本發(fā)明涉及一種電池殼層結構，具體提供一種提升電池安全性的電池殼層結構。

背景技術：

電池的種類繁多，從使用于一般電子設備的3、4號電池，到使用在車上的鉛蓄電池，在生活當中常常都可看到電池的應用。近年來，電子設備發(fā)展快速，為了便于攜帶，各家廠商極力縮小電子設備，如智能型手機，為了能在智能型手機市場中占一席之地，每一年推出的智能型手機的厚度越來越薄，但也使得電池的空間受到限制。

為了用盡智能型手機內部的每一吋空間，具有輕量化、薄型化特色的鋰聚合物電池是最好的選擇。鋰聚合物電池是利用聚合物取代原本的有機溶液，使得電池的外包裝有更多更彈性的選擇，以縮小電池的占用空間，而來追求輕量化及薄型化。

為降低電池殼層的厚度，現(xiàn)有的技術是將聚酰胺薄膜包覆住鋁箔層以構成常規(guī)電池殼層結構。

然而，鋰聚合物電池因具有高能量密度，使用常規(guī)電池殼層結構的鋰離子二次電池，在電池溫度因使用后急遽升高或過熱時可能產生氣體導致膨脹或起火，而有爆炸的危險。

因此，生產電池的廠商除了就鋰離子二次電池本身進行安全性改良外，提供電池殼層的業(yè)者亦致力于開發(fā)可提升安全性 的電池殼層結構。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種電池殼層結構，能很好提升鋰離子二次電池的安全性。

本發(fā)明為了解決其技術問題所采用的技術方案是：一種電池殼層結構，包括氣體吸附層、以及依序形成于所述氣體吸附層上的第一接著層、阻氣層、第二接著層及外保護層，其中，所述氣體吸附層包括第一聚合物及氣體吸附劑；所述阻氣層位于所述第一接著層與所述第二接著層之間，所述第二接著層位于所述阻氣層與所述外保護層之間。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述氣體吸附劑由比表面積大于200m²/g的吸附材料所制成。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述氣體吸附劑由多孔性材料所制成。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述氣體吸附劑選自活性碳、硅膠、沸石、碳酸鈣、滑石粉及氧化鋁所組成群組中的至少一種。

作為本發(fā)明的進一步改進，以所述氣體吸附層的總重量計，所述氣體吸附劑的含量為0.1％至5％。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述第一聚合物為聚烯烴。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述聚烯烴為聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚戊烯。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述第一接著層包括接著劑。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述接著劑由選自聚氨酯樹脂 類、聚酯樹脂類、壓克力樹脂類或聚烯烴樹脂類的接著材料所制成。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述第一接著層還包括自由基捕捉劑，以所述第一接著層的總重量計，所述自由基捕捉劑的含量介于0.5％至10％。

作為本發(fā)明的進一步改進，還包括至少一中間層，該至少一中間層形成于所述氣體吸附層與所述第一接著層之間。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述中間層包括第二聚合物。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述中間層還包括自由基捕捉劑，以所述中間層的總重量計，所述自由基捕捉劑的含量介于0.5％至10％。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述第二聚合物選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚戊烯。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述自由基捕捉劑為用以提供游離的氫的化合物。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述化合物為具有羥基的芳香環(huán)結構化合物。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述自由基捕捉劑選自酚、N,N’-二(2-萘基)對苯二胺、4,4’-硫代雙(6-特丁基間甲酚)、三(丁基甲酚基)丁烷、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,6-二叔丁基對甲酚、及巴比妥酸所組成群組中的至少一種。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述氣體吸附層的厚度為30微米至100微米。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述中間層與所述氣體吸附層 的總厚度為30微米至100微米。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述阻氣層為金屬。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述阻氣層為鋁箔層。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述阻氣層的厚度為30微米至50微米。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述外保護層的厚度為10微米至50微米。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的電池殼層結構藉由于鋰離子二次電池的殼層結構內側貼附氣體吸收層，更優(yōu)的是于正、負極片貼附側上形成氣體吸收層，以隔絕該正、負極片與鋁箔層，通過以含有氣體吸收劑的氣體吸收層取代僅以聚酰亞胺膜包覆住鋁箔層的常規(guī)封裝層，以在鋰離子二次電池中的電解液與正極材料進行電化學反應而產生如H₂、CO、CO₂、烷類與烯類的氣體、雜質或水汽時，能吸附這些氣體、雜質或水汽，避免過多的氣體產生氣脹甚至導致起火等問題產生。因此，使用本發(fā)明電池殼層結構所制得的鋰離子二次軟包電池，能避免因電化學反應進行時所產生的氣體造成該鋰離子二次軟包電池發(fā)生氣脹的缺失，遂能避免因氣脹導致起火等危害，能有效提升使用本發(fā)明電池殼層結構所制得的鋰離子二次軟包電池的安全性，據(jù)以達到提升鋰離子二次電池的安全性的目的。

