轻量化的固态电池包装材料及其应用的制作方法

本发明涉及固态电池，特别涉及固态电池的包装材料。

背景技术：

1、锂离子电池由于能量密度高，不具有记忆效应，循环寿命长等优点，且作为重要的可持续发展新能源已经被广泛应用到了3c产品、电动汽车、大规模储能和航空航天等领域，由于传统的锂离子电池中含有大量有机电解液，存在易挥发易腐蚀、易燃易爆和热稳定性差等安全隐患，因此在传统的锂离子电池封装工艺中，需要对电池进行严密的保护和封装，常常使用硬质金属材料钢壳原材料或者铝塑膜钢塑膜等软性包装材料。但是此类包装材料在提升电池安全性的同时，也更大程度增加了电池的重量，降低了电池组的整体能量密度，对提升电池组整体质量能量密度带来消极影响。随着固态电池技术的不断发展与成熟，其已成为提高电池安全性，提升电池能量密度的重要手段，与此同时，因为固态电池中无液体电解液或仅含有极少量液体，因此固态电池的漏液风险很小，对于固态电池的包装要求，从常规体系的对电解液耐受性转为隔水隔氧低透水性，为提升电池的能量密度，有必要研究相对安全但是更加轻量化的包装。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了轻量化的固态电池包装材料及其应用，以降低固态电池包装材料的重量，提升固态电池的整体能量密度。因为固态电池本身较强的安全性能，因此对电池的封装材料或者单体电池的封装材料性能要求明显降低，在封装材料的选择和设计中，需尽可能考虑电池的电化学安全性，如不会导致电池发生接触短路等行为，而可不必过多着重于电池的漏液等性能。本发明的轻量化的固态电池包装材料着重考虑高分子聚合物等材料，材料具有质量轻、可塑性强、包装方式多样等特点，且能隔水隔氧，保持电池体系密闭性。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

3、一种轻量化的固态电池包装材料，所述包装材料主要由不导电的轻量化高分子材料制成，为满足电池封装要求，其制成分层结构，包括外层和内层；

4、所述外层由聚乙烯(pe)、低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、聚丙烯(pp)、双向拉伸聚丙烯(opp)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氯乙烯(pvdc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯腈(pan)、尼龙(ny)、酚醛(pf)、脲醛(uf)、环氧(ep)、聚酯(pr)、聚氨酯(pu)、聚甲基丙烯酸甲酯(puma)中的至少一种制成；

5、所述内层由聚乙烯(pe)、低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、聚丙烯(pp)、双向拉伸聚丙烯(opp)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氯乙烯(pvdc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯腈(pan)、尼龙(ny)、酚醛(pf)、脲醛(uf)、环氧(ep)、聚酯(pr)、聚氨酯(pu)、聚甲基丙烯酸甲酯(puma)中的至少一种制成。

6、所述轻量化的固态电池包装材料与传统的电池包装材料如不锈钢等金属壳体或复合铝塑膜等材料不同之处在于，轻量化的固态电池包装材料采用高分子聚合物等作为包装材料，材料具有质量轻、可塑性强、包装方式多样等特点，且能隔水隔氧，保持电池体系密闭性。

7、优选地，所述外层包括低透水性的聚丙烯腈(pan)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)中的至少一种，所述内层包括适合封装粘结的聚丙烯(pp)或聚乙烯(pe)中的至少一种。

8、更优选地，所述外层由质量比为20～60：20～60：10～30：10～50：5～20：5～20的聚丙烯腈(pan)、尼龙(ny)、聚甲基丙烯酸甲酯(puma)、双向拉伸聚丙烯(opp)、聚氯乙烯(pvc)和聚偏二氯乙烯(pvdc)的混合物制成；或所述外层由质量比为20～60：20～60：10～30：10～50：5～20：5～20的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、尼龙(ny)、聚甲基丙烯酸甲酯(puma)、双向拉伸聚丙烯(opp)、聚氯乙烯(pvc)和聚偏二氯乙烯(pvdc)的混合物制成；或所述外层由质量比为20～60：20～60：20～60：10～30：10～50：5～20：5～20的聚丙烯腈(pan)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、尼龙(ny)、聚甲基丙烯酸甲酯(puma)、双向拉伸聚丙烯(opp)、聚氯乙烯(pvc)和聚偏二氯乙烯(pvdc)的混合物制成。

