TWI629820B - 電池包覆膜及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本案揭示一種電池包覆膜包含耐電解液層、保護層以及高剛性材料層。高剛性材料層位於耐電解液層與保護層之間。高剛性材料層包含基底層以及至少一金屬陶瓷膜。基底層具有分別朝向耐電解液層與保護層之兩表面。至少一金屬陶瓷膜位於基底層之兩表面中的至少一者上。

Description

電池包覆膜及其製造方法
本案係關於一種電池包覆膜及其製造方法。
鋰電池近年來被廣泛地應用在可攜式電子產品、智慧型手機、以及電動車等領域。此外,鋰電池對於溫度的敏感度高,因此需要確保鋰電池因溫度上升時,熱密封口具有良好的安定性、密封性以及耐熱性。再者,近年來伴隨著電子裝置的小型化以及輕量化,其所搭載之鋰電池或鋰聚合物電池的外包裝材料也需具備輕薄、高阻隔性,並可適用於不同尺寸以及厚度之電池。因此,如何降低電池的外包裝材料的厚度、輕量化外包裝材料,且保持熱密封口具有良好的安定性以及密封性,係本領域所屬技術人員所一直面對的問題。
本案揭示一種電池包覆膜包含耐電解液層、保護層以及高剛性材料層。高剛性材料層位於耐電解液層與保護層之間。高剛性材料層包含基底層以及至少一金屬陶瓷膜。基底層具有分別朝向耐電解液層與保護層之兩表面。至少一 金屬陶瓷膜位於基底層之兩表面中的至少一者上。
本案另提供一種電池包覆膜的製造方法包含沉積金屬陶瓷膜於基底層之相對兩表面的至少一者上,以形成高剛性材料層;形成保護層於高剛性材料層鄰近基底層之兩表面的其中一者的一側;以及形成耐電解液層於高剛性材料層鄰近基底層之兩表面的其中另一者的一側。
1、2‧‧‧電池包覆膜
10、20‧‧‧高剛性材料層
100‧‧‧聚醯胺層
200‧‧‧金屬層
100a、100b‧‧‧表面
100c‧‧‧孔隙
100c1‧‧‧通孔
100c2‧‧‧開口
102a、102b‧‧‧金屬陶瓷膜
16a‧‧‧第一黏著層
16b‧‧‧第二黏著層
12‧‧‧耐電解液層
14‧‧‧保護層
1001~1006‧‧‧步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施方式能更明顯易懂,所附圖式之說明如下:第1A圖繪示依據本案一實施方式之電池包覆膜的剖視圖。
第1B圖繪示第1A圖中高剛性材料層的剖視圖。
第1C圖繪示依據本案另一實施方式之電池包覆膜的剖視圖。
第2圖繪示依據本案另一實施方式之電池包覆膜的剖視圖。
第3圖繪示電池包覆膜的製造方法之一些實施方式的流程圖。
第4A圖至第4F圖繪示依據本案之一實施方式之電池包覆膜於中間製造階段下的剖視圖。
請參照第1A圖。第1A圖繪示依據本案之一實施 方式之電池包覆膜1的剖視圖。如第1A圖所示,於本實施方式中,電池包覆膜包含耐電解液層12、保護層14、高剛性材料層10、第一黏著層16a以及第二黏著層16b。高剛性材料層10包含基底層、金屬陶瓷膜102a以及金屬陶瓷膜102b。於本實施方式中,基底層為聚醯胺層100。
於第1A圖中,高剛性材料層10位於耐電解液層12與保護層14之間。此外,將電池包覆膜1包覆電池時,從接近電池之內層結構至遠離電池之外層結構的配置順序依序為耐電解液層12、高剛性材料層10以及保護層14。高剛性材料層10中的聚醯胺層100具有朝向耐電解液層12之表面100a,且具有朝向保護層14之與表面100b。本實施方式的聚醯胺層100繪示為單層結構。然而,於其他實施方式中,聚醯胺層100可為多層結構。於本實施方式中,聚醯胺層100的材料為聚醯胺,例如:尼龍(nylon)。於高剛性材料層10中,聚醯胺層100可提供輕量化的特性。