此外，本發(fā)明電池殼層結構在鋰離子二次電池的阻氣層內各層(如：接著層及/或中間層等)添加自由基捕捉劑(free radical scavenger)，故，當本發(fā)明電池殼層結構于溫度高于120℃時，該自由基捕捉層會產生熔融狀而釋放出自由基捕捉劑，從而能在鋰離子二次電池因過熱爆炸之前，以自由基捕捉 劑迅速捕捉正極材料因高溫釋出的氧而避免燃燒反應發(fā)生。因此，使用本發(fā)明電池殼層結構制得的鋰離子軟包電池，當遇到鋰離子電池因不當使用或出現(xiàn)異常狀況而使電池溫度急遽升高或過熱時，得以在產生危險爆炸之前，阻斷燃燒反應，據(jù)以達到提升鋰離子二次電池的安全性的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述電池殼層結構的第一實施例的剖面結構示意圖；

圖2為本發(fā)明所述電池殼層結構的第二實施例的剖面結構示意圖；

圖3為本發(fā)明所述電池殼層結構的第三實施例的剖面結構示意圖；

圖4為本發(fā)明所述電池殼層結構的第四實施例的剖面結構示意圖；

圖5為本發(fā)明所述電池殼層結構的第五實施例的剖面結構示意圖。

結合附圖，作以下說明：

1——電池殼層結構 10——氣體吸附層

11——中間層 13——第一接著層

14——阻氣層 15——第二接著層

16——外保護層

具體實施方式

以下藉由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉 此技藝的人士可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技藝的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發(fā)明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發(fā)明所揭示的技術內容所能涵蓋的范圍內。于本說明書中所述的“高比表面積的吸附材料”指比表面積大于200m²/g的吸附材料。同時，本說明書中所引用的如：“一”、“二”、“第一”、“第二”及“上”亦僅為便于敘述明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。

第一實施例：

請參閱附圖1所示，其為本發(fā)明所述電池殼層結構的第一實施例的剖面結構示意圖，該電池殼層結構1包括氣體吸附層10、第一接著層13、阻氣層14、第二接著層15及外保護層16。

在本實施例中，所述氣體吸附層10包括第一聚合物及氣體吸附劑。所述第一聚合物通常為聚烯烴，可利用其撓性及包覆性作為接觸的封裝層。舉例而言，該聚烯烴為聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚戊烯。

所述氣體吸附劑由具有高比表面積的吸附材料所制成，其中，通常是指由比表面積大于200m²/g的吸附材料所制成，其中，是以多孔性材料為佳，且該吸附材料對于如：H₂、CO、CO₂、 烷類與烯類的氣體具有高物理吸附能力，舉例而言，該氣體吸附劑包括活性碳、硅膠、沸石及氧化鋁所組成群組中的至少一種。

在較佳實施方式中，以所述氣體吸附層10的總重量計，所述氣體吸附劑的含量為0.1％至5％。氣體吸附劑的添加可通過摻混的方式完成，并使用常規(guī)制膜技術制備氣體吸附層。所述氣體吸附層的厚度介于30微米至100微米。

在本實施例中，形成所述第一接著層13與所述第二接著層15的材質選自聚氨酯樹脂類、聚酯樹脂類、壓克力樹脂類或聚烯烴樹脂類的接著劑材料。通常，所述第一接著層13與第二接著層15的厚度為3微米至5微米。

