專利名稱：安全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰電池技術(shù)，特別是安全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池。
背景技術(shù)：
鋰電池具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 電壓高，單體電池的工作電壓高達(dá)3.6 3.9V，是Ni-Cd、 Ni-MH電池的3 倍；
(2) 比能量大；
(3) 循環(huán)壽命長；
(4) 安全性能好，無公害，無記憶效應(yīng)；
(5) 自放電小，室溫下充滿電的鋰離子電池儲存l個月后的自放電率為10%左 右；
(6) 可快速充放電；
(7) 工作溫度范圍高，工作溫度為-25。C 45。C，隨著電解質(zhì)和正極的改進(jìn)， 有望能擴(kuò)寬到-40。C 70。C;
在我國大力發(fā)展清潔能源的政策鼓勵下，作為風(fēng)能、太陽能光伏電池配套利用 的鋰電池具有十分廣闊的應(yīng)用需求。
鋰離子電池也存在著一定的缺點(diǎn)，如
(1) 電池成本較高；
(2) 需要復(fù)雜的技術(shù)保護(hù)措施，否則影響使用壽命，其主要原因之一是，過充 電使電解液分解，產(chǎn)生蒸汽，形成內(nèi)部壓力過高，是電池爆炸的主要原因，有的 導(dǎo)致漏液造成電池報廢，為了克服電池爆炸危險采用了軟封裝材料，通過軟封裝 替代金屬硬封裝，即使電池內(nèi)部形成蒸汽高壓，軟封裝不會象金屬硬封裝那樣應(yīng) 力集中釋放導(dǎo)致爆炸，而是，當(dāng)達(dá)到一定壓力時，軟材質(zhì)即在某一封口處發(fā)生破 裂，破裂后迅速泄壓，避免爆炸的危險，但是軟包裝又出現(xiàn)了另外一個問題，艮P， 軟包裝材料是有機(jī)高分子薄膜材料作為封裝材料，通常由聚酰胺類聚合物薄膜， 中間層鋁薄，聚丙烯薄膜多層結(jié)構(gòu)組成，其密封結(jié)構(gòu)是聚丙烯薄膜，聚丙烯薄膜 在受熱時溶解融合成密封層，但是，電池電芯的密封導(dǎo)電電極引出段通常都是純 銅或其它金屬導(dǎo)電材料，聚丙烯薄膜與密封導(dǎo)電電極金屬結(jié)合處往往出現(xiàn)因電池 充電放電發(fā)熱引起熱脹冷縮的應(yīng)力變化破壞，因反復(fù)交變熱脹冷縮的應(yīng)力變化引起該密封結(jié)構(gòu)失效，造成電池?fù)p壞，是軟封裝鋰電池最突出的缺陷，也是現(xiàn)有鋰 電池使用壽命短而造成使用成本高的主要原因。
為了克服電池的密封導(dǎo)電電極引出處的密封缺陷，有的電池采用了專門粘接技 術(shù)，實(shí)踐中，對材質(zhì)不同的金屬與非金屬之間的粘接一直是密封技術(shù)的難題，因 為鋰電池以醚類和酯類作為電解質(zhì)載體溶劑，密封材料聚丙烯薄膜與銅箔電極 接觸進(jìn)行粘接密封，粘接密封處不僅需要保證密封同時還需要耐受醚類和酯類溶 劑。
現(xiàn)有的技術(shù)，鋰電池的導(dǎo)電引出電極通常采用銅箔材料，銅箔和聚丙烯屬于難 粘材料，聚丙烯表面極性低，必須進(jìn)行表面改性處理，使其表面的分子鏈上導(dǎo)人 極性基團(tuán)，提高材料的表面能和粗糙度，消除其表面的弱界面層，以提高難粘材 料的粘附性能和粘接強(qiáng)度。另一方面，銅箔表面的污物必須清除，需要再輔以表 面處理，有利于提高銅箔的耐腐蝕性和附著力，從而能更好地與聚丙烯薄膜進(jìn)行 粘接。銅箔和聚丙烯的粘接劑必須與銅箔和聚丙烯薄膜有很好的粘接外，還要有 耐醚、酯類溶劑性能，對環(huán)境污染小的特點(diǎn)。銅箔的表面通過粗砂打磨，細(xì)砂磨 打磨，然后用丙酮清潔，再用60'C恒溫的7VaO//，《2526>8溶液的氧化處理，然 后，在室溫條件下用《C/^溶液的鈍化，膠粘劑用環(huán)氧樹脂、尼龍6、甲醛二異 氰酸酯混合配方粘接。
上述工藝雖然較好的密封性能，但是，由于粘接的兩種材質(zhì)本身的物理化學(xué)特 性差異，其溫度交變的耐老化特性，在鋰電池整體結(jié)構(gòu)中仍然屬于危險的薄弱環(huán) 節(jié)，大量的早期失效的鋰電池仍然是兩種材質(zhì)粘接處泄漏，導(dǎo)致鋰離子吸潮失效， 因此，改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)是改良鋰電池壽命的重要途徑，尤其是電芯導(dǎo)電銅箔電極現(xiàn) 有的封裝工藝采用了許多污染環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)，在大量生產(chǎn)中，其環(huán)境影響不可 忽視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對現(xiàn)有鋰電池密封導(dǎo)電電極密封處密封失效的問題提供一種安 全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池技術(shù)方案，并且，針對大量生產(chǎn)中環(huán)境影響的工藝 提供一種清潔工藝技術(shù)方案。