專利名稱：聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型二次鋰離子電池的制備方法和生產(chǎn)工藝。該鋰離子電 池使用聚合物電解質(zhì)和超薄金屬殼，既提高了電池容量，也增強(qiáng)了電池的安全 性，還克服了目前技術(shù)生產(chǎn)的聚合物軟包裝電池的各種缺陷，例如，電池的鼓 脹和漏液，以及軟包裝外殼的磨損和破損等，提升了電池的可靠性。該工藝技 術(shù)不僅可以生產(chǎn)應(yīng)用于藍(lán)牙、手機(jī)等電子產(chǎn)品的數(shù)碼電池，而且可以生產(chǎn)大容 量和高功率的動力電池，應(yīng)用于電動車、航空和航天等等大型設(shè)備。
根據(jù)電池外殼使用的不同金屬材料，聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池可以 有不同的名稱。例如，使用超薄鋁殼時，聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池可簡 稱為聚合物鋁殼鋰離子電池、鋁殼聚合物鋰離子電池、聚合物電解質(zhì)鋁殼鋰電 池、聚合物鋁殼鋰電池、鋁殼聚合物鋰電池、鋁殼鋰聚合物電池和聚合物鋁包 鋰電池。使用超薄鋼殼時，聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池可簡稱為聚合物鋼 殼鋰離子電池、鋼殼聚合物鋰離子電池、聚合物電解質(zhì)鋼殼鋰電池、聚合物鋼 殼鋰電池、鋼殼聚合物鋰電池、鋼殼鋰聚合物電池和聚合物鋼包鋰電池。此外， 相對于聚合物軟包裝電池，聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池還可簡稱為聚合物 硬殼鋰離子電池或聚合物硬包鋰離子電池。
背景技術(shù)：
目前，在消費(fèi)者電子和數(shù)碼產(chǎn)品領(lǐng)域中，主要有二種鋰離子電池液態(tài)鋰 離子電池和聚合物鋰離子電池。液態(tài)鋰離子電池使用不銹鋼殼或鋁殼，液體電 解質(zhì)溶液。聚合物鋰離子電池使用鋁一塑料復(fù)合膜作為外殼和聚合物電解質(zhì)。
這二種鋰離子電池分別于1993年和2000年規(guī)模生產(chǎn)以來，以其它電池(鎳鎘 和鎳氫電池)所不可比擬的卓越性能迅速占領(lǐng)了許多市場領(lǐng)域，得到了迅猛的 發(fā)展。作為高技術(shù)新能源產(chǎn)品，液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池已廣泛地 應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、掌上電腦、個人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù) 碼相機(jī)、便攜式DVD/VCD/CD和MP3播放機(jī)等，已成為各種現(xiàn)代移動通訊 設(shè)備和電子設(shè)備不可缺少的部件，為在移動中從事各種商務(wù)活動例如辦公、管 理企業(yè)和在移動中娛樂提供了許多方便。但是，隨著技術(shù)的更新和發(fā)展，市場 對移動設(shè)備電源提出了更高的要求，例如更薄、更輕、任意形狀、更高能量密 度、更安全和更低價格。目前使用的液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池不僅 在薄、輕、任意形狀和能量密度方面都不能滿足要求。而且，由于液態(tài)鋰離子 電池中使用易燃和腐蝕性液體溶液作為電解質(zhì)，其安全性能一直令生產(chǎn)廠商和 用戶擔(dān)心。電池漏液造成電子器件腐蝕和損壞的事故也時有發(fā)生。聚合物軟包 裝鋰離子電池也有其弱點(diǎn)由于使用柔軟、脆弱的鋁一塑料復(fù)合膜作為外殼， 不僅生產(chǎn)過程中的成品率較低、原材料較貴，導(dǎo)致成本上升；而且電池鼓脹、 漏液和外殼破損等缺陷經(jīng)常發(fā)生，不僅致使電池失效，而且，鼓脹和漏液的電 池會損壞電池周圍的電子元器件，導(dǎo)致整個電子裝置損壞和失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利所要達(dá)到的目的是將液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池各 自的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，不僅要滿足市場對于電池更薄、更輕、更大容量和更高能 量密度的要求，而且還要做到更加安全、更加可靠、更低價格和更少缺陷。
本發(fā)明專利所要解決的技術(shù)問題是在金屬殼(鋁殼或鋼殼)中，將液體 電解質(zhì)溶液進(jìn)行聚合化和凝膠化處理，使其固化在正、負(fù)電極片之間，將正電 極/隔膜/負(fù)電極三者緊密粘結(jié)在一起，使(巻繞式或疊片式)電池芯形成一個堅實(shí)的和獨(dú)立的整體。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是使用超薄型金屬 殼(鋁殼或鋼殼)，以便增加電池活性物質(zhì)的填充量；對成分配方進(jìn)行調(diào)整和 對電極設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，在正、負(fù)電極片中使用超高分子量的粘結(jié)劑；在生產(chǎn)過 程中對液體電解質(zhì)溶液進(jìn)行物理或化學(xué)工藝處理，使其聚合化和凝膠化。 本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容有三個方面
第一個方面，使用超薄型金屬殼(鋁殼或鋼殼)，以便增加電池活性物質(zhì) 的填充量，提升電池容量。
現(xiàn)有金屬殼(鋁殼或鋼殼)鋰電池的材料厚度為0.25毫米，二面的總厚度 為0.5毫米。如果將金屬材料厚度減少到0.2毫米，金屬材料厚度減薄20%， 可以多填充O.l毫米厚的電池活性物質(zhì);如果將金屬材料厚度減少到0.15毫米， 外殼壁厚減薄40%，可以多填充0.2毫米厚的電池活性物質(zhì)。在使用相同材料 和不改變極片成分配方的前提下，由于電池中的活性物質(zhì)的總量增加，電池放 電容量將會按比例增長。聚合物鋰電池使用的鋁一塑料復(fù)合膜外殼的厚度約為 0.11毫米，相當(dāng)于現(xiàn)有金屬外殼壁厚0.25毫米的44%。這就是為什么，在使 用相同材料和相同極片成分配方的前提下，聚合物鋰電池的容量比金屬殼鋰電 池的容量高10~20%的原因。將金屬殼電池芯中的液體電解質(zhì)溶液固態(tài)化之后， 金屬殼鋰電池可以象聚合物鋰電池一樣，使用0.11~0.15毫米厚的外包裝材料。
