專利名稱：密封電池外殼和密封電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及密封電池外殼和包括密封電池外殼的密封電池。
背景技術：
具有大容量、高輸出功率和高能量密度的諸如鋰電池的二次電池已作為用于驅動車輛和便攜式設備的電源而引起注意。鋰電池包括被封閉在具有無水電解液的電池外殼中的功率生成元件。該功率生成元件包括通過隔離體彼此相對的陰極和陽極。在陰極和陽極中的每一個中，在功率收集元件(諸如金屬膜)的表面上形成主要包括電極活性材料的混合材料層(其能夠接受鋰離子)。濕氣進入鋰電池的電池外殼引起電池性能的下降。具體地，當在電池外殼中存在濕氣時，濕氣與無水電解液起反應并產生氟酸。產生的氟酸腐蝕電池的部件，諸如功率生成元件和電極，并從而使電池性能(諸如電池容量和電池壽命)劣化。因此，要求密封鋰電池的電池外殼，使得濕氣不進入電池外殼。例如，JP-A-2002-245985(對應于 US 2003/0054241 Al，稱為專利文獻 No. I)公開了一種封閉功率生成元件的電池外殼。電池外殼包括其中將由鋁制成的阻擋層放在聚烯烴層之間的層壓膜。通過聚烯烴層的熱熔結合，電池外殼能夠保護密封性質。熱熔結合是簡單的技術并肯定能夠使聚烯烴層熔化。在電池外殼中，層壓膜還在層之間保持電池引線，其從功率生成元件突出。在由鋁制成的阻擋層與電池引線之間設置由例如聚苯硫制成的耐熱基膜從而保護阻擋層與電池引線之間的絕緣。當聚烯烴層被加熱并熔化時，耐熱基膜不變形。因此，阻擋層不與電池引線相接觸。如果在大容量和高輸出功率中使用電池，則電池的溫度增加。另外，如果電池由于某些原因而受到高溫，則電池的溫度增加。當電池的溫度增加時，聚烯烴軟化并高度變形。 當聚烯烴的變形是大的時，在變形部分處可能發(fā)生蠕變失效。因此，濕氣可能會從故障部分進入電池外殼且可能使電池性能劣化，或者電解液可能從電池外殼泄漏。

發(fā)明內容
鑒于前述問題，本發(fā)明的目的是提供能夠在其中長時間密封地封閉功率生成元件的密封電池外殼。本發(fā)明的另一目的是提供包括密封電池外殼的密封電池。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的密封電池外殼包括其中設置了功率生成元件的主體部分和通過熱熔結合來密封主體部分的密封部分。主體部分包括一個或多個主體元件。密封部分包括基于聚芳硫化物(polyarylene sulfide)的樹脂,其具有基于質量的110 ppm或以下的剩余離子濃度。密封電池外殼能夠在其中長時間密封地封閉功率生成元件。根據(jù)本發(fā)明的第二方面的密封電池包括功率生成元件和密封電池外殼。密封電池外殼包括其中設置了功率生成元件的主體部分和通過熱熔結合來密封主體部分的密封部分。主體部分包括一個或多個主體元件。密封部分包括基于聚芳硫化物的樹脂，其具有基于質量的80 ppm或以下的剩余鈉離子濃度。在密封電池中，密封電池外殼能夠在其中長時間密封地封閉功率生成元件。


通過結合附圖進行的以下詳細說明，將更容易清楚本發(fā)明的附加目的和優(yōu)點。在所述附圖中
圖I是示出根據(jù)示例的測試電池的圖2A是示出其中設置了電池引線的密封電池外殼的一部分的截面圖，圖2B是示出密封電池外殼的另一部分的截面圖，并且圖2C是示出根據(jù)示例的密封部分的截面圖3是示出剩余離子濃度與蠕變失效時間之間的關系的圖；以及圖4是示出根據(jù)第一至第七示例的包括在測試電池中的密封部分的構成、層數(shù)目、厚度、剩余離子濃度、共聚物比、濕蒸汽透氣率、載荷撓曲溫度和蠕變失效時間。
具體實施例方式在描述本發(fā)明的實施例之前，下面將描述從本發(fā)明的研究獲得的知識。根據(jù)本發(fā)明人的研究，當使用基于聚芳硫化物的樹脂(基于PAS的樹脂)作為經受熱熔結合的密封部分的材料時，可以穩(wěn)定地將功率生成元件密封地封閉在電池外殼中。在正常使用情況下，基于聚芳硫化物的樹脂不達到發(fā)生蠕變失效的溫度。在其中在直接與金屬接觸的部分處使用基于聚芳硫化物的樹脂的情況下，在苛刻的環(huán)境下可能不會實現(xiàn)充分的穩(wěn)定性。例如，在基于聚芳硫化物的樹脂和金屬元件的接合部分處可能發(fā)生腐蝕。