部的電芯芯包；所述鋁塑膜為經(jīng)本領域常規(guī)沖殼操作后得到的鋁塑膜，所述電芯芯包呈扁平狀，包括負極片、正極片和隔離膜，由所述電芯芯包引出的極耳(包括正極極耳和負極極耳)位于鋁塑膜的外側，并分別與所述電芯芯包中的正極片和負極片電連接；所述鋁塑膜鋰離子電池還包括一內殼結構。

如圖1～2所示，所述內殼結構的形狀與所述電芯芯包的形狀相匹配，所述電芯芯包設于所述內殼結構的內部，形成一電池內芯；所述鋁塑膜包覆于所述內殼結構的外部。

如圖3所示，所述內殼結構為層狀結構，所述層狀結構的層數(shù)為兩層，包括一絕緣層以及一設于所述絕緣層外側的金屬層。

本實施例中，所述鋁塑膜包括鋁箔層、設于所述鋁箔層內側的熱熔層以及設于所述鋁箔層外側的絕緣膜層；所述鋁塑膜的內部空間與所述電芯芯包相匹配，所述熱熔層的材質為C-PP，所述絕緣膜的材質為尼龍。

本實施例中，所述電芯芯包中，所述負極片和所述正極片均由粘結劑、導電劑、活物質和溶劑攪拌成合漿后將其涂覆在基材上并干燥、輥壓后制成；所述粘結劑為CMC，所述導電劑為人造石墨，所述活物質包括負極活物質和正極活物質，所述負極活物質為LiCoO₂和LiMn₂O₄，所述正極活物質為石油焦炭、活性炭和石墨混合的碳素材料，所述溶劑為水，所述合漿中加入領域常規(guī)的粘度調節(jié)劑，所述基材包括負極基材和正極基材，所述負極基材的材質為鋁，所述正極基材的材質為銅，所述隔離膜的材質為PE和PP；

本實施例中，所述內殼結構中，所述絕緣層的材質為PET，所述金屬層的材質為銅。

本實施例的鋁塑膜鋰離子電池的制作方法包括以下步驟：

(1)將負極片、正極片和隔離膜疊層組裝得到電芯芯包，并將所述電芯芯包裝入內殼結構中，得電池內芯；

(2)鋁塑膜沖殼得電池殼體；

(3)將所述電池內芯放入所述電池殼體中，并向所述電池殼體中注入電解液；

(4)真空封裝，即可。

將所得鋁塑膜鋰離子電池按中國國家標準GB/T 31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》進行針刺試驗，結果不爆炸、不起火，針刺區(qū)域電池溫度穩(wěn)定。

實施例2

本實施例與實施例1基本相同，區(qū)別在于：

如圖4所示，本實施例中，所述層狀結構的層數(shù)為三層，所述層狀結構包括一設于中間的金屬層，一設于所述金屬層外側的外絕緣層以及一設于所述金屬層內側的內絕緣層。

本實施例中，所述鋁塑膜包括鋁箔層、設于所述鋁箔層內側的熱熔層以及設于所述鋁箔層外側的絕緣膜層；所述鋁塑膜的內部空間與所述電芯芯包相匹配，所述熱熔層的材質為C-PP，所述絕緣膜的材質為PET。

本實施例中，所述電芯芯包中，所述負極片和所述正極片均由粘結劑、導電劑、活物質和溶劑攪拌成合漿后將其涂覆在基材上并干燥、輥壓后制成；所述粘結劑為EPDM，所述導電劑為鋁粉，所述活物質包括負極活物質和正極活物質，所述負極活物質為LiNiO₂和LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)，所述正極活物質為硅碳負極材料，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮，所述合漿中加入領域常規(guī)的導電性調節(jié)劑，所述基材包括負極基材和正極基材，所述負極基材的材質為鎳，所述正極基材的材質為銅鎳合金，所述隔離膜的材質為PVDF、PEO和PVDF-HFP；

本實施例中，所述內殼結構中，所述外絕緣層的材質為PE，所述內絕緣層的材質為PP，所述金屬層的材質為鋁。

將所得鋁塑膜鋰離子電池按中國國家標準GB/T 31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》進行針刺試驗，結果不爆炸、不起火，針刺區(qū)域電池溫度穩(wěn)定。

實施例3

本實施例與實施例1基本相同，區(qū)別在于：

本實施例中，所述層狀結構的層數(shù)為六層，所述層狀結構包括所述兩個層狀單元，每個所述層狀單元一設于中間的金屬層，一設于所述金屬層外側的外絕緣層以及一設于所述金屬層內側的內絕緣層。

本實施例中，所述鋁塑膜包括鋁箔層、設于所述鋁箔層內側的熱熔層以及設于所述鋁箔層外側的絕緣膜層；所述鋁塑膜的內部空間與所述電芯芯包相匹配，所述熱熔層的材質為C-PP，所述絕緣膜的材質為PET。

本實施例中，所述電芯芯包中，所述負極片和所述正極片均由粘結劑、導電劑、活物質和溶劑攪拌成合漿后將其涂覆在基材上并干燥、輥壓后制成；所述粘結劑為CMC和EPDM，所述導電劑為氧化鋅，所述活物質包括負極活物質和正極活物質，所述負極活物質為LiMnO₂和LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(0＜x＜1，0＜y＜1)，所述正極活物質為硅基負極材料，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮，所述合漿中加入領域常規(guī)的粘度調節(jié)劑和導電性調節(jié)劑，所述基材包括負極基材和正極基材，所述負極基材的材質為鋁鎳合金，所述正極基材的材質為鎳，所述隔離膜的材質為PAN；

本實施例中，所述內殼結構中，外側的層狀單元中，所述外絕緣層的材質為PVC，所述內絕緣層的材質為PVC，所述金屬層的材質為銅合金；內側的層狀單元中，所述外絕緣層的材質為聚乙聚丙復合聚合物，所述內絕緣層的材質為聚乙聚丙復合聚合物，所述金屬層的材質為鋁合金。

將所得鋁塑膜鋰離子電池按中國國家標準GB/T 31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》進行針刺試驗，結果不爆炸、不起火，針刺區(qū)域電池溫度穩(wěn)定。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。