所述阻氣層14為金屬層，較常使用的是鋁箔層。此外，所述阻氣層的厚度為30微米至50微米，具有較佳的阻氣防滲的功效。

所述外保護層16可為例如尼龍之聚酰胺薄膜或聚酯薄膜(如聚碳酸酯薄膜)或是聚酰亞胺薄膜，其厚度為10微米至50微米。

第二實施例：

請參閱附圖2所示，其為本發(fā)明所述電池殼層結構第一實施例的另一實施方式的剖面結構示意圖。

在第二實施例所示的電池殼層結構中，所述第一接著層13中包括接著劑與自由基捕捉劑，以所述第一接著層13的總重量計，所述自由基捕捉劑的含量介于0.5％至10％。所述接著劑由選自聚氨酯樹脂類、聚酯樹脂類、壓克力樹脂類或聚烯烴樹脂類的接著材料所制成。所述自由基捕捉劑為由用以提供游 離的氫的化合物所制成，該化合物以具有羥基的具芳香環(huán)主結構的化合物為佳，該化合物能提供可游離的氫，使該可游離的氫與自由基結合，進而使該化合物轉變?yōu)楣舱窕旌象w或共振化合物，而這種具有氫提供者的實例包括酚、N,N’-二(2-萘基)對苯二胺、4,4’-硫代雙(6-特丁基間甲酚)、三(丁基甲酚基)丁烷、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,6-二叔丁基對甲酚、及巴比妥酸(Barbituric Acid)等。

第三實施例：

請參閱附圖3所示，其為本發(fā)明所述電池殼層結構的第三實施例的剖面結構示意圖。

附圖3所示的第三實施例與上述第一實施例的差異在于：第三實施例所示的電池殼層結構還包括一層中間層11，所述中間層11形成于所述第一接著層13與所述氣體吸附層10之間。

在本實施例中，所述中間層11包括第二聚合物，優(yōu)選地，所述第二聚合物選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚戊烯。

第四實施例：

請參閱附圖4所示，其為本發(fā)明所述電池殼層結構的第四實施例的剖面結構示意圖。附圖4所示的電池殼層結構中，所述中間層11還包括自由基捕捉劑。優(yōu)選地，以所述中間層11的總重量計，所述自由基捕捉劑的含量為0.5至10重量份。

第五實施例：

請參閱附圖5所示，其為本發(fā)明所述電池殼層結構的第五實施例的剖面結構示意圖。

附圖5所示的第五實施例與上述第三實施例的差異在于：第五實施例所示的電池殼層結構中，具有復數(shù)個所述中間層，形成各該中間層的第二聚合物皆獨立選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚戊烯。

本實施例以含有自由基捕捉劑的該中間層11為例，事實上在本發(fā)明第三～五實施例所得的三個電池殼層結構中，該中間層的組成可為相同或不同，亦即，該中間層可包含自由基捕捉劑或該中間層不含自由基捕捉劑。當該中間層含有自由基捕捉劑時，以該中間層的總重量計，該自由基捕捉劑的含量為0.5％至10％。

以下對本發(fā)明所述電池殼層結構的制備方法進行詳細說明。

制備例1：本發(fā)明第一實施例所示電池殼層結構的制備方法

該電池殼層結構1包括使用含沸石(上海復旭分子篩FX-202)的聚丙稀薄膜(南亞，型號CXDA)作為氣體吸附層10，該氣體吸附層10的厚度為40μm，并于該氣體吸附層10上以聚氨酯樹脂(亞洲電材公司，型號AEM-A1)形成3μm厚的第一接著層13，使用40μm厚的鋁箔層作為阻氣層14，再以聚氨酯樹脂(亞洲電材公司，型號AEM-A2)于該阻氣層14上形成4μm厚的第二接著層15、及使用25μm厚的尼龍薄膜(尤尼吉可，型號EMBLEM 25)作為外保護層16，即制得第一實施例所示的電池殼層結構。

制備例2：本發(fā)明第二實施例所示電池殼層結構的制備方法

與上述制備例1的制備方法大致相同，差別僅在于：在制備例2所制的電池殼層結構中，所述第一接著層13含有自由基捕捉劑，該自由基捕捉劑為N,N'-二(2-萘基)對苯二胺(天擎化工，型號防老劑DNP)，且以所述第一接著層13的總重量計，所述自由基捕捉劑的含量為5％。

制備例3：本發(fā)明第三實施例所示電池殼層結構的制備方法

與上述制備例1的制備方法大致相同，差別僅在于：在制備例3所制的電池殼層結構中，還包括形成于所述第一接著層13與氣體吸附層10之間的中間層11。在本制備例中，使用40μm厚的聚丙稀薄膜(南亞塑料，型號CXDA)作為該中間層11。

