Патент на изобретение №2331142

(54) ВТОРИЧНАЯ БАТАРЕЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОПРОЧНОГО КОРПУСА БАТАРЕИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к вторичной батарее с высокопрочным корпусом. Техническим результатом изобретения является улучшенная безопасность благодаря способности значительно сократить вероятность воспламенения или взрыва по сравнению с традиционными батареями. Согласно изобретению вторичная батарея имеет электродный узел, установленный в корпусе батареи, выполненном из слоистого листа, состоящего из внешнего слоя покрытия из полимерной пленки, барьерного слоя из металлической фольги и внутреннего уплотнительного слоя из полиолефинового материала, причем металлическая фольга барьерного слоя сформирована из алюминиевого сплава, внешний слой покрытия сформирован из полиэтиленнафталата (ПЭНФ) и/или внешняя поверхность этого внешнего слоя покрытия снабжена слоем полиэтилентерефталата (ПЭТФ), при этом батарея обладает силой сопротивления проникновению колющего предмета более чем 6,5 кгс. 7 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к вторичной батарее с высокопрочным корпусом батареи. В частности, настоящее изобретение относится к вторичной батарее, в которой используется высокопрочный корпус батареи, способный существенно сократить риск проникновения, воспламенения или взрыва по сравнению с традиционными батареями даже в том случае, когда батарея подвергается воздействию внешних физических ударов или нажатию острыми предметами.

Уровень техники

Обычно литий-ионная-полимерная батарея 1, также называемая “карманным элементом”, как показано на фиг.1 и 2, образована из корпусной коробки 2, содержащей внутри себя образуемое ею внутреннее пространство 2a, имеющее заданный размер; крышки 3, соединенной с возможностью поворота с этой корпусной коробкой 2; электродного узла 4, состоящего из катодной пластины 4a, анодной пластины 4b и листа-сепаратора 4c и помещенного на принимающую часть 2a корпусной коробки 2; соединительных деталей 5, выступающих наружу в продольном направлении из краев катодной пластины 4a и анодной пластины 4b электродного узла 4 и катодного вывода 6 и анодного вывода 7, соединенных с соответствующими соединительными деталями 5.

На верхних кромках принимающей электродный узел части 2a корпусной коробки 2 сформированы выступающие горизонтально наружу части 2b, имеющие заданную ширину и предназначенные для термосварки. Кроме того, к центральным частям катодного вывода 6 и анодного вывода 7, соединенных с соответствующими соединительными деталями 5, прикреплены непроводящие изоляционные ленты 8 для предотвращения короткого замыкания между термосварочным аппаратом (не показан) и электродными выводами 6 и 7 в тот момент, когда выступающие части 2b корпусной коробки 2 и кромки 3a крышки 3 сваривают посредством этого термосварочного аппарата, и в то же время для увеличения герметизируемости между соответствующими выводами 6 и 7 и герметизирующими частями 2b и 3a.

Таким образом, батарея изготавливается посредством размещения электродного узла 4, состоящего из катодной пластины 4a, анодной пластины 4b и листа-сепаратора 4c, в принимающей части 2a корпусной коробки 2, нагнетания заданного количества электролита в принимающую часть 2a и уплотнения сваркой выступающих частей 2b корпусной коробки 2 и кромок 3a крышки 3 с использованием термосварочного аппарата (не показан) таким образом, чтобы не вытекал электролит, в состоянии, при котором крышка 3 прижата к корпусной коробке 2.

При этом соединительные детали 5 электродного узла 4 соединены с соответствующими электродными выводами 6 и 7, с прикрепленными к их центральным частям изоляционными лентами 8, и некоторые части этих электродных выводов 6 и 7 и изоляционных лент 8 выступают наружу из корпусной коробки 2 и крышки 3.

Между тем корпусная коробка 2 и крышка 3 соответственно выполнены из внешнего слоя 9a покрытия, сформированного из пленки ориентированного нейлона (OH), барьерного слоя 9b, сформированного из алюминия (Al) и внутреннего уплотнительного слоя 9c, сформированного из пленки литьевого полипропилена (ЛПП), и кромка этого внутреннего уплотнительного слоя 9c покрыта термоплавким слоем (не показан), тем самым, давая возможность плотно зафиксировать между собой выступающие части 2b корпусной коробки 2 и кромки 3a крышки 3 посредством тепла и давления термосварочного аппарата.

