一种具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳及其制备方法与流程

本发明属于化学电源材料领域，涉及一种具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳及其制备方法。

技术背景

目前圆柱形锂离子电池所用的外壳大多采用普通钢壳，其抗压能力强，不易变形，但是不具备加热功能，这使锂离子电池在低温环境下内阻升高、容量降低、放电效率降低，循环寿命变短。

有人进行了锂电池圆柱形钢壳的研究，例如专利201420574656.x提供了一种圆柱锂电芯钢壳，属于18650圆柱锂电的应用领域，限定了钢壳的直径、厚度高度等；专利201220306855.3提供了一种锂电池钢壳，包括钢制壳筒和钢质壳底，壳底的厚度为1~2mm，可地上设有注液孔。从已经公开的方法可见，目前的研究主要是针对圆柱外壳的材质及尺寸方面，无法实现外壳及单只电芯的加热。

技术实现要素：

为了解决上述问题，提高锂离子电池在低温环境下的使用性能，本发明提供一种具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳及其制备方法，将微米级电加热膜层置于锂离子电池圆柱外壳中，形成了具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳，其具体技术方案如下：

一种具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳，该圆柱外壳套设在圆柱体形状的锂离子电池外部，从外到内依次包括相互紧贴固定的高分子材料层、加热膜层、金属材料层，

所述加热膜层连接有正极端子和负极端子，正极端子和负极端子垂直穿透到高分子材料层的外侧表面，并形成中间鼓起，四周与高分子材料层表面紧贴的实心凸点形状。

进一步的，所述高分子材料层和加热膜层之间通过第一粘结剂层粘结固定，加热膜层和金属材料层之间通过第二粘结剂层粘结固定，

正极端子和负极端子垂直穿透第一粘结剂层和高分子材料层。

进一步的，所述加热膜层的厚度为2~50μm。

进一步的，所述高分子材料层的成分为尼龙、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯的一种或其中任意种组合，所述高分子材料层的厚度为10~50μm。

进一步的，所述粘结剂层的成分为聚氨酯、环氧树脂聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯的一种或其中任意种组合，所述粘结剂层的厚度为2~5μm。

进一步的，所述金属材料层的成分为铁、铁合金、铝、铝合金的一种或其中任意种组合，所述金属材料层的厚度为120~400μm。

进一步的，所述金属材料层的厚度为120~400μm。

具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：准备基材：选取片状的高分子材料层、加热膜层、金属材料层，将其卷曲形成圆管形状，

步骤2：预处理：对高分子材料层的单面和加热膜层的双面进行等离子电晕处理，分别形成对应的处理面，对金属材料层的圆管外部表面进行铬化处理；

步骤3：涂胶：在金属材料层的圆管外部表面涂覆或喷涂粘结剂；

步骤4：包裹加热膜层：将矩形片状的加热膜层的一侧边缘与金属材料层的圆管表面一条轴线对齐，围绕金属材料层的圆管外部表面卷一周，并与相对侧边缘拼接固定，贴合在金属材料层表面；

步骤5：包裹高分子材料层：在步骤4得到的金属材料层和金属材料层（5）复合的圆管表面涂覆或喷涂粘结剂，再将高分子材料层的一侧边缘与金属材料层的圆管表面一条轴线对齐，围绕金属材料层的圆管外部表面卷一周，并与相对侧边缘拼接固定，贴合在加热膜层表面。

进一步的，步骤1中，加热膜层上固定安装正极端子和负极端子，且在高分子材料层的对应位置两个洞，当高分子材料层覆盖在加热膜层上时，正极端子和负极端子刚好从对应的两个洞中穿过。

进一步的，所述步骤4中在包覆加热膜层过程中，在逐渐贴合的过程中，同步给加热膜层施压，

步骤5中在包覆高分子材料层过程中，在逐渐贴合的过程中，同步给高分子材料层施压，

在步骤4和步骤5完成后，在其表面抱紧施压，并维持直到粘结剂凝固。

有益效果：本发明有效解决锂离子电池在低温环境下内阻升高、容量降低、放电效率降低，循环寿命变短的问题，有效提升了圆柱锂离子电池的低温使用性能，同时，有效解决圆柱锂离子电池在低温环境下的易析锂、容量降低、循环寿命短等弊端，此外，本发明的外壳制造工艺便于实施，易于生产加工。