腐蝕由于基于聚芳硫化物樹脂中的殘余離子而發(fā)生，并且可以通過降低剩余離子濃度來限制腐蝕。作為制造基于聚芳硫化物的樹脂的方法，可以使用利用鈉鹽的聚合方法。雖然部分地去除了剩余鈉離子，但完全去除剩余鈉離子需要高成本。通常，基于聚芳硫化物的樹脂包括幾百ppm或以上的剩余離子，諸如鈉離子。即使當基于聚芳硫化物樹脂被用于二次電池時，諸如鈉離子的剩余離子的濃度也沒有被認為有疑點，并且特別是未去除剩余離子。下面將描述根據(jù)本公開的實施例的密封電池外殼和密封電池?？梢詫⒏鶕?jù)本實施例的密封電池外殼應用于任何電池。例如,可以將密封電池外殼應用于無水二次電池,諸如鋰二次電池，其中，濕氣進入功率生成元件引起大的問題。還可以將密封電池外殼應用于其中濕氣的進入不引起問題的電池，因為優(yōu)選的是電池外殼的密封性質是高的。在以下說明中，作為示例，將密封電池外殼應用于鋰二次電池。(密封電池外殼)
根據(jù)本實施例的密封電池外殼包括主體部分和密封部分。在主體部分中，設置了電池的功率生成元件。主體部分可以包括兩個或更多主體元件,并且可以通過將主體元件組合來在其中密封地封閉功率生成元件。主體部分還可以包括通過彎曲或纏繞來封閉功率生成元件的一個主體元件。主體部分還可以具有例如通過壓延形成的凹陷，并且可以在凹陷中設置功率生成元件。主體部分還可以是紐扣電池的外殼(分別充當陰極和陽極)。主體部分還可以充當圓筒形電池或矩形電池(angular battery)的電極。密封部分在功率生成元件被封閉在主體部分中時密封主體部分的接合部分之間的余隙。另外，密封部分接合主體部分的接合部分。被密封部分密封的接合部分的形狀不受限制。優(yōu)選的是接合部分具有大的面積且密封部分的厚度是小的。主體部分可以由金屬(諸如銅、鋁、不銹鋼)、樹脂或其中堆疊了金屬層和樹脂層的層壓膜制成?？梢曰诿芊怆姵赝鈿に璧耐笣衤?、硬度、質量和化學穩(wěn)定性來選擇主體部分的材料。 在主體部分的余隙中，可以設置在電池的內部與外部之間傳遞功率的電池引線。 電池引線可以由諸如金屬的導電材料制成。在被密封部分密封的主體部分的余隙中，可以將電池引線直接接合到密封部分。當采用根據(jù)本實施例的密封部分并將電池引線直接結合到密封部分時，可以限制蠕變失效的發(fā)展。由于未被聚烯烴等覆蓋，蠕變失效在被覆蓋部分處不前進。在其中密封部分通過熱熔結合被附接到的那部分主體部分和電池引線未經受粗糙化處理的情況下，密封電池外殼可以具有高密封性質，并且能夠提高接合強度。主體部分和電池引線的表面可以經受防腐處理。主體部分和電池引線的表面還可以經受鍍覆處理 (例如，向銅鍍鎳)。密封部分密封主體部分的余隙。密封部分的形狀不受限制。如上所述，優(yōu)選的是密封部分具有其中接合主體部分的接合部分的部分具有大的面積且厚度小的板形狀。當在其中密封部分被保持在主體部分的接合部分之間的狀態(tài)下通過熱熔結合來處理具有膜形狀的密封部分時,可以在大面積將主體部分的接合部分結合。因此,可以將主體部分的接合部分緊密地結合，并且能夠限制濕氣進入到密封電池外殼中。當密封部分具有膜形狀時，可以將拉伸比設置為3或以下。還可以將拉伸比設置為2. 5或以下，并且還可以將拉伸比設置為2或以下。由于膜的機械強度通過拉伸而增加，所以通常采用高拉伸比。然而，當膜被拉伸時，熔化時的收縮變大，并且膜在其中膜包括熱熔結合時的收縮的應力的狀態(tài)下被冷卻和凝固。因此，優(yōu)選的是拉伸比是低的。密封部分可以薄薄地覆蓋主體部分的表面。例如，密封部分可以是在其之間保持金屬箔的膜。當密封部分是在其之間保持金屬膜的膜時，可以在其中功率生成元件被設置在主體部分中的狀態(tài)下執(zhí)行熱熔結合。在目前情況下，密封部分的一部分可以充當主體部分的接合部分。在示例中，主體部分可以是金屬膜，附接在主體部分的內部上的密封部分可以是由基于PAS的樹脂制成的膜，并且附接在主體部分的外部上的密封部分可以是由聚烯烴等制成的膜，并且膜可以是層壓的。在另一示例中，主體部分可以是金屬膜，附接在主體部分的內部上的密封部分可以是由聚烯烴等制成的膜，附接在主體部分的外部上的密封部分可以是由基于PAS的樹脂制成的模塊，可以在接合部分處將由基于PAS的樹脂制成的膜折疊，并且可以在由基于PAS的樹脂制成的膜的一部分處執(zhí)行熱熔結合。