於本實施方式中,高剛性材料層10中金屬陶瓷膜102a位於聚醯胺層100之表面100a上,而金屬陶瓷膜102b位於聚醯胺層100之表面100b上。換句話說,金屬陶瓷膜102a位於耐電解液層12與聚醯胺層100之間,而金屬陶瓷膜102b位於保護層14與聚醯胺層100之間。
此外,本實施方式的金屬陶瓷膜102a以及金屬陶瓷膜102b分別繪示為單層結構。然而,於其他實施方式中,金屬陶瓷膜102a或金屬陶瓷膜102b可分別為多層結構。於本實施方式的高剛性材料層10中,金屬陶瓷膜102a及金屬陶 瓷膜102b提供高剛性的特性。此外,金屬陶瓷膜102a及金屬陶瓷膜102b在較薄的厚度下已可提供足夠的結構強度。舉例來說,高剛性材料層10的厚度實質上可約為4um~10um。因此,高剛性材料層10可隨著所包覆的電池外觀而被塑型,且可隔離水或液體進入其所包覆的電池中。
於本實施方式中,金屬陶瓷膜102a及金屬陶瓷膜102b或的材料可包含金屬陶瓷。金屬陶瓷係由陶瓷(ceramic)與金屬(metallic)所組成的複合材料,且具有陶瓷的特性以及金屬的特性。金屬陶瓷中的陶瓷相具有高強度、高硬度、耐磨損、高熔點、抗氧化以及良好的化學穩定性等特性。此外,金屬陶瓷中的金屬相具有良好的金屬韌性以及可塑性等特性。因此,包含此金屬陶瓷膜102a或金屬陶瓷膜102b的高剛性材料層10也可具有前述材料特性。
金屬陶瓷中的金屬可作為等陶瓷材料(例如,氧化物、硼化物或碳化物)的粘合劑。本實施方式所使用的金屬元素可為鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鎢(W)、鉬(Mo)、任何適合的金屬、前述材料之任意組合、或前述材料之任意組合而形成的合金。於一些實施方式中,金屬陶瓷可為金屬基複合材料。進一步來說,本實施方式的金屬陶瓷膜102a及金屬陶瓷膜102b或所使用的金屬陶瓷可為,氧化物基金屬陶瓷、碳化物基金屬陶瓷、氮化物基金屬陶瓷、硼化物基金屬陶瓷、矽化物基金屬陶瓷或上述材料的任意組合。
舉例來說,氧化物基金屬陶瓷可包含氧化鋁(Al2O3)基金屬陶瓷、或氧化鋯(ZrO2)基金屬陶瓷。進一步來 說,於一些實施方式中,氧化鋁基金屬陶瓷可摻雜鉻(Cr)或鉻钼合金(CrMo)。當氧化鋁基金屬陶瓷中的鉻含量或鉻钼合金增加時,摻雜之氧化鋁基金屬陶瓷的機械強度可隨之增加。藉此,包含此金屬陶瓷膜102a或金屬陶瓷膜102b之高剛性材料層10的機械強度可隨之增加。
舉例來說,碳化物基金屬陶瓷可包含碳化鎢(WC)基金屬陶瓷、碳化鈦(TiC)基金屬陶瓷、或碳化鉻(Cr3C2)基金屬陶瓷。進一步來說,於一些實施方式中,碳化物基金屬陶瓷可摻雜鈷(Co)。當碳化物基金屬陶瓷摻雜鈷時,摻雜之碳化物基金屬陶瓷的材料之降伏強度可被增加。此外,舉例來說,摻雜之碳化物基金屬陶瓷的(Rockwell hardness test,HRC)硬度實質上可為80~92,而抗壓強度實質上可為6000兆帊(MPa,10.2kg/cm2)。藉此,包含金屬陶瓷膜102a或金屬陶瓷膜102b之高剛性材料層10的材料之硬度以及材料之降伏強度可被增加。
