[实用新型]电池外壳及带有该外壳的锂离子电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池技术，尤其涉及一种电池外壳及带有该外壳的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自1990年在日本问世和1993年在全球规模生产以来，已经经历了三代产品的发展过程，每一代产品的发展进步都是以锂离子电池外壳形式的更新换代为主要标志：第一代为不锈钢壳锂离子电池，第二代为铝壳锂离子电池，第三代为软包装锂离子电池或称软包装聚合物锂离子电池。锂离子电池外壳的改变，与新型电池材料的应用相结合，推动了电池容量的提升和电池安全性的改善。在短短十几年中，锂离子电池因其它电池(镍镉和镍氢电池)所不可比拟的卓越性能而快速发展，在全球数百亿美元的数码电池产品市场中，锂离子电池作为高技术新能源产品已广泛地应用于手机、笔记本电脑、手提电脑、个人数字助理、数码摄像机、数码相机、便携式DVD/VCD/CD和MP3播放机等，已成为各种现代移动通讯装置和电子设备不可缺少的部件，为在移动中从事各种商务活动例如办公、通讯、管理、控制和在移动中娱乐提供了许多方便。但是，随着技术的更新和发展，市场对移动电源提出了更高的要求，例如更薄、更轻、更高能量密度、更安全和更低价格等。

使用铝壳替代不锈钢壳后，铝壳锂离子电池的容量和安全性都有所提高，但是，仍然存在如下缺陷：

铝壳开模的费用高，周期长。每开发一个新规格型号的铝壳，需要投入数万元至数十万元模具费、数周甚至数月的设计和试制时间。这些不仅增加了电池生产商的新产品开发成本，而且，面对瞬息万变的市场，较长的开发时间周期，降低了电池企业的市场竞争力；

对于容量超过2000mAh的电池来说，铝壳锂电池的安全性仍然无法达到国家和国际标准，容量大于2000mAh的铝壳锂电池容易发生爆炸事故，导致人身伤害和财产损失，因此，铝壳只用于生产容量小于2000mAh的小型锂离子电池。

最近几年来逐步推广使用第三代软包装锂离子电池，改善了铝壳锂离子电池使用过程中易发生起火和爆炸等安全性问题。然而，从技术性能来说，现有软包装锂离子电池仍然存在如下缺陷：

软包装锂离子电池的外壳使用的是柔软铝塑复合薄膜，很容易发生鼓胀和变形。特别是在环境温度变化时，电解液容易发生体积膨胀，甚至气化，导致电池内部结构厚度急剧增加，直接以电池整体厚度的增加反应出来，导致电池外形尺寸的明显超标，超过技术指标要求的几倍甚至十几倍，库存的电池因无法装配而报废，已经装配在移动电子装置中的电池，可能因电池的体积膨胀损坏周围的元器件，导致该电子装置失效和报废；

由于软包装锂离子电池外壳材料铝塑复合薄膜没有刚性和机械强度，在电解液体积膨胀时，铝塑复合薄膜外壳随即鼓胀变形，正、负电极片和隔膜这三个电池元件之间的距离增大，甚至分离，电池的一系列电化学特性将会变差，例如，电池内阻增加，放电容量减少，循环寿命降低，电池的各项功能将迅速衰退和失效；

软包装锂离子电池外壳密封性较差，外壳密封不良的缺陷在生产工程中无法检验和消除。只有到了客户手中，外壳密封不良的缺陷以电解液泄漏的方式被发现，对电池周围的元器件产生化学腐蚀，此时已经造成损失，软包装锂离子电池外壳密封不良导致的电池鼓胀漏液比例非常高，是软包装锂离子电池推广使用中的最大问题；

柔软铝塑复合薄膜容易受到外力的划伤、压痕、冲击和损坏，轻则损坏电池外观、导致电池品质降级，重则损坏电池、导致电池失效；

铝塑复合薄膜是软包装锂离子电池的主要元件之一，长期以来，国产铝塑复合薄膜材料无法达到电池外壳包装的技术要求，长期依赖从国外进口，导致材料成本高，供货受到限制；

在现有三代锂离子电池中，软包装锂离子电池的外壳壳壁厚度最小，在相同电池外形尺寸条件下，可填充的电池材料最多，因此，软包装锂离子电池的容量最大。然而，在电池实际应用中，软包装锂离子电池的外壳表面还需要粘贴和包裹上一层厚度为0.1mm的金属皮(铝、铜或不锈钢)。其原因为①软包装锂离子电池的外壳太柔，没有机械强度，在电池装配和使用过程中，外壳容易被刺破、划伤或损坏；②锂离子电池是一个电阻、电容和电感混合体，电池工作时会对外产生电磁辐射，对电池周围的电子线路产生很强的干扰效应。金属壳锂离子电池的干扰被其金属外壳屏蔽掉了。软包装锂离子电池的外壳表面是电绝缘体-塑料，不能对电池内部的电磁辐射产生有效屏蔽，需要使用一层金属箔片包裹在软包装锂离子电池的外壳表面。如果将软包装锂离子电池的外壳及其金属包裹层一起计算，则其体积能量密度甚至比钢壳锂离子电池还低。