制備例4：本發(fā)明第四實施例所示電池殼層結構的制備方法

與上述制備例3的制備方法大致相同，差別僅在于：在制備例4所制的電池殼層結構中，所述中間層11選用40μm厚、且含有3％的N,N'-二(2-萘基)對苯二胺(天擎化工，型號防老劑DNP)的聚丙稀薄膜。

制備例5：本發(fā)明第五實施例所示電池殼層結構的制備方法

與上述制備例4的制備方法大致相同，差別僅在于：在制備例5所制的電池殼層結構中，所述中間層為二層，該二層中間層的材質分別為40μm厚的聚丙稀薄膜(南亞塑料，型號CXDA)、及含有3％的N,N'-二(2-萘基)對苯二胺(天擎化工，型號防老劑DNP)的聚丙稀薄膜。

比較例1：

與上述制備例1的電池殼層結構及制法大致相同，差別僅在于：在比較例1所得的電池殼層結構中，各層結構皆未添加氣體吸附劑。

比較例2：

該電池殼層結構包括形成厚度為40μm且含3％的N,N'-二(2-萘基)對苯二胺(天擎化工，型號防老劑DNP)的聚丙稀薄膜(南亞，型號CXDA)作為自由基捕捉層，于該自由基捕捉層上以聚氨酯樹脂(亞洲電材公司，型號AEM-A1)形成3μm厚的第一接著層13，使用40μm厚的鋁箔層作為阻氣層14，再以聚氨酯樹脂(亞洲電材公司，型號AEM-A2)于該阻氣層14上形成4μm厚的第二接著層15、及使用25μm厚的尼龍薄膜(尤尼吉可，型號EMBLEM 25)作為外保護層16，即制得比較例2的電池殼層結構。

測試例：

將依據(jù)上述制備例1～5、及比較例1～2所制得的電池殼層結構與鋁利用沖殼機沖殼成形，構成長5.0cm、寬3.7cm、厚0.5cm的外殼，并依503759型號規(guī)范，經鋰離子電解液填充灌液及封裝形成鋰電池。將所制得的電池以4.2V充電活化后，再以0.2C放電速率測得平均電容量為1274mAh。

將使用制備例1～5、及比較例1～2所制得的電池殼層結構所制得的503759型號電池進行穿刺實驗，并將熱偶溫度計鑲埋在穿刺實驗所用的釘子上，進行穿刺實驗、量測電池短路點溫度，并將結果記錄于表1。

將依據(jù)上述制備例1～5、及比較例1～2所制得的電池殼 層結構放置于充滿二氧化碳之空間中，并使用二氧化碳氣體分析儀分析吸附前后二氧化碳吸附量，以測試二氧化碳吸附量。

表1：

如表1所示，使用該自由基捕捉層可以提升電池安全性，并降低穿刺時的電池短路點溫度，但若未使用該自由基捕捉劑添加于電池的內部各層，則電池短路點溫度將大于500℃，也無法通過穿刺測試。

相較于比較例1及2，本發(fā)明制備例1～5所得的電池殼層結構皆能通過穿刺實驗，通過氣體吸附層能吸附如H₂、CO、CO₂、烷類與烯類的氣體，具有較佳的氣體吸附效果。

此外，本發(fā)明制備例2、4、5所得的電池殼層結構更藉由在與鋰離子二次電池的阻氣層內各層添加自由基捕捉劑(free radical scavenger)，而非以一般聚合物層作為接觸的封裝層，故由此電池殼層結構制得的鋰離子軟包電池，在遇到鋰離子電池因不當使用或出現(xiàn)異常使電池溫度急遽升高或過熱時，藉由本發(fā)明電池殼層結構于溫度高于120℃時會產生熔融狀 而釋放出自由基捕捉劑的特性，得以在產生危險爆炸之前，以自由基捕捉劑迅速捕捉正極材料因高溫釋出的氧及阻斷燃燒反應，降低電池短路點溫度，從而能提升鋰離子二次電池的安全性。

上述實施方式僅例示性說明本發(fā)明的功效，而非用于限制本發(fā)明，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為在本發(fā)明的保護范圍內。此外，在上述實施方式中各組件的數(shù)量僅為例示性說明，亦非用于限制本發(fā)明。