請參照第1B圖。第1B圖繪示第1A圖中高剛性材料層10的剖視圖。於第1B圖中,高剛性材料層10之聚醯胺層100具有多個孔隙100c。聚醯胺層100的孔隙100c可以是通孔100c1的形式或開口100c2的形式。當孔隙100c為通孔100c1的形式時,孔隙100c之通孔100c1連接位於聚醯胺層100兩側的表面100a以及表面100b(即,通孔100c1貫穿聚醯胺層100)。再者,當孔隙100c為開口100c2的形式時,孔隙100c之開口100c2位於聚醯胺層100中僅連接表面100a的部位或位於聚醯胺層100中僅連接表面100b的部位 而未貫穿聚醯胺層100。
於第1B圖中,金屬陶瓷膜102a或金屬陶瓷膜102b至少填充於聚醯胺層100的孔隙100c中。舉例來說,金屬陶瓷膜102a以及金屬陶瓷膜102b可同時填充於聚醯胺層100的通孔100c1中,且藉由通孔100c1相互連接,以加強高剛性材料層10的結構強度。於實際應用中,本實施方式的聚醯胺層100可為網狀結構,而金屬陶瓷膜102a填充於此網狀結構的孔隙中以加強高剛性材料層10的強度。
請參照第1C圖。第1C圖繪示依據本案另一實施方式之電池包覆膜2的剖視圖。如第1C圖所示,本實施方式之電池包覆膜2所包含之耐電解液層12、保護層14、高剛性材料層20、第一黏著層16a以及第二黏著層16b等元件的結構、功能以及各元件之間的連接關係皆與第1A圖所示之電池包覆膜1大致相同,在此不再贅述。在此要說明的是,本實施方式與第1A圖所示之實施方式的差異之處,在於本實施方式中,以高剛性材料層20取代如第1A圖所示之高剛性材料層10。
於第1C圖中,相較於第1A圖所示之高剛性材料層10,高剛性材料層20僅具有金屬陶瓷膜102a位於聚醯胺層100之表面100a上。然而,本案不以前述結構配置方式為限,於其他實施方式中,高剛性材料層可僅具有金屬陶瓷膜102b位於聚醯胺層100之表面100b上。
請參照回第1A圖。於第1A圖中,本實施方式的保護層14係藉由第一黏著層16a貼附於高剛性材料層10上。於本實施方式中,保護層14為單層結構。於其他實施方式中,保 護層14可為多層結構。於本實施方式中,保護層14的材料可包含聚醯胺或對苯二甲酸酯乙二酯。保護層14具有耐摩擦、延伸性以及抗張強度,包覆於高剛性材料層10外,以保護高剛性材料層10。
本實施方式的耐電解液層12係藉由第二黏著層16b貼附於高剛性材料層10上。於本實施方式中,耐電解液層12為單層結構。於其他實施方式中,耐電解液層12可為多層結構。耐電解液層12的材料可包含聚烯烴(poly olefin hydrocarbon),例如,聚丙烯、聚乙烯、改質聚丙烯、或鑄塑聚丙烯(Cast polypropylene,CPP),但本案不以前述材料為限。本實施方式採用上述材料所製成的耐電解液層12具有熱密封性,以提供足夠的熱封強度,因而隔離水或氣體透過耐電解液層12而進入所包覆的電池中,並進而維持電解液的化學物性。此外,本實施方式的耐電解液層12也可防止高腐蝕性的電解液透過耐電解液層12而流出於電池包覆膜1外,以確保外界環境不受到汙染。
於本實施方式中,電池包覆膜1的第一黏著層16a黏著於耐電解液層12與高剛性材料層10之間。第二黏著層16b黏著於高剛性材料層10與保護層14之間。第一黏著層16a以及第二黏著層16b的材料可為聚烯烴樹脂(polyolefin resin)、聚酯系樹脂(polyester resin)、聚醚系樹脂(polyether resin)、環氧系樹脂(epoxy resin)、任何適合的材料或前述材料之任意組合。第一黏著層16a以及第二黏著層16b的厚度實質上介於3微米(μm)至8微米(μ m)之間。然而,本案不以前述厚度配置為限。於其他實施方式中,任何適合之第一黏著層16a以及第二黏著層16b的厚度皆能應用於本案。