聚合物鋰電池的外殼材料，鋁—塑料復(fù)合膜是由CPP膜/粘接層/鋁箔/粘接 層/尼龍膜等多層薄膜材料粘合而成，其中鋁箔厚度只有0.04毫米，總厚度約 為0.11毫米。鋁—塑料復(fù)合膜非常柔軟，沒有剛性和硬度，電池容易出現(xiàn)鼓脹 和漏液現(xiàn)象。此外，鋁一塑料復(fù)合膜表面容易被劃傷，導(dǎo)致電池外觀不良。本 發(fā)明使用超薄金屬材料作為電池外殼，與普通金屬殼(鋁殼或鋼殼)鋰電池相 比，提升了電池容量，與聚合物鋰電池相比，減少和避免了因使用鋁—塑料復(fù)
合膜作為外殼而產(chǎn)生的缺陷。
第二方面，在生產(chǎn)過程中，使用物理方法對電池中的液體電解質(zhì)溶液進(jìn)行 聚合化和凝膠化處理，使其固化在正、負(fù)電極片之間，將正電極/隔膜/負(fù)電極 三者緊密粘結(jié)在一起，使(巻繞式或疊片式)電池芯形成一個堅實(shí)的和獨(dú)立的整 體，成為聚合物電池芯。
本發(fā)明所提供的技術(shù)措施是在正電極、隔膜、負(fù)電極任何一者或三者表面， 沉積聚合物微粒，當(dāng)電解液注入之后，在外界 顯度和壓力作用下，經(jīng)過一段適 當(dāng)?shù)臅r間，聚合物微粒和電解液發(fā)生膠化反應(yīng)，形成膠體聚合物電解質(zhì)。具體 而言，本發(fā)明所提供的物理方法制備聚合物電解質(zhì)鋁殼鋰離子電池，主要由 正、負(fù)電極復(fù)合元件、位于正、負(fù)電極復(fù)合元件之間的隔膜復(fù)合元件和超薄鋁
殼元件四種元件構(gòu)成，其特征是隔膜復(fù)合元件由以下部分組成(l)具有織網(wǎng)狀 纖維結(jié)構(gòu)的隔膜；(2)作為強(qiáng)力粘接劑的聚合物粘微粒；(3)存在于隔膜表面和微 孔中的聚合物電解質(zhì)；其中聚合物粘性微粒均勻分布在膠態(tài)電解質(zhì)中并沉積在 位于正電極復(fù)合元件與隔膜復(fù)合元件之間和負(fù)電極復(fù)合元件與隔膜復(fù)合元件 之間的各復(fù)合元件的表面上。也就是說，本發(fā)明是以聚合物微粒和膠態(tài)聚合物 電解質(zhì)作為粘結(jié)劑，將正電極/隔膜/負(fù)電極三者緊密粘結(jié)在一起，使電芯包括 巻繞式和疊層式形成一個堅實(shí)的和獨(dú)立的整體，電池芯不再依賴剛性殼體為其 提供剛性和強(qiáng)度支持。電池在充放電的過程中，電池芯本身不會發(fā)生膨脹、松 散和變形，始終保持自身的強(qiáng)度和剛性。
本發(fā)明所述的聚合物粘性微?？梢栽谝韵露喾N化學(xué)聚合物中選擇一種 聚乙烯酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚偏1， 1-二 氟乙烯、聚乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚環(huán)氧乙烷和聚氨基甲酸 酯。所述的聚合物粘性微粒的尺寸在5納米至200微米之間。所述的隔膜復(fù)合元件中的隔膜可以是聚乙-丙烯膜復(fù)合體、聚烯烴膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜和 聚甲基戊烯膜中的任意一種。隔膜的微孔尺寸在0.1至2微米之間，隔膜的微
孔率在25%至65%之間。
按照本發(fā)明所提供的電池與工藝技術(shù)條件進(jìn)行的生產(chǎn)操作，可以解決的
問題和達(dá)到的目標(biāo)分述如下
(1) 增加電池容量
不斷提升電池容量是市場和客戶的持久希望與要求。使用現(xiàn)有正、負(fù)極 材料和在用戶確定的有限電池體積空間內(nèi)，電池生產(chǎn)商不斷提升電池產(chǎn)品容量 的基本方法是，在增加電池活性物填充量的同時，有效控制電池體積，尤其是 厚度不變。在液態(tài)金屬殼鋰離子電池中，電池芯是一個沒有自身剛性和強(qiáng)度的 軟體，其中充滿有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)溶液，電池的體積，尤其是厚度的控制完全依 賴電池金屬外殼的剛性和強(qiáng)度。如果只是簡單地增加電池活性物填充量，而不 采用相應(yīng)的厚度控制機(jī)制，不但電池芯可能因?yàn)槌穸鵁o法裝入金屬殼中，即 使勉強(qiáng)裝入金屬殼中，在電池注液和化成之后，電池芯中正、負(fù)電極片會產(chǎn)生 反彈和膨脹，導(dǎo)致電池體積尤其是厚度超標(biāo)。此外，有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)溶液可能 因溫度變化而產(chǎn)生膨脹，在電池充放電過程中產(chǎn)生氣泡，這些都會以電池體積 超標(biāo)，尤其是厚度膨脹的方式表征出來。按照本發(fā)明提供的工藝方法，以聚合 物微粒和膠態(tài)聚合物電解質(zhì)作為粘結(jié)劑，將正電極/隔膜/負(fù)電極三者緊密粘結(jié) 在一起，電池芯包括巻繞式和疊片式構(gòu)成一個堅實(shí)的和獨(dú)立的整體，電池芯不 再依賴岡帷金屬殼體為其提供剛性和強(qiáng)度支持。電池在充放電的過程中，電池 芯中充滿固態(tài)聚合物電解質(zhì)，不會產(chǎn)生氣泡，電池芯本身不會發(fā)生膨脹、松散 和變形，始終保持自身的強(qiáng)度和剛性。在電池芯體積得到有限控制的前提下， 增加活性物的填充量，可以顯著增加電池的容量。
(2) 提高電池的安全性能
