一种电池外壳及使用该外壳的锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种电池外壳及使用该外壳的锂离子电池，该电池外壳包括外壳基材和疏松多孔轻质SiO2，所述外壳基材的含量为50~99wt%，所述疏松多孔轻质SiO2的含量为0.5~50wt%。其中，疏松多孔轻质SiO2的结构类似“空心玻璃微珠”，其含有丰富的纳米孔道，但外壳基材的分子颗粒不能进入到疏松多孔轻质SiO2的纳米孔中，且其特殊的疏松多孔结构可与塑料基材形成互穿网络结构。因此，本发明专利技术将疏松多孔轻质SiO2作为填料添加到现有的外壳基材中，一方面能够有效提高外壳的绝缘性能和强度；另一方面，能够有效减轻外壳的重量，从而提高电池的重量能量密度和实际利用效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池
，尤其涉及一种电池外壳及使用该外壳的锂离子电池。
技术介绍
随着社会的快速发展和科技的进步，人们对储能设备的要求越来越高。在众多储能设备中，锂离子电池成为越来越多电动设备的储能装置，如手机，笔记本电脑，个人数码辅助设备，照相投影一体机，电动汽车等。尤其是电动汽车等大型设备，其对电池容量的要求越来越高，为了解决这个问题，可以通过降低电池外壳重量的方式来提高其容量。目前锂离子电池外壳的制造材质主要有三类，分别是铝材、钢材和塑料，因而电池外壳也一般有铝壳、钢壳和软包外壳。其中，铝合金、不锈钢等金属外壳一般用于动力类电池中；而铝塑膜、塑料等外壳一般用于消费类电池中。然而，随着电池小型化、轻量化的发展趋势，目前的电池外壳已渐渐满足不了当前的发展需求，比如将金属外壳用在动力电池上时会增加电池的重量，从而在重量一定的情况下会降低整个电池的容量，这样要想获得足够的容量，就必须增加电池数，最终增加了整个储能设备的重量，为设备带来额外的负担。此外，由于铝材本身具有较好的延展性性，导致其存在硬度低、易磨损的缺陷，因此铝壳的抗冲击、抗挤压性能差。有鉴于此，确有必要对现有的锂离子电池外壳作进一步的改进，使其能够同时具有轻量化和高强度的特性，从而降低锂离子电池的重量，提高电池容量。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于：针对现有电池外壳重量大、硬度低的不足，而提供一种同时具有低重量和高强度特性的电池外壳，从而降低锂离子电池的重量，提高电池的容量。本专利技术的目的之二在于：提供一种使用上述外壳的锂离子电池，该锂离子电池具有较低的重量和较高的容量。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电池外壳，包括外壳基材和疏松多孔轻质SiO2，所述外壳基材的含量为50～99wt％，所述疏松多孔轻质SiO2的含量为0.5～50wt％。其中，相比于常规的结构致密的SiO2，疏松多孔轻质SiO2结构疏松，含有丰富的纳米孔道，但外壳基材不能进入到疏松多孔轻质SiO2的纳米孔中，而且疏松多孔轻质SiO2的粗糙的表面和较高的比表面积可提高外壳的抗折强度，抗拉强度等物理性能。从结构上来看，可将疏松多孔轻质SiO2视为“空心玻璃微珠”，但与空心玻璃微珠相比，疏松多孔轻质SiO2在高速混合机和挤出机的强大外力和高速碰撞作用下不会产生破裂，也不会像空心玻璃微珠那样在高温下产生内部气压升高导致破裂或爆炸的情况。因此，本专利技术将疏松多孔轻质SiO2作为填料添加到现有的外壳基材中，一方面能够有效提高外壳的绝缘性能和强度；另一方面，能够有效减轻外壳的重量，从而提高电池的重量能量密度和实际利用效率。此外，其特殊的疏松多孔结构可与塑料基材形成互穿网络结构，可提高塑料基材的抗拉强度、抗弯强度、韧性和延展性。优选的，所述疏松多孔轻质SiO2的孔径大小为0.1～100nm，孔隙率为45～95％。若孔径过大，外壳基材的分子颗粒很容易填进疏松多孔轻质SiO2的孔道中，无法实现降低外壳重量的目的；若孔径过小，外壳基材的分子颗粒虽然不能进入孔道，然而其自身的比重却增加，同样无法有效降低外壳的重量。若孔隙率过高，容易导致疏松多孔轻质SiO2的分子结构不稳定；若孔隙率过低，起不到减重的作用。优选的，所述疏松多孔轻质SiO2的孔径大小为10～50nm，孔隙率为60～80％。优选的，还包括β-锂霞石，所述β-锂霞石的含量为0.5～10wt％。由于β-锂霞石的热膨胀系数呈各向异性，沿c轴的负膨胀效应很强，沿a轴的正膨胀系数相对较低，因此，其微小结晶体堆积而成的材料的热膨胀系数在宏观上表现为负数，其热膨胀系数约为-6×10-6/℃，且其在25～1000℃温度范围内热膨胀系数基本保持不变，具有很高的稳定性。因此，β-锂霞石的加入能够有效解决电池外壳易发生受热膨胀变形的问题，提高电池外壳的稳定性。优选的，所述疏松多孔轻质SiO2的比表面积为150～500m2/g。其粗糙的表面和较大的比表面积能够有效提高外壳基材的抗折和抗拉强度。