在這種情況下，與存儲在主體部分中的電解液接觸的密封部分的一部分和通過熱熔結合處理的那部分密封部分可以由不同的材料制成。因此，可以使用適當?shù)牟牧?。被用作密封部分的材料的基于聚芳硫化?PAS)的樹脂是包括重復單元的材料， 在所述重復單元中結合了亞芳基和硫化物(-Ar-S-)作為主要組分。其中，“包括其中結合了亞芳基和硫化物(-Ar-S-)作為主要組分的重復單元的樹脂”包括以下情況。在一個情況下， 其中結合了亞芳基和硫化物的重復單元以及其它組分被包括在同一分子中，并且其中結合了亞芳基和硫化物的重復單元的比基于質量為50%或以上(在下文中稱為改性PAS)。在另一情況下，將由其中結合了亞芳基和硫化物的重復單元制成的聚合物(PAS)與具有其它化學結構的聚合物混合，并且PAS的比基于質量為50%或以上(在下文中，稱為PAS聚合物混合物)。其中結合了亞芳基和硫化物的重復單元可以具有由(-Ar-S-)所指示的雙官能化學結構，并且還可以具有三官能化學結構。當重復單元包括三官能化學結構時，可以在化學結構中引入網(wǎng)絡結構。例如，三官能化學結構包括其中進一步從亞芳基去除一個氫并將三價取代基中的兩個與硫化物結合的情況。具有三官能化學結構的重復單元的含量比為I mol%或以下。亞芳基(Ar)可以包括例如熱流苯撐(_C6H4-)、亞萘基(-C1(IH6-)、亞蒽基、亞菲基、 pyrelyne和coronylene。特別地,苯撐和亞萘基是優(yōu)選的亞芳基。苯撐包括P苯撐、ο苯撐和m苯撐。特別地，P苯撐和m苯撐是優(yōu)選的。亞萘基包括1，2-、1，3-、1，4-、1，6-、1，7_、
I,8_、I, 9-,2, 3-,2, 6-和2，7-亞萘基。亞芳基(Ar)可以包括用以下化學式(I)至(11)表示的亞芳基團中的至少一個
權利要求
1.一種密封電池外殼，包括主體部分，其中設置有功率生成元件，該主體部分包括一個或多個主體元件(11、12)；以及密封部分(21、22)，其通過熱熔結合來密封主體部分，所述密封部分(21、22)包括基于聚芳硫化物的樹脂，所述基于聚芳硫化物的樹脂具有基于質量的110 ppm或以下的剩余離子濃度。
2.根據(jù)權利要求I所述的密封電池外殼，其中所述剩余離子濃度是剩余鈉離子濃度。
3.根據(jù)權利要求I所述的密封電池外殼，其中所述基于聚芳硫化物的樹脂具有80°C或以上的載荷撓曲溫度。
4.根據(jù)權利要求I所述的密封電池外殼,其中所述基于聚芳硫化物的樹脂在具有100 μ m的厚度的膜狀態(tài)下在40°C的溫度和95%的相對濕度下具有15 mL/m2 · 24h/atm或以下的濕蒸汽透氣率。
5.根據(jù)權利要求I所述的密封電池外殼，其中所述密封部分(21、22 )具有內側部分和設置在內側部分的表面上的外側部分，所述內側部分由聚苯硫醚制成，以及所述外側部分由具有與聚苯硫醚不同的構成的基于聚芳硫化物的樹脂制成。
6.根據(jù)權利要求I 5中的任一項所述的密封電池外殼，其中所述基于聚芳硫化物的樹脂是包括(-Ar-S-)的重復單元的聚合物，以及Ar包括用化學式(I)至(11)表示的亞芳基團中的至少一個，具有重復單元的至少5 mo I %和至多30 mo I %的比
7.—種包括功率生成兀件和密封電池外殼的密封電池，該密封電池外殼包括主體部分，其中設置有功率生成元件，該主體部分包括一個或多個主體元件(11、12)；以及密封部分(21、22 )，其通過熱熔結合來密封主體部分，所述密封部分包括具有基于質量的80 ppm或以下的剩余鈉離子濃度的基于聚芳硫化物的樹脂。
全文摘要
本發(fā)明涉及密封電池外殼和密封電池。密封電池外殼包括其中設置有功率生成元件的主體部分和通過熱熔結合來密封主體部分的密封部分(21、22)。該主體部分包括一個或多個主體元件(11、12)。該密封部分(21、22)包括具有基于質量的110ppm或以下的剩余離子濃度的基于聚芳硫化物的樹脂。
文檔編號C08G75/14GK102610769SQ201210018579
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月21日
發(fā)明者中島敦士, 山田學, 深谷淳, 龜岡輝彥 申請人:株式會社電裝