在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中，液態(tài)鋰離子電池使用有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)溶液，是易 燃品，揮發(fā)性強(qiáng)、閃燃點(diǎn)低。其閃燃點(diǎn)溫度為90-160°C之間。在電池過充、 過放產(chǎn)生內(nèi)熱或是外界熱源使電池溫度上升到上述的溫度范圍內(nèi)時，有機(jī)電解 液將會與正負(fù)電極發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)，引燃或起爆電池，發(fā)生燃燒和爆炸，導(dǎo) 致電池使用者的人身傷亡和財產(chǎn)損失。電解液具有較大腐蝕性， 一旦電解液漏 液，將會對電池周圍的電子元器件造成損壞。而且電解液的沸點(diǎn)低，當(dāng)溫度變 化時，電解液容易氣化膨脹，產(chǎn)生安全隱患。
本發(fā)明所提供的工藝方法將會有效地克服上述問題。在本發(fā)明的聚合物 電解質(zhì)鋁殼鋰離子電池中，注入的電解液，在外界溫度和壓力作用下，與正電 極、隔膜、負(fù)電極表面的聚合物微粒發(fā)生膠化反應(yīng)，形成具有粘接性的膠體聚 合物電解質(zhì)。當(dāng)電解質(zhì)是呈凝膠態(tài)時，揮發(fā)性低、閃燃點(diǎn)高，電池不易燃燒。 因此，產(chǎn)品的安全性能明顯提高。膠態(tài)聚合物電解質(zhì)與復(fù)合聚乙-丙烯隔膜共 存，膠態(tài)聚合物電解質(zhì)是以連續(xù)狀態(tài)存在于復(fù)合聚乙-丙烯隔膜的表面和微孔 之中，并與正、負(fù)電極表面相接觸。在本發(fā)明所提供的工藝技術(shù)條件下，膠態(tài) 聚合物電解質(zhì)具有四種功能①以膠體電解質(zhì)的形式而不是液體的形式進(jìn)行鋰
離子傳導(dǎo)；②膠態(tài)聚合物電解質(zhì)將隔膜與正、負(fù)電極片分隔開來，避免電池充 放電過程中，電極片氧化還原反應(yīng)對隔膜的損傷；③膠態(tài)聚合物電解質(zhì)將隔膜 結(jié)構(gòu)中的針孔、戈怖等缺陷禰補(bǔ)和消除；④膠態(tài)聚合物電解質(zhì)將正電敏隔膜/ 負(fù)電極三者緊密粘結(jié)在一起。隔膜帶具有良好的高溫機(jī)械特性，加上膠態(tài)聚合 物電解質(zhì)的保護(hù)作用，電池內(nèi)部的局部短路現(xiàn)象發(fā)生的概率大大減小。更重要 的是，隔膜帶的閉孑L熔融溫度在120-150。C之間，在此溫度下隔膜帶中的微孔 結(jié)構(gòu)會因熔融而被封密起來，導(dǎo)致包含在微孔中的膠態(tài)電解質(zhì)被封密和隔離開 來，即鋰離子導(dǎo)體失效。也就是行業(yè)技術(shù)術(shù)語常說的隔膜熱阻效應(yīng)(熱熔保護(hù) 效應(yīng)、熱開關(guān)效應(yīng))。在此情行下，電池芯成為一個絕緣體，無論外界條件(過
充、過放、過熱、過沖擊)如何變化，本發(fā)明的聚合物鋰離子電池都不會有任 何反應(yīng)。因此，本發(fā)明的聚合物鋰離子電池是最安全的產(chǎn)品。 (3)降低電池不良率，增強(qiáng)電池可靠性
在液態(tài)鋰離子電池中，電池芯是松散和柔軟的，不具有自身的機(jī)械強(qiáng)度 和剛性。為了保證電池正常穩(wěn)定的充放電循環(huán)工作狀態(tài)和電池性能的一致性， 正、負(fù)電極間的距離必須保持最小而且恒定不變。因此，必須借助于剛性金屬 (鋁或鋼)殼來維持電池芯需要的強(qiáng)度。盡管如此，液態(tài)電解質(zhì)在溫度變化時， 容易產(chǎn)生氣化和膨脹，導(dǎo)致正、負(fù)電極片之間的距離增大，電池內(nèi)阻增加，容 量下降，電池芯會逐漸變形而失效。
本發(fā)明認(rèn)真考慮了聚合物鋰離子電池芯的自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計，而不依賴剛 性外殼的強(qiáng)度支撐。在工藝上采用了復(fù)合材料作為電池芯的結(jié)構(gòu)骨架。這種復(fù) 合材料的組成是(a)具有織網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的復(fù)合聚乙-丙烯膜帶；(b)沉積于復(fù) 合聚乙-丙烯膜帶表面的聚合物粘微粒，作為強(qiáng)力粘接劑;(C)存在于復(fù)合聚乙-丙烯膜帶表面和微孔中的聚合物電解質(zhì)，也有粘合效應(yīng)。本發(fā)明的聚合物鋰離 子電池芯中纖維骨架(復(fù)合聚乙-丙烯膜帶)加粘接劑(聚合物微粒和膠態(tài)電解質(zhì)) 所形成的復(fù)合材料與玻璃鋼(玻璃纖維加環(huán)氧樹脂)復(fù)合材料相類i(，都具有聚 合物復(fù)合材料的特點(diǎn)，即輕質(zhì)、高強(qiáng)、韌性和剛性兼而有之。電池芯的基本單 元結(jié)構(gòu)為復(fù)合隔膨正f私復(fù)合隔膜/負(fù)極。此基本單元多次重復(fù)疊加后構(gòu)筑成 整體電池芯。由于電池芯的自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剛性好，本發(fā)明的聚合物鋰離子 電池的高溫膨脹率低，變形性小，循環(huán)特性穩(wěn)定。
本發(fā)明所提供的聚合物電解質(zhì)鋁殼鋰離子電池生產(chǎn)工藝技術(shù)包括 (1)負(fù)電極的制備
(U)制漿負(fù)電極漿料的組成(Wt%)為專用溶劑20-70、粘接劑(聚偏
1， 1-二氟乙烯等)2-20、負(fù)極活性物質(zhì)(石墨類、焦碳類、焦瀝青、碳纖維類，
等)10-50。為了在保證粘接性的前提下，盡可能減少粘接劑使用量和增加活性
材料的填充量，使用超高分子量粘接劑，其分子量在800,000 2,000，000之間。 將專用溶劑和粘接劑分別與粉末狀的負(fù)極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速攪拌均勻、真 空或靜置除氣后制成漿狀的負(fù)極漿料。
(1.2)涂膜將制成的漿料按照電池產(chǎn)品設(shè)計的要求，均勻地涂覆在銅金
屬箔的正反二個表面，烘干，制成負(fù)極極片。
(1.3)分切將負(fù)極極片裁切成電池產(chǎn)品設(shè)計的尺寸，制成負(fù)極帶(片)，
并將負(fù)極引線焊接好。
(2) 正電極的制備
(2.1) 制漿正電極漿料的組成(Wt。/。)為專用溶劑20-60、粘接劑(聚偏
