专利名称：复合塑料及制法及用其制造的封装壳体、锂电池和电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池封装技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池制造的复合塑料、其制备方法及用其制造的锂离子电池封装壳体、锂离子电池和电池组。
背景技术：
锂离子电池的封装壳体是锂离子电池的重要组成部分，目前广泛采用的锂离子电池结构壳体封装主要有三种类型其一，采用钢质外壳封装构成的外壳负极锂离子电池，其二，采用铝质外壳封装构成的外壳正极锂离子电池，其三，采用铝塑复合材料封装构成的隐性外壳正极锂离子电池。在将锂离子电池串联构成电池组时，由于各层级的锂离子电池壳体间存在电位差，在采用上述非绝缘型壳体的锂离子电池串联成组时，极易产生串联层级间的锂离子电池壳体短路，并且在构成高电压电池组时，锂离子电池外壳带电存在操作触电风险，因此必须对锂离子电池外壳进行绝缘处理，满足电池组的安装结构、散热、电气绝缘的技术条件和组装过程的制工程技术安全等方面要求。目前普遍采取在锂离子电池的金属外壳上包覆绝缘薄膜方式处理，此方法虽然可在一定程度上改善成组的电气绝缘性能和组装时的安全性，但由于绝缘包覆材料厚度较薄且与锂离子电池的金属外壳间存在气隙，因而存在系统导热效率较低、绝缘强度较低且易破损、不易形成完全包覆等问题，致使锂离子电池组的散热效果较差、绝缘及散热结构复杂、能量/体积比低、电气绝缘可靠性低、制工程技术安全性低、产品及制工程成本高。采用塑料材料构成锂离子电池外壳，可解决电池组串联层级间的壳体绝缘问题， 可解决高压型电池组制工程技术安全问题，可简化电池间绝缘及散热结构并减小电池组体积。但由于锂离子电池电解液存在腐蚀性、充放电时存在集流热效应、电池封装需要气密闭等技术条件，因而采用一般的工程塑料，不能满足锂离子电池壳体对耐电解液腐蚀性、导热性等方面的技术要求。而现有耐锂离子电池电解液腐蚀的塑料存在导热性差、机械强度较低、脱模后易产生变形等问题。
发明内容
因此，本发明的一目的在于提供一种用于锂离子电池制造的高导热率复合塑料。本发明的又一目的在于提供该复合塑料的制备方法。本发明的又一目的在于提供用该复合塑料制造的锂离子电池封装壳体。本发明的又一目的在于提供用该复合塑料制造的锂离子电池。本发明的再一目的在于提供用该复合塑料制造的锂离子电池构成锂离子电池组。为实现上述目的，本发明提供一种复合塑料，其主要包括按质量百分比计的下列成分复合塑料基体30% 98%，其成分包括一或多种耐锂离子电池电解液腐蚀的塑料材料；
复合补强填料 50%，其成分包括一或多种力学性能改性填充材料；复合导热填料 50%，其成分包括一或多种导热性能改性填充材料。其中，按质量百分比计，所述复合塑料机体中包括聚丙烯0 100%、聚乙烯0 100%及聚偏氟乙烯0 100%。其中，按质量百分比计，所述复合补强填料中包括无机纤维0 100%、有机纤维 0 90%、石棉0 50%及滑石粉0 50%。其中，按质量百分比计，所述复合导热填料中包括氮化铝0 100%、氧化铝0 100%、氮化硼0 100%、氮化硅0 100%、碳化硅0 100%及氧化铋0 100%。