附图说明

图1为本发明的锂离子电池圆柱外壳结构的局部剖面图，

图2为本发明的锂离子电池圆柱外壳的立体图，

图中：1—高分子材料层，2—第一粘结剂层，3—加热膜层，4—第二粘结剂层，5—金属材料层，6—正极端子，7—负极端子，8—锂离子电池圆柱外壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明专利，应理解这些实施例仅用于说明本发明专利而不用于限制本发明专利的范围，在阅读了本发明专利之后，本领域技术人员对本发明专利的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

结合图1和图2，可见本专利的结构为从外到内依次包括相互紧贴固定的高分子材料层1、第一粘结剂层2、加热膜层3、第二粘结剂层4、金属材料层5，加热膜层3连接有正极端子6和负极端子7，正极端子6和负极端子7垂直穿透到高分子材料层1和第一粘结剂层2，并在高分子材料层1外侧表面形成中间鼓起，四周与高分子材料层1表面紧贴的实心凸点形状。各层层叠固定形成复合的空心圆管结构，其内部用于装入圆柱形的锂离子电池，整体构成锂离子电池圆柱外壳8。

下面给出几个制作本具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳的制备方法的几个具体实施例：

实施例一

首先，制备壁厚为120μm的铁合金圆柱形桶状基底；

第二，参考图1，在桶状基底外部涂布叠加厚度为2μm的聚氨酯粘结剂层；

第三，参考图1，在步骤2的基础上涂布叠加厚度为2μm的加热膜层，并保证加热膜层的正负极端子由足够的长度，便于后续加工；

第四，参考图1，在步骤3的基础上涂布叠加厚度为2μm的环氧树脂聚偏氟乙烯粘结剂层；

第五，参考图1，在步骤4的基础上涂布叠加厚度为10μm的尼龙高分子材料层；

第六，参考图2，利用干法使各层贴合紧密并保证加热膜层的正负极端子置于最外，最终得到壁厚为136μm具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳。

实施例二

首先，制备壁厚为400μm的铝合金圆柱形桶状基底；

第二，参考图1，在桶状基底外部涂布叠加厚度为5μm的聚氨酯、环氧树脂聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯混合粘结剂层；

第三，参考图1，在步骤2的基础上涂布叠加厚度为50μm的加热膜层，并保证加热膜层的正负极端子由足够的长度，便于后续加工；

第四，参考图1，在步骤3的基础上涂布叠加厚度为5μm的聚氨酯、环氧树脂聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯混合粘结剂层；

第五，参考图1，在步骤4的基础上涂布叠加厚度为50μm的尼龙、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯混合高分子材料层；

第六，参考图2，利用热法使各层贴合紧密并保证加热膜层的正负极端子置于最外，最终得到壁厚为510μm具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳。

实施例三

首先，制备壁厚为200μm的铝合金圆柱形桶状基底；

第二，参考图1，在桶状基底外部涂布叠加厚度为3μm的聚丙烯酸酯粘结剂层；

第三，参考图1，在步骤2的基础上涂布叠加厚度为20μm的加热膜层，并保证加热膜层的正负极端子由足够的长度，便于后续加工；

第四，参考图1，在步骤3的基础上涂布叠加厚度为5μm的聚氨酯粘结剂层；

第五，参考图1，在步骤4的基础上涂布叠加厚度为20μm的聚丙烯高分子材料层；

第六，参考图2，利用干法使各层贴合紧密并保证加热膜层的正负极端子置于最外，最终得到壁厚为248μm具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳。

实施例四

首先，制备壁厚为300μm的铁质圆柱形桶状基底；

第二，参考图1，在桶状基底外部涂布叠加厚度为3μm的环氧树脂聚偏氟乙烯粘结剂层；

第三，参考图1，在步骤2的基础上涂布叠加厚度为35μm的加热膜层，并保证加热膜层的正负极端子由足够的长度，便于后续加工；

第四，参考图1，在步骤3的基础上涂布叠加厚度为4μm的聚氨酯、环氧树脂聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯混合结剂层；

第五，参考图1，在步骤4的基础上涂布叠加厚度为40μm的聚酰胺高分子材料层；

第六，参考图2，利用热法使各层贴合紧密并保证加热膜层的正负极端子置于最外，最终得到壁厚为382μm具有加热功能的锂离子电池圆柱外壳。

将上述的4个实施例制备得到的锂离子电池圆柱外壳应用于圆柱形的锂离子电池表面时，通过给正极端子和负极端子通电，加热膜层发热，使圆柱形锂离子电池得到稳定的加热，锂离子电池使用性能更加稳定。

通过上述的4个实施例也印证了，本专利给出的各层的厚度和材质均是能够让对应的外壳达到很好的发热效果，保护锂离子电池。