1， 1-二氟乙烯等)2-12、導(dǎo)電材料(碳黑、石墨等)作添加劑1-8、粉末狀的正極 活性物質(zhì)(鋰鈷氧化物L(fēng)iCo02、鋰鎳氧化物L(fēng)iNi02、鋰鈷鎳氧化物L(fēng)iCoM02、 鋰錳氧化物L(fēng)iMn204，或它們的固溶化合物L(fēng)iaNipCoyMns02以及鋰鐵磷酸鹽 LiFePO4)30-50。為了在保證粘接性的前提下，盡可能減少粘接劑使用量和增加 活性材料的填充量，使用超高分子量粘接劑，其分子量在800,000~2，000,000 之間。將專用溶劑、粘接劑和導(dǎo)電添加劑分別與粉末狀的正極活性物質(zhì)混合， 經(jīng)高速攪拌均勻、真空或靜置除氣后制成漿狀的正極槳料。
(2.2) 涂膜將制成的漿料按照電池產(chǎn)品設(shè)計的要求，均勻地涂覆在鋁金 屬箔的正反二個表面，烘干，制成正極極片。
(2.3) 分切將正極極片裁切成電池產(chǎn)品設(shè)計的尺寸，制成正極帶(片)， 并將負(fù)極引線焊接好。
(3) 隔膜將復(fù)合聚乙-丙烯隔膜紙裁切成電池產(chǎn)品設(shè)計的尺寸，制成隔
膜帶(片)。
(4) 巻繞式電池芯將上述帶狀元件按負(fù)t必隔膜征粉隔膜自上而下的順
序放好，經(jīng)巻繞制成電池極芯。
(5) 疊片式電池芯將上述片狀元件按正敏隔膜/負(fù)紛隔膨正極自上而 下的順序放好，經(jīng)疊片制成電池極芯。
(6) 聚合物粘微粒沉積有二種粘微粒沉積方式，其一，是事先按電池產(chǎn) 品設(shè)計的量配制好聚合物液體，將電池芯在其中進(jìn)行處理，然后，在微粒沉積 機(jī)中操作幾分鐘，聚合物粘微粒會沉積于正、負(fù)電極片和復(fù)合聚乙-丙烯隔膜帶 表面上。接著，按照下列方法進(jìn)行裝配。最后，通過蓋板注液孔注入電解液。 其二，是事先把聚合物與電解液的混合液按電池產(chǎn)品設(shè)計的量配制好，將電池 芯按照下列方法進(jìn)行裝配，然后，將聚合物與電解液的混合液通過蓋板注液孔 引入電池芯中。電解液是在碳酸乙烯和乙基甲基碳酸(體積比1:3)混合溶劑中
每升溶解1.5克分子六氟磷酸鋰而制成。
(7) 裝配在正、負(fù)極引線上包好絕緣膠帶，套上絕緣隔片，然后將電 池芯插入厚度為0.15mm的鋁殼中。將正負(fù)極引線分別焊接在蓋板的表面和極 耳上，然后用激光機(jī)將蓋板焊接在鋁殼上。
(8) 電解質(zhì)膠化和注液孔密封在80 130°C下加熱膠化數(shù)分鐘，然后， 使用直徑合適的鋼珠將蓋板注液孔密封好。
(9) 混合電解液的熱聚合在80~130°C加熱和加壓條件下，注入到電池 芯內(nèi)的電解液會發(fā)生再次聚合和凝膠化，轉(zhuǎn)變成正常的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，把 正、負(fù)電極與隔膜緊密地粘接在一起，使電池芯形成一個具有自身整體強(qiáng)度和 剛性的整體。
(10) 化成和放置用專用的電池充放電設(shè)備對成品電池進(jìn)行慢速充電化
成，在負(fù)電極表面形成保護(hù)膜.然后放置數(shù)周后，再作放電測試，對每一只電池 都進(jìn)行檢測，篩選出合格的成品電池，待出廠。
電池芯的聚合物粘性微粒是經(jīng)過液相沉積工藝而沉積在正、負(fù)電極復(fù)合元
件和隔膜復(fù)合元件這三種復(fù)合元件的表面上。所述的聚合物液體是聚合物的溶 液、乳液、凝膠液和懸浮液，將聚合物液體與所述三種復(fù)合元件進(jìn)行接觸，包 括注液、噴液、灌液、刷液、或者是將三種復(fù)合元件在聚合物液體中浸泡后提 拉出來，然后，經(jīng)過沉積機(jī)的工藝操作而形成聚合物粘性微粒。所述電池芯的
剛化和膠化反應(yīng)的工藝條件是溫度80 130。C,壓力0.2~18兆帕，時間3-1200秒。
第三方面，在生產(chǎn)過程中，使用化學(xué)方法對電池中的液體電解質(zhì)溶液進(jìn)行 現(xiàn)場聚合化和凝膠化處理，使其固化在正、負(fù)電極片之間，將正電極/隔膜/ 負(fù)電極三者緊密粘結(jié)在一起，使(巻繞式或疊片式)電池芯形成一個堅實(shí)的和獨(dú) 立的整體，成為聚合物電池芯。
本發(fā)明所提供的技術(shù)路線是在電解液中加入一定比例的單體和引發(fā)劑組成 混合電解質(zhì)溶液，將其引入到正電極/隔膜/負(fù)電極電池芯中。在一定的溫度和 時間條件下，單體和引發(fā)劑發(fā)生熱聚合化學(xué)反應(yīng)，生長出二維和三維聚合物網(wǎng) 絡(luò)，并與電解液產(chǎn)生化學(xué)作用，形成膠體聚合物電解質(zhì)。這種膠體聚合物電解 質(zhì)加聚乙-丙烯隔膜帶的復(fù)合體不僅起到電解質(zhì)(電子絕緣和離子導(dǎo)體)的作 用，而且有強(qiáng)力粘合效應(yīng)。具體而言，是以膠態(tài)聚合物電解質(zhì)作為粘結(jié)劑，將 正電極/隔膜/負(fù)電極三者緊密粘結(jié)在一起，使電池芯(巻繞式或疊片式)形成一 個堅實(shí)的和獨(dú)立的整體。電池的鋁復(fù)合膜軟外包裝只是一個把電池芯與外部環(huán) 境隔離的介質(zhì)，而不是一個剛性殼體，不需要為電池芯提供任何剛性和強(qiáng)度支 持。當(dāng)電池在充放電的過程中，電池芯本身不會發(fā)生膨脹、松散和變形，始終 保持自身的強(qiáng)度和剛性。
與前面所述的物理方法相比，使用化學(xué)方法對電池中的液體電解質(zhì)溶液進(jìn) 行現(xiàn)場聚合化和凝膠化處理，其特點(diǎn)是，現(xiàn)場熱聚合工藝方法簡單，不需要復(fù)
雜和昂貴設(shè)備，技術(shù)上操作容易實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明所提供的聚合物鋰離子電池生產(chǎn)工藝技術(shù)包括
(1) 負(fù)電極的制備
(1.1) 制漿負(fù)電極漿料的組成(Wt。/。)為專用溶劑20-70、粘接劑(聚偏 1,1-二氟乙烯等)2-20、負(fù)極活性物質(zhì)(石墨類、焦碳類、焦瀝青、碳纖維類， 等)10-50。為了在保證粘接性的前提下，盡可能減少粘接劑使用量和增加活性 材料的填充量，使用超高分子量粘接劑，其分子量在800，000 2，000，000之間。 將專用溶劑和粘接劑分別與粉末狀的負(fù)極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速攪拌均勻、真 空或靜置除氣后制成漿狀的負(fù)極漿料。