請參照第2圖。第2圖繪示依據本案之另一實施方式之電池包覆膜3的剖視圖。如第2圖所示,本實施方式之電池包覆膜3所包含之耐電解液層12、保護層14、高剛性材料層30、第一黏著層16a以及第二黏著層16b等元件的結構、功能以及各元件之間的連接關係皆與第1A圖所示之電池包覆膜1大致相同,在此不再贅述。在此要說明的是,本實施方式與第1A圖所示之實施方式的差異之處,在於本實施方式中,以金屬層300(於本實施方式中亦可被稱為基底層)取代如第1A圖所示之高剛性材料層10中的聚醯胺層100。
於本實施方式中,金屬層300具有多個孔隙,且金屬陶瓷膜102a或金屬陶瓷膜102b至少填充於孔隙中。舉例來說,本實施方式的金屬層300為網狀結構,而金屬陶瓷膜102a填充於此網狀結構的孔隙中以加強高剛性材料層30的強度。於一實施方式中,金屬層300可為不具孔隙的銅箔。
第3圖繪示電池包覆膜1的製造方法之一些實施方式的流程圖。第4A圖至第4F圖繪示依據本案之一些實施方式之電池包覆膜1於各製造階段下的剖視圖。
儘管本文將所揭示電池包覆膜1的製造方法繪示及描述為一系列步驟或事件,但應瞭解到,並不以限制性意義解讀此類步驟或事件之所繪示次序。舉例而言,除本文繪示及/或描述之次序外,一些步驟可以不同次序發生及/ 或與其他步驟或事件同時發生。另外,實施本文描述之一或多個態樣或實施方式可並不需要全部繪示操作。進一步地,可在一或多個獨立步驟及/或階段中實施本文所描繪之步驟中的一或更多者。具體來說,電池包覆膜1的製造方法包含步驟1001至步驟1006。
於步驟1001中,提供一基底層。於本實施方式中,基底層係藉由熱壓尼龍網所形成的。換句話說,本實施方式的基底層為第1A圖所示之聚醯胺層100。第4A圖繪示對應於步驟1001的一些實施方式。於其他實施方式中,本實施方式的聚醯胺層100可被金屬層200取代,且金屬層200係藉由熱壓金屬網所形成的。進一步來說,金屬層200也可為不經由熱壓的銅箔。
於步驟1002中,分別沉積金屬陶瓷膜102a以及金屬陶瓷膜102b於聚醯胺層100之表面100a以及表面100b上,以與聚醯胺層100共同形成高剛性材料層10。沉積金屬陶瓷膜102a以及金屬陶瓷膜102b的方法包含使用物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD)製程。然而,本案不以此為限。於其他實施方式中,任何適合的沉積製程皆可應用於本案。第4B圖繪示對應於步驟1002的一些實施方式。
於步驟1003中,貼附第二黏著層16b於位於聚醯胺層100的表面100b的金屬陶瓷膜102b上以形成高剛性材料層10。第4C圖繪示對應於步驟1003的一些實施方式。於本實施方式中,第二黏著層16b與聚醯胺層100之間具有金屬陶瓷膜102b。然而,於其他實施方式中,第二黏著層16b可直接 貼附於聚醯胺層100的表面100b上而不需金屬陶瓷膜102b位於其兩者間。
此外,本案中元件的實施例和配置係僅為示例,而非用以限制本案。舉例而言,第一特徵係形成於第二特徵上之敘述可包括第一特徵與第二特徵係直接接觸的實施方式,亦可包括額外特徵形成於第一與第二特徵之間的實施方式,使得第一特徵與第二特徵可非直接接觸。