Однако традиционные корпусная коробка и крышка, состоящие из внешнего слоя покрытия из ориентированного нейлона (OH), барьерного слоя из алюминия (Al) и внутреннего уплотнительного слоя из литьевого полипропилена (ЛПП) имеют такие проблемы, как проникновение, воспламенение или взрыв из-за своей подверженности повреждениям, когда батарея, состоящая из такой корпусной коробки и крышки, подвергается физическому воздействию или нажатию острыми предметами.

Сущность изобретения

Таким образом, настоящее изобретение было создано с учетом вышеизложенных проблем, и задачей настоящего изобретения является обеспечение вторичной батареи, в которой используется высокопрочный корпус батареи, способный существенно сократить вероятность проникновения, воспламенения или взрыва по сравнению с традиционными батареями даже в том случае, когда батарея подвергается воздействию внешних физических ударов или нажатию острыми предметами.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения вышеупомянутые и другие задачи могут быть решены посредством обеспечения вторичной батареи, имеющей электродный узел, установленный в корпусе батареи, выполненном из слоистого листа, состоящего из внешнего слоя покрытия из полимерной пленки, барьерного слоя из металлической фольги и внутреннего уплотнительного слоя из полиолефинового материала, причем металлическая фольга барьерного слоя сформирована из алюминиевого сплава, внешний слой покрытия сформирован из полиэтиленнафталата (ПЭНФ) и/или внешняя поверхность этого внешнего слоя покрытия снабжена слоем полиэтилентерефталата (ПЭНФ), при этом корпус батареи обладает силой сопротивления проникновению колющего предмета более чем 6,5 кгс.

Таким образом, вторичная батарея в соответствии с настоящим изобретением характеризуется высокой прочностью благодаря тому, что барьерный слой выполнен из металлической фольги для увеличения прочности корпуса батареи в дополнение к закупоривающим функциям, таким как предотвращение попадания или утечки материалов, которые в традиционном уровне техники представляются главной функцией, и внешний слой покрытия или его внешняя поверхность также включают в себя дополнительный слой смолы.

Сила сопротивления проникновению колющего предмета означает усилие проникновения, измеренное согласно методу испытания на прокол 101С Федерального стандарта методов испытаний (FTMS). В этом отношении традиционные корпуса батарей из листа слоистого типа обладают силой сопротивления проникновению колющего предмета в примерно 5,0 кгс, в то время как корпус батареи в соответствии с настоящим изобретением обладает силой сопротивления проникновению колющего предмета в по меньшей мере 6,5 кгс, предпочтительно от 6,5-10,0 кгс, а более предпочтительно от 7,0-8,5 кгс. Можно сказать, что сила сопротивления проникновению колющего предмета в пределах вышеупомянутого диапазона будет гарантировать безопасность батареи относительно вероятности повреждения батареи различными гвоздеобразными предметами в то время, когда батареи находятся в эксплуатации.

Барьерный слой, вносящий свой вклад в увеличенную прочность корпуса батареи, имеет толщину от 20 до 150 мкм. Если толщина барьерного слоя слишком мала, то трудно получить желательные эффекты закупоривания материалов и увеличения прочности. Напротив, если толщина барьерного слоя слишком велика, то это нежелательным образом приводит к пониженной технологичности и увеличенной толщине листа.

Алюминиевый сплав, составляющий этот барьерный слой, демонстрирует различие по своей прочности в зависимости от разновидностей компонентов сплава и включает, например, но без ограничения ими, алюминиевые сплавы №№ 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104 и 3105. Эти алюминиевые сплавы могут использоваться по отдельности или в любой их комбинации. В приведенной ниже таблице 1 показаны разновидности компонентов сплава и их содержания. Остальное, за исключением «прочих», составляет содержание алюминия.

Из вышеупомянутых алюминиевых сплавов в качестве металлической фольги барьерного слоя могут в особенности предпочтительно использоваться сплавы 8079, 1N30, 8021 и 3004.

Полимерная пленка внешнего слоя покрытия предпочтительно имеет толщину 5-40 мкм. Если толщина пленки слишком мала, то трудно получить заданную прочность. Напротив, если толщина пленки слишком велика, то это нежелательным образом приводит к увеличенной толщине листа. Как описано выше, полимерная пленка внешнего слоя покрытия в настоящем изобретении может быть необязательно сформирована из (ПЭНФ) или в ином случае предпочтительно может быть сформирована из пленки ориентированного нейлона.