(1.2) 涂膜將制成的漿料按照電池產(chǎn)品設(shè)計的要求，均勻地涂覆在銅金 虜箔的正反二個表面，烘干，制成負(fù)極極片。
(1.3) 輥壓將負(fù)極極片在一定壓力下輥壓到指定的厚度，提高極片膜
密度和減小極片膜的孔隙率。
(1.4) 分切將負(fù)極極片裁切成電池產(chǎn)品設(shè)計的尺寸，制成負(fù)極帶(片)，
并將負(fù)極引線焊接好。
(2) 正電極的制備
(2.1)制漿正電極漿料的組成(wt。/。)為專用溶劑20-60、粘接劑(聚偏 1,1-二氟乙烯等)2-12、導(dǎo)電材料(碳黑、石墨等)作添加劑1-8、粉末狀的正極活 性物質(zhì)(鋰鈷氧化物L(fēng)iCo02、鋰鎳氧化物L(fēng)iM02、鋰鈷鎳氧化物L(fēng)iCoNi02、鋰 錳氧化物L(fēng)iMn204，或它們的固溶體LiaNipCoYMn602或鋰鐵磷酸鹽LiFeP04 等)30-50。為了在保證粘接性的前提下，盡可能減少粘接劑使用量和增加活性 材料的填充量，使用超高分子量粘接劑，其分子量在800，000 2,000，000之間。 將專用溶劑、粘接劑和導(dǎo)電添加齊吩別與粉末狀的正極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速 攪拌均勻、真空或靜置除氣后制成漿狀的正極漿料。
(2.2) 涂膜將制成的漿料按照電池產(chǎn)品設(shè)計的要求，均勻地涂覆在鋁金 屬箔的正反二個表面，烘干，制成正極極片。
(2.3) 輥壓將正極極片在一定壓力下輥壓到指定的厚度，提高極片膜密 度和減小極片膜的孔隙率。
(2.4) 分切將正極極片裁切成電池產(chǎn)品設(shè)計的尺寸，制成正極帶(片)， 并將負(fù)極引線焊接好。
(3) 隔膜將復(fù)合聚乙-丙烯隔膜紙裁切成電池產(chǎn)品設(shè)計的尺寸，制成隔膜 帶(片)。
(4) 巻繞式電池芯將上述帶狀元件按負(fù)1慰隔膜/正1t/隔膜自上而下的順序 放好，經(jīng)巻繞制成電池極芯。
(5) 疊片式電池芯將上述片狀元件按正!S/隔膜/負(fù)^/隔膜/正極自上而下 的順序放好，經(jīng)疊片制成電池極芯。
(6) 裝配在正、負(fù)極引線上包好絕緣膠帶，套上絕緣隔片，然后將電池芯 插入厚度為0.15mm的鋁殼中。將正負(fù)極引線分別焊接在蓋板的表面和極耳上， 然后用激光機(jī)將蓋板焊接在鋁殼上。
(7) 單體、引發(fā)劑和電解液混合液單體可在偏氟乙烯(Vinylidenefluoride)、 甲基丙烯酸甲酯(Methyl methaciylate)、丙烯腈(Acrylonitrile)、丙烯酸丁酯 (Butyl acrylate)、丙烯酸甲酯(Methyl aciylate)、甲基丙烯酸丁酯(Butyl methacrylate)、甲基丙烯酸苯甲酉旨(benzylmethacrylate)、苊(acenaphthylene)、乙 烯基吡啶(vinyl pyridine)、丙烯酰胺(acrylamide)、甲基乙烯基醚(methyl vinyl ether)、乙烯基乙酸酉旨(vinyl acetate)、六氟丙烯(hexafluoropropylene)禾卩乙烯基 吡咯啉(vinyl pyrrolidone)中選用一種或者多種；引發(fā)劑可選用過氧化苯甲酰 (2,2-Azobis-isobutyronitrile)、偶氮二異丁月青(Diis叩ropyl peroxydi)等。單體禾口引 發(fā)劑按一定比例的混合物后加入到電解液中,經(jīng)攪拌均勻混合。單體和引發(fā)劑的
配比為1000:1 100:2。電解液是由電解質(zhì)鹽和有機(jī)溶劑組成。電解質(zhì)鹽可選用 六氟磷酸鋰LiPF6、 二草酸合硼酸鋰LiB(C204)2和四氟硼酸鋰LiBF4等。有機(jī) 溶劑可選用碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙脂 EMC和碳酸二乙脂DEC等。有機(jī)溶劑的組成可以是二元、三元甚至是多元。 電解質(zhì)鹽在有機(jī)溶劑中的濃度為每升0.8 1.5克分子。
(8) 注液把事先配制好的單體、引發(fā)劑和電解液混合液按電池產(chǎn)品設(shè)計的 數(shù)量，引通過蓋板注液孔注入電解液。然后，使用直徑合適的鋼珠將蓋板注液 孔密封好。
(9) 電解質(zhì)混合液熱聚合化學(xué)反應(yīng)在65~120°C加熱和加壓壓力0.2 18兆 帕條件下，經(jīng)過60 2500秒，注入到電池芯內(nèi)的單體、引發(fā)劑和電解液混合液， 會在電池殼內(nèi)發(fā)生現(xiàn)場聚合和凝膠化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成正常的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)， 把正、負(fù)電極與隔膜緊密地粘接在一起，使電池芯形成一個具有自身整體強(qiáng)度 和剛性的整體。
(10) 化成和放置用專用的電池充放電設(shè)備對成品電池進(jìn)行慢速充電化成， 在負(fù)電極表面形成保護(hù)膜.然后放置數(shù)周后，再作放電測試，對每一只電池都 進(jìn)行檢測，篩選出合格的成品電池，待出廠。
采用本發(fā)明提供的方法，生產(chǎn)膠態(tài)聚合物硬包裝鋰離子電池，其技術(shù)性能
優(yōu)勢總結(jié)如下
(l)超高電池容量在不改變正、負(fù)極材料的前提下，在有限體積內(nèi)提升電池
容量的關(guān)鍵是，控制電池厚度和多填充活性物。液態(tài)電解質(zhì)金屬殼鋰電池 中，正、負(fù)電極片之間存在電解液，電池芯是松散柔軟的，電池的厚度完 全依靠金屬外殼的剛性和硬度來維持。在溫度改變時，電解液會發(fā)生體積 膨脹，在充放電循環(huán)過程中，電解液因氧化還原電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，二 者都會導(dǎo)致電池厚度增加，甚至電池鼓殼，超過產(chǎn)品規(guī)格書指標(biāo)和客戶要