本发明还提供一种复合塑料的制备方法，包括步骤一、采用一或多种耐锂离子电池电解液腐蚀的塑料材料按预定配比共混，经干燥、混料、挤出造粒，得到复合塑料基体母粒；采用耐锂离子电池电解液腐蚀的聚丙烯 (Polypropylene，简称 PP)、聚乙烯(polyethylene，简称 PE)、聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，简称PVDF)，通过对材料牌号、组分、配比及共混工艺的设定，以一种塑料或在其中添加一种或多种塑料共混制得复合塑料基体；此步骤得到的复合塑料基体，具有较高的熔融粘接性，可直接用于注塑制造锂离子电池壳体的注液孔熔胶塞等部件；步骤二，采用一或多种力学性能改性填充材料按预定配比共混，经混料、烘干、粉碎，得到复合补强填料；采用无机纤维、有机纤维、石棉、滑石粉等力学性能改性填充材料， 通过对各组分填充材料牌号、纯度、配比及共混工艺的设定，以一种填充材料或在其中添加一种或多种填充材料共混，制得用于复合塑料基体力学性能改性的复合填料；步骤三，将步骤一制得的复合塑料基体和步骤二制得的复合补强填料按预定配比共混，经干燥、混料、挤出造粒，得到增强型复合塑料母粒；在步骤一制得的复合塑料基体中，添加步骤二制得的力学性能改性复合填料，通过对共混配比及共混工艺的设定，共混制得增强型复合塑料；此步骤得到的增强型复合塑料基体，具有较高的机械强度和抗脱模蠕变性，可直接用于注塑制造锂离子电池壳体的极耳折弯定型片及结构支架等部件；步骤四，采用一或多种导热性能改性填充材料按预定配比共混，经混料、烘干、粉碎，得到复合导热填料；采用氮化铝(AlN)、氧化铝(A1203)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、 碳化硅(SiC)、氧化铋(BiO)等导热性能改性填充材料，通过对各组分材料的牌号、纯度、粒径、晶型、配比及及共混工艺的设定，以一种填充材料或在其中添加一种或多种填充材料共混，制得用于导热性能改性的复合导热填料；步骤五，将步骤三制得的增强型复合塑料和步骤四制得的复合导热填料按预定配比共混，经干燥、混料、挤出造粒，得到高导热复合塑料母粒；在步骤三制得的增强型复合塑料中，添加步骤四制得的复合导热填料，通过对共混配比及共混工艺的设定，经干燥、混料、 挤出造粒等工序制成高导热率复合塑料注塑母粒。其中，按质量百分比计，在步骤一中，所述复合塑料基体包括聚丙烯0 100%、聚乙烯0 100 %及聚偏氟乙烯0 100 % ；在步骤二中，所述复合补强填料包括无机纤维0 100%、有机纤维0 90%、石棉0 50%及滑石粉0 50% ；在步骤四中，所述复合导热填料包括氮化铝0 100%、氧化铝0 100%、氮化硼0 100%、氮化硅0 100%、碳化硅0 100%及氧化铋0 100%。其中，按质量百分比计，所述高导热复合塑料包括步骤一制得的复合塑料基体30% 98%、步骤二制得的复合补强填料 50%及步骤四制得的复合导热填料 50%。本发明的复合塑料及其制备方法，采用一种耐锂离子电池电解液腐蚀的塑料或在其中添加一种或多种塑料共混改性后构成复合塑料基体，在复合塑料基体中添加强度改性填料和导热改性填料，对复合塑料基体的导热性、机械强度、脱模尺寸稳定性、耐腐蚀性等技术性能进行改性构成高导热率复合塑料。本发明还提供一种用如前所述的高导热率复合塑料制造的锂离子电池封装壳体， 其中，所述锂离子电池封装壳体由所述高导热率复合塑料制成。制备该锂离子电池封装壳体包括如下步骤步骤1，使用前述技术方案得到的高导热率复合塑料，在该材料的热导率、抗拉伸强度、抗压强度、抗冲击强度、硬度、抗弯曲强度、弹性模量、膨胀系数、固化收缩率、脱模变形率、介电常数、耐电弧特性等参数基础上，结合该材料的脱模稍度和封壳工艺，按照设定的锂离子电池技术条件设计出锂离子电池的封装壳体和相关部件。步骤2，依据步骤1给出的技术条件，设计锂离子电池的装配和封壳工艺。并结合该材料的成型收缩率和熔点温度等技术条件，设计并制造锂离子电池的封装壳体及相关部件注塑成型模具、封装壳体装配工装。步骤3，用步骤2制造的注塑成型模具，制造锂离子电池的封装壳体及相关部件。本发明还提供一种用如前所述的高导热率复合塑料制造的锂离子电池，该锂离子电池的封装壳体由所述高导热率复合塑料制成。