Когда на внешней поверхности внешнего слоя покрытия необязательно вводится слой ПЭТФ, этот слой ПЭТФ предпочтительно имеет толщину от 5 до 30 мкм. Если толщина пленки слишком мала, то трудно достигнуть эффектов увеличения прочности за счет введения слоя ПЭТФ. Наоборот, если толщина пленки слишком велика, то толщина листа нежелательным образом увеличивается.

Хотя использование пленки ПЭНФ в качестве внешнего слоя покрытия и введение слоя ПЭТФ на внешней поверхности внешнего слоя покрытия является необязательным, вышеупомянутая желательная сила сопротивления проникновению колющего предмета должна быть получена за счет нанесения по меньшей мере одного из этих слоев. Кроме того, совместное нанесение пленки ПЭНФ и слоя ПЭТФ может дополнительно увеличить прочность корпуса батареи.

Электродный узел никоим особым образом не ограничен и, таким образом, также может быть свернутого в рулон типа гелеобразным электролитом или сложенного в стопку (пакетного) типа. Кроме того, нет никакого особого ограничения по конструкции электродного узла до тех пор, пока он может быть установлен в корпусе батареи в соответствии с настоящим изобретением. Например, могут использоваться литий-ионные батареи, литий-ионные-полимерные батареи и литий-полимерные батареи.

Краткое описание чертежей

Упомянутые выше и другие задачи, признаки и другие преимущества настоящего изобретения будут более поняты из следующего подробного описания, рассматриваемого вместе с сопроводительными чертежами, на которых

Фиг.1 схематично показывает вид в перспективе с пространственным разделением деталей и частичное увеличенное поперечное сечение литий-ионной-полимерной батареи карманного типа в соответствии с традиционным уровнем техники;

Фиг.2 схематично показывает вид в перспективе батареи по фиг.1 в собранном состоянии; и

Фиг.3 схематично показывает вид в перспективе с пространственным разделением деталей и частичное увеличенное поперечное сечение литий-ионной-полимерной батареи карманного типа в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Фиг.3 схематично показывает вид в перспективе с пространственным разделением деталей вторичной батареи, в которой используется корпус батареи, состоящий из высокопрочного слоистого листа в соответствии с настоящим изобретением.

Обращаясь к фиг.3, батарея 1 в соответствии с настоящим изобретением, подобно батарее по фиг.1, принимает конструкцию, в которой электродный узел 4 установлен в корпусе батареи, состоящем из корпусной коробки 2 с образованной внутри нее принимающей частью 2a и крышки 3, выполненной заодно и с возможностью поворота на одном краю корпусной коробки 2.

Корпусная коробка 2 и крышка 3 образуют корпус 9 батареи из слоистого листа, состоящего из внешнего слоя 9a покрытия из полимерной пленки, барьерного слоя 9b из металлической фольги и внутреннего уплотнительного слоя 9c из полиолефинового материала, причем внешняя поверхность внешнего слоя 9a покрытия снабжена слоем 9d ПЭТФ, имеющим превосходные прочность на разрыв, ударопрочность и долговечность.

Полимерная пленка внешнего слоя 9a покрытия сформирована из пленки ориентированного нейлона ОН15 или ОН25. Здесь число, добавленное справа от ОН, обозначает толщину. Внешний слой 9a покрытия может быть сформирован из ПЭНФ, имеющего превосходные прочность на разрыв, ударопрочность и долговечность.

Металлическая фольга барьерного слоя 9b сформирована из алюминиевого сплава № 8079, 1N30, 8021 или 3004.

Внутренний уплотнительный слой 9c сформирован из пленки литьевого полипропилена (ЛПП) и имеет толщину от 30 до 150 мкм.

Слоистый лист, составляющий корпус батареи по настоящему изобретению, может быть изготовлен различными способами.

Например, этот слоистый лист может быть изготовлен посредством последовательного наложения пленок и металлической фольги, составляющих соответствующие слои, с последующим их соединением. Соединение может быть выполнено посредством сухого ламинирования или ламинирования прессованием. Сухое ламинирование представляет собой способ, включающий в себя нанесение клея между двумя материалами, высушивание и скрепление двух материалов при температуре и давлении, более высоких, чем комнатная температура и атмосферное давление, с использованием нагревающего валика. Кроме того, ламинирование прессованием представляет собой способ, включающий в себя нанесение клея между двумя материалами и скрепление двух материалов при комнатной температуре под заданным давлением с использованием прессующего валика.

ПРИМЕРЫ

Теперь настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на последующие примеры. Эти примеры предоставлены только для иллюстрации настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие объем и сущность настоящего изобретения.