求。采用本發(fā)明提供的方法，對電解液進(jìn)行聚合化和凝膠化處理之后，聚 合物電解質(zhì)的溫度系數(shù)較小，在電池的正常工作溫度范圍內(nèi)，體積不會改 變，電池厚度不會增加。在充放電循環(huán)過程中，聚合物電解質(zhì)中不會產(chǎn)生 氣泡。更重要的是，聚合物電解質(zhì)把正、負(fù)電極與隔膜緊密地粘接在一起， 使電池芯形成一個具有自身整體強(qiáng)度和剛性的整體，電池的厚度不再單純 依靠金屬外殼的剛性和硬度來維持，而是以電池芯自身的整體強(qiáng)度和剛性 為主、金屬外殼的剛性和硬度為輔，二種機(jī)制共同作用來控制電池的厚度。 在這種條件下，多填充正、負(fù)極活性材料，可以顯著提升電池的容量，而 不會產(chǎn)生電池厚度超標(biāo)的負(fù)面影響。與現(xiàn)有液體金屬殼鋰電池相比，采用 本發(fā)明提供的工藝方法生產(chǎn)的聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰電池，其容量可以提 升10 30%;與現(xiàn)有聚合物軟包裝鋰電池相比，采用本發(fā)明提供的工藝方 法生產(chǎn)的聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰電池，其容量可以提升8~20%。 (2)消除電池鼓脹和漏液聚合物軟包裝鋰電池最容易發(fā)生和最令人頭痛的缺 陷是鼓脹和漏液。鼓脹和漏液缺陷發(fā)生的幾率可能高達(dá)百分率，而市場和 客戶可以接受的缺陷率僅為百萬分之一，二者相差一萬倍。聚合物軟包裝 鋰電池使用的鋁一塑料復(fù)合膜柔軟外殼材料，是導(dǎo)致電池鼓脹和漏液的主 要因素。在聚合物軟包裝鋰電池生產(chǎn)過程中，鋁一塑料復(fù)合膜要經(jīng)過沖盒 成形，頂封和側(cè)封等多道工序。每道工序的操作都可能產(chǎn)生缺陷，例如， 沖盒成形過程中，鋁一塑料復(fù)合膜的內(nèi)層CPP保護(hù)膜可能被損壞，電池注 液和化成后可能產(chǎn)生盒癌，盒癌將導(dǎo)致電池鼓脹。頂封和側(cè)封工序中的溫 度、壓力和時間等作業(yè)操作略有疏忽，導(dǎo)致電池密封不嚴(yán)，電池將出現(xiàn)鼓 脹和漏液。使用金屬材料作為電池外殼和激光密封焊接工藝，沒有沖盒成 形、頂封和側(cè)封這些容易產(chǎn)生缺陷的生產(chǎn)過程，可以有效地避免電池鼓脹 和漏液的發(fā)生。采用本發(fā)明提供的工藝方法生產(chǎn)的聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰
電池，其鼓脹和漏液率可以小于0.1ppm。
(3) 改善電池外觀和可靠性聚合物軟包裝鋰電池另外二個常見缺陷是，外觀 較差，外殼容易破損。鋁一塑料復(fù)合膜是柔軟和脆弱的材料，在生產(chǎn)操作、 產(chǎn)品運(yùn)輸以及客戶使用過程中，鋁一塑料復(fù)合膜可能被劃傷、扎破、擠傷 和割損。任何外來的硬物和力量都有可能對聚合物軟包裝鋰電池的外殼產(chǎn) 生破壞，導(dǎo)致電池失效。使用超薄型金屬材料作為聚合物鋰電池的外殼， 可以顯著改善電池外觀和提升電池的可靠性。
(4) 增強(qiáng)電池安全性液態(tài)金屬殼鋰電池的安全問題，主要是電解液引起的。 液態(tài)電解質(zhì)溶液的揮發(fā)性較強(qiáng)，閃點(diǎn)較低，反應(yīng)活性較大。當(dāng)電池在特殊 條件下發(fā)熱時，電解液迅速與電極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氣化、燃燒和爆炸。 采用本發(fā)明提供的方法，對電解液做聚合化和凝膠化處理后，聚合物電解 質(zhì)沒有揮發(fā)性，閃點(diǎn)較高，反應(yīng)較為惰性。電池的安全性顯著增強(qiáng)。
通過以下優(yōu)選實(shí)例，詳細(xì)描述本發(fā)明膠態(tài)聚合物硬包裝鋰離子電池的生產(chǎn) 過程，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
實(shí)例一
用下列方法來生產(chǎn)巻繞式聚合物電解質(zhì)鋁殼鋰離子電池.
負(fù)電極帶的制造方法
將3克聚偏1,1-二氟乙烯溶解于N-甲替-2-呲咯烷二酮，然后加2.5克丙 酮黑，最后加入115克石墨粉。經(jīng)高速攪拌均勻、真空或靜置除氣后制成漿狀 的負(fù)極漿料。將負(fù)極漿料涂布在10微米厚的銅箔兩個表面上.在120°C下干 燥除去溶劑N-甲替-2-呲咯烷二風(fēng)電極帶的厚度控制在300±10微米，電極帶 經(jīng)輥壓后的厚度控制在90±5微米。將負(fù)電極帶切裁成30x340mn^尺寸。然后 在未涂膜的起始銅箔面上點(diǎn)焊一條鎳引線。
正電極帶的制造方法
將6克聚偏1,l-二氟乙烯溶解于N-甲替-2-呲咯烷二酮，然后加11克丙酮
黑，最后加入200克鋰鈷氧。經(jīng)高速攪拌均勻、真空或靜置除氣后制成漿狀的 正極漿料。將正極漿料涂布在18微米厚的鋁箔兩個表面上。在120。C下干燥 除去溶劑N-甲替-2-呲咯烷二酮，電極帶的厚度控制在350士10微米。電極帶經(jīng) 輥壓后的厚度控制在110±5微米。將正電極帶切裁成27x310mi^尺寸，然后 在未涂膜的起始鋁箔面上點(diǎn)焊一條鋁引線。 電池芯的制造方法
將正、負(fù)電極片和聚乙-丙烯隔膜片按正電極片/隔膜片/負(fù)電極片/隔膜片 順序排好，放置在巻繞機(jī)上，巻繞成3.2x30x50mmS的電池芯。電池芯共有正、 負(fù)電極片10圈，正、負(fù)電極引線長出電池芯15mm,平行間隔10mm。
電池芯的剛化和電解液聚合與凝膠化工藝方法
電池芯在90°C下真空干燥數(shù)小時后，首先將電池芯放入事先配置的聚 合物液體中浸泡20秒，取出后在微粒沉積機(jī)中操作2分鐘，使聚合物液體在 正、負(fù)電極片和聚乙-丙烯隔膜片表面上形成聚合物粘微粒；將電池芯裝入厚 度為0.2mm鋁殼中，將正、負(fù)極引線與蓋板相應(yīng)位置焊接好。再用激光機(jī)將蓋 板與鋁殼焊接，然后通過蓋板注液孔注入電解液0.9毫升，在100°C的溫度和 3兆帕壓力條件下，加壓和加熱2分鐘，聚合物粘微粒開始與電解液發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)，電解液聚合和凝膠化，將正、負(fù)電極片與聚乙-丙烯隔膜片牢牢地粘結(jié)在 一起,形成一個剛性整體。再使用與蓋板注液孔直徑相當(dāng)?shù)匿撝槊芊庾⒁嚎凇?br> 電池的化成方法
使用專用的電池充放電設(shè)備對電池進(jìn)行4.2V/0,2C(CC+CV)慢速充電化成, 在負(fù)電極表面形成保護(hù)膜。