按上述步骤1设计的装配和封壳工艺组装单体锂离子电池，可得到采用高导热率复合塑料壳体封装的单体锂离子电池。本发明还提供一种用如前所述的高导热率复合塑料制造的单体锂离子电池构成的锂离子电池组，其中，组成所述锂离子电池组的单体锂离子电池的封装壳体由所述高导热率复合塑料制成。采用高导热率复合塑料壳体封装的单体锂离子电池串联构成电池组， 由于锂离子电池的壳体采用了绝缘型的高导热率复合塑料制造，因而可以将单体锂离子电池直接安装在高导热率的金属材料制成的结构支架上，由此可解决电池组的简化成组结构、高效率热传导、热均衡和散热、电气绝缘、制工程工艺安全问题。综上所述，本发明采用一种耐锂离子电池电解液腐蚀的塑料或在其中添加另一种或多种塑料构成复合塑料基体，在复合塑料基体中添加强度改性填料和导热改性填料，对塑料的导热性、机械强度、脱模尺寸稳定性、耐腐蚀性等技术性能进行改性构成本发明的高导热率复合塑料，本发明还采用该高导热率复合塑料制造锂离子电池的绝缘封装壳体及相应的锂离子电池和锂离子电池组。本发明的高导热率复合塑料及制法及用其制造的封装壳体、锂离子电池和锂离子电池组具有如下有益效果。本发明的高导热率复合塑料及其制备方法，充分满足了锂离子电池封装壳体对导热性、机械强度、尺寸稳定性、耐腐蚀性、绝缘强度、可靠性及寿命等技术条件的高要求。而且，使用该制备方法除最终制得的高导热率复合塑料，制备过程中所得到的复合塑料基体和增强型复合塑料基体分别可直接用来制造锂离子电池壳体的相应部件，以单一的生产工艺满足了锂离子电池壳体不同部分对材料的需求，简化了生产过程并降低了成本。采用本发明的高导热率复合塑料，通过结构设计、工艺设计、注塑成型、成型加工等过程，制得的锂离子电池封装壳体，解决了锂离子电池封装壳体及相关部件的高效率导热问题、绝缘强度问题、机械强度问题、耐电解液腐蚀性问题。使用本发明的高导热复合塑料制成的封装壳体进行封装的锂离子电池，以及进而利用该锂离子电池构成的锂离子电池组，可解决电池组的热传导效率及散热问题、解决电池组的单体锂离子电池间绝缘问题。在成组时可将锂离子电池直接安装在高导热率的金属结构中，提高系统热传导及散热效率、简化电池组散热及电气绝缘结构、提高电池组能量/ 体积比。并且在高压型电池组的组装过程可减少绝缘工艺装备和大幅降低组装生产的制工程技术安全风险，降低生产成本提高生产效率。
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。附图中，图1为本发明复合塑料的制备方法的流程图；图2为本发明复合塑料的制备方法一较佳实施例的流程图；图3A为采用本发明的复合塑料制造的锂离子电池一较佳实施例的外部结构示意图；图;3B为图3A所示锂离子电池的爆炸结构示意图；图4A为采用本发明的复合塑料制造的锂离子电池组一较佳实施例的外部结构示意图，该锂离子电池组采用图3A所示锂离子电池构成；图4B为图4A所示锂离子电池组的爆炸结构示意图。
具体实施例方式结合图1及图2，图1为本发明复合塑料的制备方法的流程图，图2为该制备方法一的基于聚丙烯构成复合塑料基体的较佳实施例的流程图。步骤一将聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、增容剂，按下表配比共混，经共炼和挤出造粒等工序，得到基于聚丙烯构成的复合塑料基体。此步骤得到的复合塑料基体，具有较高的介电常数、较高的韧性、较高的熔融粘接性和较低的成本，可直接用于注塑制造锂离子电池壳体的注液孔熔胶塞等部件。
权利要求
1.一种复合塑料，其特征在于，包括按质量百分比计的下列成分复合塑料基体30% 98%，其成分包括一或多种耐锂离子电池电解液腐蚀的塑料材料；复合补强填料 50%，其成分包括一或多种力学性能改性填充材料；复合导热填料 50%，其成分包括一或多种导热性能改性填充材料。