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，將現(xiàn)有的粘接密封導(dǎo)電電極改進(jìn)為壓緊密封，通過 機(jī)械結(jié)構(gòu)將鋰電池的封裝材料與密封導(dǎo)電電極接觸處的密封壓力達(dá)到高于鋰電 池軟封裝容器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽壓的壓強(qiáng)，此時，鋰電池的封裝材料聚酰胺類聚合物薄膜，中間層鋁薄，聚丙烯薄膜多層結(jié)構(gòu)在受到雙向剛性材料的機(jī)械擠壓相當(dāng)于 一個密封圈，即使鋰電池軟封裝容器內(nèi)產(chǎn)生一定的蒸汽壓也無法穿透機(jī)械擠壓壓 緊的密封圈，雙向剛性材料采用導(dǎo)電材料銅或鋼材質(zhì)，也可以采用其它導(dǎo)電金屬 材料制造，如鋁、鎳制造，通過改進(jìn)鋰電池導(dǎo)電輸出電極的密封方式，通過軟包 封裝復(fù)合鋁膜由鋼質(zhì)箍圈的內(nèi)徑與導(dǎo)電銅管的外徑在受到鉚釘鉚入產(chǎn)生內(nèi)擴(kuò)張 漲緊密封，可以克服密封導(dǎo)電電極與鋰電池的封裝材料聚丙烯薄膜在高低溫交變 條件下密封失效，即使在電池的充放電化學(xué)過程生成一定蒸汽壓，也會由于提高 了鋰電池的整體耐壓性能，達(dá)到在較小的內(nèi)壓不會泄漏，從而提高鋰電池的整體 使用壽命。 積極意義
安全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池技術(shù)方案，有效提高了鋰電池使用壽命起到降 低使用成本的作用，有利我國風(fēng)力電力事業(yè)和太陽能光伏電池的發(fā)展，有利我國 推進(jìn)替代石油動力汽車的電動交通事業(yè)，為節(jié)能減排起到積極作用，安全型封裝 結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池技術(shù)方案，采用非化學(xué)方法的技術(shù)在大生產(chǎn)中應(yīng)用，能減少 污染環(huán)境物質(zhì)的使用，對環(huán)境保護(hù)具有積極意義。


圖1是本發(fā)明安全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池外型平面示圖2是圖1的A—A剖視圖3是是現(xiàn)有軟包封裝鋰電池外型平面示圖4是圖3的B—B剖視圖5是安全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池的密封導(dǎo)電電極封裝結(jié)構(gòu)示圖； 圖6是現(xiàn)有軟包鋰電池軟包封裝導(dǎo)電銅片封裝結(jié)構(gòu)詳圖； 圖7是軟包封裝復(fù)合鋁膜4層結(jié)構(gòu)示圖8是軟包封裝復(fù)合鋁膜3層結(jié)構(gòu)示圖1中，密封導(dǎo)電電極l、軟包封裝復(fù)合鋁膜2;
圖2中，密封導(dǎo)電電極l、軟包封裝復(fù)合鋁膜2、電池芯3; 圖3中，導(dǎo)電銅片la、軟包封裝復(fù)合鋁膜2; 圖4中，導(dǎo)電銅片la、軟包封裝復(fù)合鋁膜2、密封膠3a; 圖5中，外接導(dǎo)電銅片l一l、壓緊鉚釘1一2、鋼質(zhì)箍圈1一3、軟包封裝復(fù)合 鋁膜2、卡緊帽i一5、壓緊鉚釘1~6、內(nèi)接外接導(dǎo)電銅片1一7、電銅管1一8;圖6中，導(dǎo)電銅片la、密封膠3a、軟包封裝復(fù)合鋁膜2;
圖7中，聚丙烯層2al1、聚酰胺類聚合物層2a22、中間鋁層2a22、聚酰胺類 聚合物層2a23;圖8中，聚丙烯層2al、聚酰胺類聚合物層2a3、中間鋁層2a2; 具體實(shí)施例