优选的，所述疏松多孔轻质SiO2的D50≤10μm。若疏松多孔轻质SiO2的中值粒径D50过大，较难与外壳的塑料基材形成互穿网络结构，从而无法有效提高外壳的韧性、以及抗拉和抗弯强度。优选的，所述疏松多孔轻质SiO2的D50≤5μm。优选的，所述外壳基材为铝材、钢材和塑料中的至少一种。优选的，所述塑料为聚丙稀、聚乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚树脂、氟树脂和硅树脂中的至少一种。一种锂离子电池，包括裸电芯、电解液以及容纳裸电芯和电解液的电池壳体，所述电池壳体为上述的电池外壳。本专利技术的有益效果在于：本专利技术一种电池外壳，包括外壳基材和疏松多孔轻质SiO2，所述外壳基材的含量为50～99wt％，所述疏松多孔轻质SiO2的含量为0.5～50wt％。其中，疏松多孔轻质SiO2的结构类似“空心玻璃微珠”，其含有丰富的纳米孔道，但外壳基材的分子颗粒不能进入到疏松多孔轻质SiO2的纳米孔中，且其特殊的疏松多孔结构可与塑料基材形成互穿网络结构。因此，本专利技术将疏松多孔轻质SiO2作为填料添加到现有的外壳基材中，一方面能够有效提高外壳的绝缘性能和强度；另一方面，能够有效减轻外壳的重量，从而提高电池的重量能量密度和实际利用效率。附图说明图1为疏松多孔轻质SiO2的SEM图。图2为β-锂霞石的SEM图。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术及其有益效果作进一步详细说明，但本专利技术的具体实施方式不限于此。实施例1一种锂离子电池，包括由正极片、隔离膜和负极片依次层叠后卷绕而成的裸电芯、电解液以及容纳裸电芯和电解液的电池外壳。其中，电池外壳由铝基材和疏松多孔轻质SiO2(如图1所示)混合压制而成，铝基材的含量为50wt％，疏松多孔轻质SiO2的含量为50wt％；而且疏松多孔轻质SiO2的D50为10μm，孔径大小为10nm，孔隙率为60％，比表面积为300m2/g。实施例2与实施例1不同的是，电池外壳由铝基材、疏松多孔轻质SiO2和β-锂霞石(如图2所示)混合压制而成，铝基材的含量为45wt％，疏松多孔轻质SiO2的含量为45wt％，β-锂霞石的含量为10wt％；而且疏松多孔轻质SiO2的D50为5μm，孔径大小为50nm，孔隙率为80％，比表面积为450m2/g。其余同实施例1，这里不再赘述。实施例3与实施例1不同的是，电池外壳由铝合金基材和疏松多孔轻质SiO2混合压制而成，铝合金基材的含量为60wt％，疏松多孔轻质SiO2的含量为40wt％；而且疏松多孔轻质SiO2的D50为3μm，孔径大小为25nm，孔隙率为70％，比表面积为250m2/g。其余同实施例1，这里不再赘述。实施例4与实施例1不同的是，电池外壳由铝合金基材、疏松多孔轻质SiO2和β-锂霞石混合压制而成，铝合金基材的含量为50wt％，疏松多孔轻质SiO2的含量为45wt％，β-锂霞石的含量为5wt％；而且疏松多孔轻质SiO2的D50为3μm，孔径大小为25nm，孔隙率为70％，比表面积为250m2/g。其余同实施例1，这里不再赘述。实施例5与实施例1不同的是，电池外壳由钢基材和疏松多孔轻质SiO2混合压制而成，钢基材的含量为70wt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池外壳，包括外壳基材，其特征在于：还包括疏松多孔轻质SiO2，所述外壳基材的含量为50~99wt%，所述疏松多孔轻质SiO2的含量为0.5~50wt%。

【技术特征摘要】
1.一种电池外壳，包括外壳基材，其特征在于：还包括疏松多孔轻质SiO2，所述外壳基材的含量为50~99wt%，所述疏松多孔轻质SiO2的含量为0.5~50wt%。2.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于：所述疏松多孔轻质SiO2的孔径大小为0.1~100nm，孔隙率为45~95%。3.根据权利要求2所述的电池外壳，其特征在于：所述疏松多孔轻质SiO2的孔径大小为10~50nm，孔隙率为60~80%。4.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于：还包括β-锂霞石，所述β-锂霞石的含量为0.5~10wt%。5.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于：所述疏松多孔轻质SiO2的比表面积为150~500m2/...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐大伟，江柯成，王程，谭少希，邹立，黄禹，
申请(专利权)人：东莞塔菲尔新能源科技有限公司，深圳塔菲尔新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44