2.如权利要求1所述的复合塑料，其特征在于，按质量百分比计，所述复合塑料机体中包括聚丙烯0 100%、聚乙烯0 100%及聚偏氟乙烯0 100%。
3.如权利要求1所述的复合塑料，其特征在于，按质量百分比计，所述复合补强填料中包括无机纤维O 100%、有机纤维0 90%、石棉0 50%及滑石粉0 50%。
4.如权利要求1所述的复合塑料，其特征在于，按质量百分比计，所述复合导热填料中包括氮化铝O 100%、氧化铝0 100%、氮化硼0 100%、氮化硅0 100%、碳化硅 0 100%及氧化铋0 100%。
5.一种复合塑料的制备方法，其特征在于，包括步骤一、采用一或多种耐锂离子电池电解液腐蚀的塑料材料按预定配比共混，经干燥、 混料、挤出造粒，得到复合塑料基体母粒；步骤二，采用一或多种力学性能改性填充材料按预定配比共混，经混料、烘干、粉碎，得到复合补强填料；步骤三，将步骤一制得的复合塑料基体和步骤二制得的复合补强填料按预定配比共混，经干燥、混料、挤出造粒，得到增强型复合塑料母粒；步骤四，采用一或多种导热性能改性填充材料按预定配比共混，经混料、烘干、粉碎，得到复合导热填料；步骤五，将步骤三制得的增强型复合塑料和步骤四制得的复合导热填料按预定配比共混，经干燥、混料、挤出造粒，得到高导热复合塑料母粒。
6.如权利要求5所述的复合塑料的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，在步骤一中，所述复合塑料机体包括聚丙烯0 100%、聚乙烯0 100%及聚偏氟乙烯0 100% ； 在步骤二中，所述复合补强填料包括无机纤维0 100 %、有机纤维0 90 %、石棉0 50 % 及滑石粉0 50% ；在步骤四中，所述复合导热填料包括氮化铝0 100%、氧化铝0 100%、氮化硼0 100%、氮化硅0 100%、碳化硅0 100%及氧化铋0 100%。
7.如权利要求5所述的复合塑料的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述高导热复合塑料包括步骤一制得的复合塑料基体30% 98%、步骤二制得的复合补强填料 50%及步骤四制得的复合导热填料 50%。
8.一种用如权利要求1所述的复合塑料制造的锂离子电池封装壳体，其特征在于，所述锂离子电池封装壳体由所述复合塑料制成。
9.一种用如权利要求1所述的复合塑料制造的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的封装壳体由所述复合塑料制成。
10.一种用如权利要求1所述的复合塑料制造的锂离子电池构成的锂离子电池组，其特征在于，组成所述锂离子电池组的锂离子电池的封装壳体由所述复合塑料制成。
全文摘要
本发明涉及一种用于锂离子电池制造的复合塑料、其制备方法及用其制造的锂离子电池和电池组。该复合塑料主要包括按质量百分比计的下列成分复合塑料基体30％～98％，其成分包括一或多种耐锂离子电池电解液腐蚀的塑料材料；复合补强填料1％～50％，其成分包括一或多种力学性能改性填充材料；复合导热填料1％～50％，其成分包括一或多种导热性能改性填充材料。本发明还提供了该复合塑料的制备方法以及用该复合塑料制造的锂离子电池和锂离子电池组。本发明的复合塑料及其制备方法，以及用其制造的锂离子电池和电池组，充分满足了锂离子电池封装壳体对导热性、机械强度、尺寸稳定性、耐腐蚀性、绝缘强度、可靠性及寿命等技术条件的高要求。
文档编号H01M10/058GK102585360SQ20111045997
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者李松, 李鹤 申请人:李松, 李鹤