Примеры 1-4 и сравнительный пример 1

Слоистые листы были изготовлены в соответствии с формулой состава, представленной в таблице 2 ниже. Используя изготовленные таким образом слоистые листы, были получены корпуса батареи карманного типа, имеющие показанную на фиг.3 структуру посредством сухого ламинирования.

Электродный узел сложенного в стопку типа, показанный на фиг.3, устанавливали в соответствующих корпусах батареи, и полученные в результате структуры пропитывали электролитом. Затем корпусную коробку и крышку термически сваривали друг с другом, тем самым, получая аккумуляторные батареи карманного типа.

Силы сопротивления проникновению колющего предмета изготовленных таким образом аккумуляторных батарей были измерены с использованием экспериментального устройства проникновения в батарею (испытательное устройство UTM) при условиях FTMS 101C. Полученные таким образом результаты даны в таблице 3 ниже. Сила сопротивления проникновению колющего предмета на вышеупомянутом устройстве была выражена как измеренное усилие, при котором гвоздеобразный предмет проникал через корпус батареи при надавливании этим предметом на верхнюю поверхность аккумуляторной батареи.

Как можно заметить по таблице 3, было подтверждено, что в традиционную батарею (сравнительный пример 1) гвоздеобразный предмет проникает при усилии 5,0 кгс, в то время как все батареи по настоящему изобретению (примеры 1-4) демонстрируют усилие проникновения более чем 6,5 кгс. Таким образом, можно заметить, что в батареи по настоящему изобретению нельзя легко проникнуть под воздействием различных гвоздеобразных предметов, которые можно принять во внимание во время использования батарей, и, таким образом, их корпусы способны обеспечить безопасность батареи. Также было подтверждено, что батареи согласно примерам 1 и 2, в которых на внешней поверхности внешнего слоя покрытия был добавлен слой ПЭТФ, демонстрировали особенно превосходную механическую прочность.

Промышленная применимость

Как очевидно из приведенного выше описания, батарея в соответствии с настоящим изобретением достигает высокой механической прочности благодаря обеспечению барьерного слоя из алюминиевого (Al) сплава и внешнего слоя покрытия из ПЭНФ и/или дополнительного слоя ПЭТФ. Таким образом, возможно изготовить батарею, имеющую дополнительно улучшенную безопасность благодаря возможности значительно сократить вероятность проникновения, воспламенения или взрыва по сравнению с традиционными батареями даже в том случае, когда батарея подвергается воздействию внешних физических ударов или нажатию острыми предметами.

Хотя в иллюстративных целях были раскрыты предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения, специалисты в данной области техники поймут, что возможны различные модификации, дополнения и замены без отступления от объема и сущности изобретения, раскрытых в нижеследующей формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Вторичная батарея, имеющая электродный узел, установленный в корпусе батареи, выполненном из слоистого листа, состоящего из внешнего слоя покрытия из полимерной пленки, барьерного слоя из металлической фольги и внутреннего уплотнительного слоя из полиолефинового материала, причем металлическая фольга барьерного слоя сформирована из алюминиевого сплава, внешний слой покрытия сформирован из полиэтиленнафталата (ПЭНФ) и/или внешняя поверхность этого внешнего слоя покрытия снабжена слоем полиэтилентерефталата (ПЭТФ), и при этом батарея обладает силой сопротивления проникновению колющего предмета более чем 6,5 кгс.

2. Батарея по п.1, у которой сила сопротивления проникновению колющего предмета находится в диапазоне от 6,5 до 10,0 кгс.

3. Батарея по п.1, в которой барьерный слой имеет толщину от 20 до 150 мкм.

4. Батарея по п.1, в которой алюминиевый сплав выбран из группы, состоящей из алюминиевых сплавов №№ 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 и любой их комбинации.

5. Батарея по п.4, в которой алюминиевый сплав выбран из группы, состоящей из алюминиевых сплавов №№ 8079, 1N30, 8021, 3004 и любой их комбинации.

6. Батарея по п.1, в которой внешний слой покрытия имеет толщину от 5 до 40 мкм.

7. Батарея по п.1, в которой полимерная пленка внешнего слоя покрытия сформирована из полиэтиленнафталата (ПЭНФ) или, в ином случае, сформирована из пленки ориентированного нейлона.

8. Батарея по п.1, в которой слой ПЭТФ имеет толщину от 5 до 30 мкм, когда этот слой ПЭТФ необязательно введен на внешней поверхности внешнего слоя покрытия.

РИСУНКИ