於步驟1004中,黏合保護層14於高剛性材料層10的一側。第4D圖繪示對應於步驟1004的一些實施方式。
於步驟1005中,貼附第一黏著層16a於聚醯胺層100的表面100a上。第4E圖繪示對應於步驟1005的一些實施方式。
於步驟1006中,黏合耐電解液層12於高剛性材料層10相對於保護層14的另一側,藉此完成電池包覆膜1的製造。於其他實施方式中,也可藉由塗佈的方式將耐電解液層12塗佈於第一黏著層16a遠離表面100a的一側上。第4F圖繪示對應於步驟1006的一些實施方式。
由以上對於本案之具體實施方式之詳述,可以明顯地看出,本案之電池包覆膜的高剛性材料層包含金屬陶瓷膜。金屬陶瓷膜可在較薄的厚度(例如,4微米(μm)至10微米)下提供足夠的結構強度,因此可隨著所包覆的電池外觀而被塑型,且可隔離水或液體進入其所包覆的電池中。此外,於一些實施方式中,基底層具有多個孔隙,且金屬陶瓷膜至少填充於基底層的孔隙中,以加強高剛性材料層的強度,因此電池 包覆膜的厚度還可再進一步縮減。
前述多個實施方式的特徵使此技術領域中具有通常知識者可更佳的理解本案之各方面,在此技術領域中具有通常知識者應瞭解,為了達到相同之目的及/或本案所提及之實施方式相同之優點,其可輕易利用本案為基礎,進一步設計或修飾其他製程及結構,在此技術領域中具有通常知識者亦應瞭解,該等相同之結構並未背離本案之精神及範圍,而在不背離本案之精神及範圍下,其可在此進行各種改變、取代及修正。

Claims (9)

  1. 一種電池包覆膜,包含:一耐電解液層,具有熱密封性;一保護層,具有耐摩擦性;以及一高剛性材料層,位於該耐電解液層與該保護層之間,並包含:一基底層,具有分別朝向該耐電解液層與該保護層之兩表面,其中該基底層為一聚醯胺層或一金屬層,且具有複數個孔隙;以及至少一金屬陶瓷膜,為陶瓷與金屬所組成的複合材料,位於該基底層的該兩表面中的至少一者上,該金屬陶瓷膜至少填充於該些孔隙中。
  2. 如請求項1所述之電池包覆膜,其中該金屬陶瓷膜的材料包含氧化物基金屬陶瓷、碳化物基金屬陶瓷、氮化物基金屬陶瓷、硼化物基金屬陶瓷、矽化物基金屬陶瓷或上述材料的任意組合。
  3. 如請求項1所述之電池包覆膜,其中該金屬層為一銅箔。
  4. 如請求項1所述之電池包覆膜,其更包含一第一黏著層以及一第二黏著層,該第一黏著層黏著於該耐電解液層與該高剛性材料層之間,且該第二黏著層黏著於該高剛性材料層與該保護層之間。
  5. 如請求項1所述之電池包覆膜,其中該耐電解液層的材料包含聚烯烴。
  6. 如請求項1所述之電池包覆膜,其中該保護層的材料包含聚醯胺或對苯二甲酸酯乙二酯。
  7. 一種電池包覆膜的製造方法,包含:沉積一金屬陶瓷膜於一基底層之相對兩表面的至少一者上以形成一高剛性材料層;形成一保護層於該高剛性材料層之相對兩表面的其中一者的一側;以及形成一耐電解液層於該高剛性材料層之該相對兩表面的其中另一者的一側。
  8. 如請求項7所述之電池包覆膜的製造方法,其中沉積該金屬陶瓷膜於該基底層之相對兩表面的至少一者上是使用一物理氣相沉積製程。
  9. 如請求項7所述之電池包覆膜的製造方法,更包含:於該沉積該金屬陶瓷膜之前,熱壓一尼龍網或一金屬網以形成該基底層。
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