9、更优选地，所述内层由质量比为10～60：10～60：10～30：20～70的聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、聚甲基丙烯酸甲酯(puma)和聚氨酯(pu)的混合物制成；或所述内层由质量比为10～60：10～60：10～30的聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)和聚甲基丙烯酸甲酯(puma)的混合物制成；或所述内层由质量比为10～60：10～60：20～70的聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)和聚氨酯(pu)的混合物制成。

10、优选地，所述外层和所述内层的质量比为15～75：15～75。

11、本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：

12、一种上述的轻量化的固态电池包装材料在化学电源体系的应用。

13、优选地，所述应用为在固态电池中的应用。

14、本发明解决其技术问题所采用的技术方案之三是：

15、一种固态电池，所述固态电池采用了上述的轻量化的固态电池包装材料，即以所述轻量化的固态电池包装材料封装固态电池的内芯。

16、优选地，针对高分子材料可塑性强的优点，使用该材料的包装方式可以是利用制备好的所述轻量化的固态电池包装材料对固态电池的内芯进行封装；或者可以在高分子材料未固化前，将固态电池的内芯浸入未固化的包装材料的原料中，原位固化，生成带有轻量化的固态电池包装材料的固态电池。

17、优选地，所述固态电池为固态锂离子电池。

18、优选地，所述固态电池包括正极材料、负极材料和电解质。

19、通常锂离子电池使用的正极材料都可以在本发明中使用。正极涉及的正极活性物质，可以使用能可逆地嵌入与脱嵌li+的化合物，例如，可以举出用lixmo2或liym2o4(式中，m为过渡金属，0≤x≤1，0≤y≤2)表示的含锂复合氧化物、尖晶石状的氧化物、层状结构的金属硫族化物、橄榄石结构等。作为其具体例子，可以举出licoo2等锂钴氧化物、limn2o4等锂锰氧化物、linio2等锂镍氧化物、li4/3ti5/3o4等锂钛氧化物、锂锰镍复合氧化物、锂锰镍钴复合氧化物；具有limpo4(m＝fe、mn、ni)等橄榄石型结晶结构的材料等等。特别是采用层状结构或尖晶石状结构的含锂复合氧化物是优选的，licoo2、limn2o4、linio2、lini1/2mn1/2o2等为代表的锂锰镍复合氧化物、linil/3mn1/3co1/3o2、lini0.6mn0.2co0.2o2等为代表的锂锰镍钴复合氧化物、或lini1-x-y-zcoxalymgzo2(式中，0≤x≤1、0≤y≤0.1、0≤z≤0.1、0≤1-x-y-z≤1)等含锂复合氧化物。另外，上述的含锂复合氧化物中的构成元素的一部分，被ge、ti、zr、mg、al、mo、sn等的添加元素所取代的含锂复合氧化物等也包含其中。这些正极活性物质，既可单独使用1种，也可2种以上并用。例如，通过同时使用层状结构的含锂复合氧化物与尖晶石结构的含锂复合氧化物，可以谋求兼备大容量化及安全性的提高。

20、通常锂离子电池使用的负极材料都可以在本发明中使用。负极涉及的负极活性物质可以使用能够嵌入-脱嵌锂金属、锂的化合物。例如铝、硅、锡等的合金或氧化物、碳材料等各种材料等可以用作负极活性物质。氧化物可以举出二氧化钛等，碳材料可以举出石墨、热解碳类、焦炭类、玻璃状碳类、有机高分子化合物的烧成体、中间相碳微珠等。

21、通常固态电池使用的电解质材料都可以在本发明中使用，例如为无机型、聚合物型和有机-无机复合型等。

22、本发明所涉及的设备、试剂、工艺、参数等，除有特别说明外，均为常规设备、试剂、工艺、参数等，不再作实施例。

23、本发明所列举的所有范围包括该范围内的所有点值。

24、本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

25、1.本发明使用的包装材料是轻量化的高分子聚合物材料，可以有效降低电池的包装重量，显著提升固态电池的整理质量能量密度。

26、2.本发明使用的包装材料成本可控，相比于传统的硬质金属材料钢壳原材料或者铝塑膜钢塑膜等材料，原料成本更低且制备工艺更加简单。因此，本发明生产成本可控，经济适用，且适合大规模生产制造。

27、3.本发明包装灵活性更强，可以制备多种形态结构的固态电池，考虑到高分子材料的固化原理，甚至可以原位生成电池的包装材料。