實(shí)例二
'用下列方法來生產(chǎn)疊片式聚合物電解質(zhì)鋁殼鋰離子電池。 負(fù)電極帶的制造方法
將3克聚偏U-二氟乙烯溶解于N-甲替-2-呲咯烷二酮，然后加3克丙酮 黑，最后加入115克石墨粉。經(jīng)高速攪拌均勻、真空或靜置除氣后制成漿狀的
負(fù)極漿料。將負(fù)極漿料涂布在10微米厚的銅箔兩個表面上。在120°C下干燥 除去溶劑N-甲替-2-呲P各烷二酮，電極帶的厚度控制在300士10微米。電極帶經(jīng) 輥壓后的厚度控制在90±5微米。將負(fù)電極帶切裁成菜刀形主刀面積為 30"0皿2尺寸，刀把面積為5x7mV尺寸，刀把部分是未涂膜的銅箔，其表面 將在后續(xù)工序中點(diǎn)焊上一條鎳弓I線。 正電極帶的制造方法
將6克聚偏l，l-二氟乙烯溶解于N-甲替-2-呲咯烷二酮，然后加12克丙酮 黑，最后加入200克鋰鈷鎳氧。經(jīng)高速攪拌均勻、真空或靜置除氣后制成漿狀 的正極漿料。將80%正極漿料涂布在18微米厚的鋁箔兩個表面上，剩余20% 的漿料涂布在25微米厚的鋁箔單表面上。在120°C下干燥除去溶劑]^-甲替-2-呲咯烷二酮，雙面涂膜電極帶的厚度控制在350±10微米，電極帶經(jīng)輥壓后的 厚度控制在110士5微米，單面涂膜電極帶的厚度控制在200士7微米，電極帶經(jīng) 輥壓后的厚度控制在80±3微米。將正電極帶切裁成菜刀形主刀面積為 27x47mn^尺寸，刀把面積為5x7mm^尺寸，刀把部分是未涂膜的鋁箔，其表面 將在后續(xù)工序中點(diǎn)焊上一條鋁弓I線。
電池芯的制造方法
將正、負(fù)電極片和聚乙-丙烯隔膜片按正電極片/隔膜片/負(fù)電極片/隔膜片 /....../正電極片的順序排好，共有11個負(fù)電極片、10個雙面膜正電極片和2個
單面膜正電極片，構(gòu)成3x30x50mmS的電池芯.11個負(fù)電極片的刀把銅箔匯集 在一起焊在一條鎳引線上。10個雙面膜正電極片和2個單面膜正電極片刀把
鋁箔匯集在一起焊在一條鋁引線上。正、負(fù)電極引線長出電池芯15mm,平行 間隔10mm。
電池芯的剛化和電解液聚合與凝膠化工藝方法
電池芯在卯。C下真空千燥數(shù)小時后，將電池芯裝入厚度為0.2mm鋁殼 中,將正、負(fù)極引線與蓋板相應(yīng)位置焊接好，再用激光機(jī)將蓋板與鋁殼焊接。然 后通過蓋板注液 L注入聚合物與電解質(zhì)的混合液體1. 2毫升，在微粒沉積機(jī)中 操作2分鐘，使聚合物液體在正、負(fù)電極片和聚乙-丙烯隔膜片表面上形成聚 合物粘微粒；在100°C的溫度和3兆帕壓力條件下，加壓和加熱2分鐘，聚合 物粘微粒開始與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，電解液聚合和凝膠化，將正、負(fù)電極片 與聚乙-丙烯隔膜片牢牢地粘結(jié)在一起，形成一個剛性整體。再使用與蓋板注液 孔直徑相當(dāng)?shù)匿撝槊芊庾⒁嚎?。
電池的化成方法
使用專用的電池充放電設(shè)備對電池進(jìn)行4.2^0.2(:((:0+(:￥)慢速充電化成，在 負(fù)電極表面形成保護(hù)膜。
權(quán)利要求
1.一種聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池，主要由正、負(fù)電極復(fù)合元件、位于正、負(fù)電極復(fù)合元件之間的聚合物電解質(zhì)/隔膜復(fù)合元件和金屬外包裝元件四種電池元件構(gòu)成。聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池的特征是聚合物電解質(zhì)/隔膜復(fù)合元件與金屬外殼組合使用在電池中。特征一，聚合物電解質(zhì)/隔膜復(fù)合元件由以下部分組成(1)具有織網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的隔膜；(2)作為強(qiáng)力粘接劑的聚合物粘微粒；(3)以連續(xù)狀態(tài)存在于隔膜表面和微孔中的聚合物電解質(zhì)；其中聚合物粘性微粒沉積在正電極與隔膜之間和負(fù)電極與隔膜之間的各元件的表面上，并均勻分布在膠態(tài)電解質(zhì)中，兩者共同作用將正、負(fù)電極與隔膜牢固地粘結(jié)在一起，形成一個剛性整體。特征二，金屬外殼由以下部分組成(1)鋁或合金鋁材料外殼；(2)不銹鋼材料外殼；(3)金屬材料外殼的壁厚為0.1～2.5mm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池，其 特征是所述的聚合物粘性微粒是在以下多種化學(xué)聚合物中選擇一種 聚乙烯酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚偏 l，l-二氟乙烯、聚乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯垸酮、聚環(huán)氧乙垸 和聚氨基甲酸酯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池，其特征是所述的聚合物電解質(zhì)由單體、引發(fā)劑和電解液混合液組成。單體可在偏氟乙烯(Vinylidene fluoride)、甲基丙烯酸甲酯(Methyl methacrylate)、丙烯腈(Acrylonitrile)、丙烯酸丁酯(Butyl acrylate)、丙 烯酸甲酉旨(Methyl acrylate)、甲基丙烯酸丁酯(Butyl methacrylate)、甲 基丙烯酸苯甲酯(benzylmethacrylate)、苊(acenaphthylene)、乙烯基吡啶 (vinyl pyridine)、丙烯酰胺(acrylamide)、甲基乙烯基醚(methyl vinyl ether)、乙烯基乙酸酉旨(vinyl acetate)、六氟丙烯(hexafluoropropylene) 和乙烯基吡咯啉(vinyl pyrrolidone)中選用一種或者多種；引發(fā)劑可選用 過氧化苯甲酰p》Azobis-isobutyronitrile)、偶氮二異丁腈(Diisopropyl peroxydi)等。單體和弓|發(fā)劑按一定比例的混合物后加入到電解液中，經(jīng) 攪拌均勻混合。單體和引發(fā)劑的配比為1000:1 100:2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池，其 特征是所述的聚合物粘性微粒的尺寸在5納米至200微米之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池，其 特征是所述的隔膜復(fù)合元件中的隔膜可以是聚乙-丙烯膜復(fù)合體、聚烯 烴膜和聚甲基戊烯膜中的任意一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池，其特 征是隔膜的微孔尺寸在0.1至2微米之間，隔膜的微孔率在25%至65% 之間。