參照圖l，圖2，圖5，安全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池的密封導(dǎo)電電極1固 定在一端的軟包封裝復(fù)合鋁膜2上，內(nèi)接外接導(dǎo)電銅片l一7分別連接電池芯3 的正負(fù)極，內(nèi)接外接導(dǎo)電銅片l一7由壓緊鉚釘1~6與導(dǎo)電銅管l一8壓緊連接， 導(dǎo)電銅管l一8的另一端由壓緊鉚釘l一2壓緊連接外接導(dǎo)電銅片l一l，導(dǎo)電銅 管1—8的外徑管壁由鋼質(zhì)箍圈l一3箍緊，軟包封裝復(fù)合鋁膜2被壓緊固定在導(dǎo) 電銅管l一8的外徑管壁由鋼質(zhì)箍圈l一3的內(nèi)徑管壁間，當(dāng)壓緊鉚釘1^2，壓 緊鉚釘1—6從導(dǎo)電銅管1_8的內(nèi)徑漲壓壓入管內(nèi)時，軟包封裝復(fù)合鋁膜2被漲 緊在導(dǎo)電銅管1—8的外徑與鋼質(zhì)箍圈l一3的內(nèi)徑間，起到密封圈的作用，為了 進(jìn)一步增大密封面，在鋼質(zhì)箍圈l一3端頭套緊一個卡套帽l一5，軟包封裝復(fù)合 鋁膜2被卡套帽l一5與鋼質(zhì)箍圈l一3端頭套緊壓緊，起到密封圈作用。
依照圖5，外接導(dǎo)電銅片l一l、壓緊鉚釘1^2、鋼質(zhì)箍圈1—3、軟包封裝復(fù) 合鋁膜2、卡緊帽1一5、壓緊鉚釘1~6、內(nèi)接外接導(dǎo)電銅片1一7、電銅管1—8 組成密封導(dǎo)電電極l。
參照圖2，電池芯3，是由鋰離子電池由下述元件組成負(fù)電極(陽極)，在放 電時發(fā)生氧化；正電極(陰極)，放電時發(fā)生還原；電解液，為離子運(yùn)動提供輸 運(yùn)介質(zhì)；隔膜，為電極間提供電子隔離；液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所 用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。 一般正 極使用LiCo02,負(fù)極使用各種碳材料如石墨，同時使用鋁、銅做集流體。
正極可用的材料有鈷酸鋰(LiCo02)、鎳酸鋰(LiNi02)、錳酸鋰(LiMn204) 等；
負(fù)極可用的材料有人造石墨系列、天然石墨系列、焦炭系列等；
隔膜聚乙烯、聚丙稀等組成的單層或者多層的微多孔薄膜；
電解液碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、甲基
乙基碳酸酯等組成的一元、二元或者三元的混合物。 參照圖6，導(dǎo)電銅片la與軟包封裝復(fù)合鋁膜2之間的銅材質(zhì)與聚丙乙烯材質(zhì)
的密封采用密封膠3a，密封膠3a與導(dǎo)電銅片la脫膠密封失效的問題，軟包封裝復(fù)合鋁膜2與密封膠3 a脫膠密封失效的問題被克服。
權(quán)利要求
1、一種安全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池由密封導(dǎo)電電極1、軟包封裝復(fù)合鋁膜2、電池芯3組成，其特征是，軟包封裝復(fù)合鋁膜2在鋼質(zhì)箍圈1-3的內(nèi)徑，導(dǎo)電銅管1-8的外徑間漲緊密封。
2、 按權(quán)利要求1所述的安全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池，其特征是，內(nèi)徑導(dǎo) 電銅管l一8中心有鉚進(jìn)的壓緊鉚釘l一2，壓緊鉚釘1—6。
3、 按權(quán)利要求1所述的安全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池，其特征是，軟包封 裝復(fù)合鋁膜2—面是鋼質(zhì)箍圈l一3的一端，另一面是卡套帽l一5相互壓緊密封。
全文摘要
一種安全型封裝結(jié)構(gòu)的長壽命鋰電池由軟包封裝復(fù)合鋁膜、電池芯、外接導(dǎo)電銅片、壓緊鉚釘、鋼質(zhì)箍圈、軟包封裝復(fù)合鋁膜、卡緊帽、壓緊鉚釘、外接導(dǎo)電銅片、導(dǎo)電銅管組成的密封導(dǎo)電電極組成整體結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的導(dǎo)電銅片與聚丙烯材質(zhì)的密封所采用密封膠密封相比，具有耐壓更高，耐溫度交變老化，密封包材聚丙烯材質(zhì)與導(dǎo)電銅片粘接處脫膠導(dǎo)致密封失效的問題被克服，軟包封裝復(fù)合鋁膜通過機(jī)械壓緊構(gòu)成的容器狀密封包裝，即使在電池的充放電化學(xué)過程生成一定蒸汽壓，也會由于提高了鋰電池的整體包裝耐壓性能達(dá)到在較小的內(nèi)壓不會泄漏的效果，從而提高鋰電池的整體使用壽命。
文檔編號H01M2/06GK101673849SQ20081016574
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者梁 鄧 申請人:梁 鄧