7. —種聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池的制造方法，包括正、負(fù) 電極的制備步驟，其特征是其后還有以下的步驟(1) 制備隔膜將隔膜紙裁切成電池產(chǎn)品設(shè)計的尺寸，制成隔膜帶/片；(2) 制備電池芯將上述帶狀元件按負(fù)極/隔膜/正極/隔膜或者按 正極/隔膜/負(fù)極/隔膜/正極自上而下的順序放好，經(jīng)巻繞/疊片制成電池 極芯；(3) 聚合物粘微粒沉積事先按電池產(chǎn)品設(shè)計的量配制好聚合物 液體,將電池芯在其中進(jìn)行處理，然后，在微粒沉積機(jī)中操作幾分鐘，聚 合物粘微粒會沉積于正、負(fù)電極片和復(fù)合聚乙-丙烯隔膜帶表面上。接 著，按照下列方法進(jìn)行裝配。最后，通過蓋板注液孔注入電解液。(4) 裝配在正、負(fù)極引線上包好絕緣膠帶，套上絕緣隔片，然后將電池芯插入金屬殼中。將正負(fù)極引線分別焊接在蓋板的表面和極耳 上，然后用激光機(jī)將蓋板焊接在金屬殼上。(5) 電解質(zhì)膠化和注液孔密封在80 130。C下加熱膠化數(shù)分鐘，然后，使用直徑合適的鋼珠將蓋板注液孔密封好。(6) 混合電解液的熱聚合在80 130°C加熱和加壓條件下，注 入到電池芯內(nèi)的電解液會發(fā)生再次聚合和凝膠化，轉(zhuǎn)變成正常的膠態(tài)聚 合物電解質(zhì)，把正、負(fù)電極與隔膜緊密地粘接在一起，使電池芯形成一 個具有自身整體強(qiáng)度和剛性的整體。CO化成和放置用專用的電池充放電設(shè)備對成品電池進(jìn)行慢速充電化成，在負(fù)電極表面形成保護(hù)膜.然后放置數(shù)周后，再作放電測 試，對每一只電池都進(jìn)行檢測，篩選出合格的成品電池。
8. —種聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池的制造方法，包括正、負(fù)電 極的制備步驟，其特征是其后還有以下的步驟(1) 制備隔膜將隔膜紙裁切成電池產(chǎn)品設(shè)計的尺寸，制成隔膜帶/片；(2) 制備電池芯將上述帶狀元件按負(fù)極/隔膜/正極/隔膜或者按正 極/隔膜/負(fù)極/隔膜/正極自上而下的順序放好，經(jīng)巻繞/疊片制成電池極 芯；(3) 裝配在正、負(fù)極引線上包好絕緣膠帶，套上絕緣隔片，然后 將電池芯插入金屬殼中。將正負(fù)極引線分別焊接在蓋板的表面和極耳 上，然后用激光機(jī)將蓋板焊接在金屬殼上；(4) 注液把事先配制好的單體、引發(fā)劑和電解液混合液按電池產(chǎn)品設(shè)計的數(shù)量，引通過蓋板注液孔注入電解液。然后，使用直徑合適的鋼珠將蓋板注液孔密封好；(5) 電解質(zhì)混合液熱聚合化學(xué)反應(yīng)在65 120。C加熱和加壓壓力 0.2 18兆帕條件下，經(jīng)過60 2500秒，注入到電池芯內(nèi)的單體、引發(fā) 劑和電解液混合液，會在電池殼內(nèi)發(fā)生現(xiàn)場聚合和凝膠化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成 正常的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，把正、負(fù)電極與隔膜緊密地粘接在一起，使 電池芯形成一個具有自身整體強(qiáng)度和剛性的整體；(6) 化成和放置用專用的電池充放電設(shè)備對成品電池進(jìn)行慢速充 電化成，在負(fù)電極表面形成保護(hù)膜.然后放置數(shù)周后，再作放電測試， 對每一只電池都進(jìn)行檢測，篩選出合格的成品電池。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池的制 造方法，其特征是所述的聚合物液體是聚合物的溶液、乳液、凝膠液和 懸浮液，將聚合物液體與所述三種復(fù)合元件進(jìn)行接觸，包括注液、噴液、 灌液、刷液、或者是將三種復(fù)合元件在聚合物液體中浸泡后提拉出來， 然后，經(jīng)過沉積機(jī)的工藝操作，而在正、負(fù)電極復(fù)合元件和隔膜復(fù)合元 件這三種復(fù)合元件的表面上形成聚合物粘性微粒。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池的制 造方法，其特征是所述電池芯的剛化和膠化反應(yīng)的工藝條件是壓力 0.2-18兆帕，時間3-1200秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚合物電解質(zhì)硬包裝鋰離子電池。該電池使用聚合物電解質(zhì)和超薄金屬殼，聚合物電解質(zhì)把正、負(fù)電極與隔膜粘接在一起，使電池芯具有自身強(qiáng)度和剛性，電池厚度不再依靠金屬外殼的剛性和硬度來維持，而是以電池芯自身的整體強(qiáng)度和剛性為主、金屬外殼的剛性和硬度為輔，二種機(jī)制共同作用來控制電池厚度，以實(shí)現(xiàn)多填充活性材料，提升電池容量的目的。聚合物電解質(zhì)增強(qiáng)了電池的安全性，克服了聚合物軟包裝電池的各種缺陷，提升了電池的可靠性。與現(xiàn)有液體金屬殼鋰電池相比，采用本發(fā)明生產(chǎn)的電池，其容量可以提升10～30％；與現(xiàn)有聚合物軟包裝鋰電池相比，采用本發(fā)明生產(chǎn)的電池，其容量可以提升8～20％，其鼓脹和漏液率可以小于0.1ppm。
文檔編號C08L101/12GK101340009SQ20071007636
公開日2009年1月7日 申請日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日
發(fā)明者黃穗陽 申請人:黃穗陽