專利名稱：一種制造軟包裝鋰二次電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池的制造方法，尤其是一種制造軟包裝鋰二次電池的方法。
但是金屬容器既厚且重，作為非活性組成，它的存在嚴(yán)重影響了電池的整體性能，不僅增加了鋰二次電池的重量，使小型化、輕量化變得困難，而且，由于金屬殼的剛直性，任意形狀化而成為不可能。
基于這種情況，提出了鋰聚合物二次電池。該電池采用層壓膜作包裝材料，質(zhì)量輕，且柔軟可變。但層壓膜不能給電池內(nèi)部的正、負(fù)極和隔膜施加壓力，使各層間電接觸變?nèi)酰踔翑嚅_分離。為此人們對(duì)電池的結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行了更多的研究。
美國(guó)專利US5460904公開了一種制作膠體聚合物鋰離子電池的方法。在該方法中，通過刮膜或涂覆制作正、負(fù)極物質(zhì)膜和電解質(zhì)隔膜，然后分別將正極物質(zhì)膜與鋁集電體、負(fù)極物質(zhì)膜與銅集電體熱壓，形成正極和負(fù)極，再將隔膜放置于正、負(fù)極間，三者一起經(jīng)過熱壓緊密粘合到一起，通過萃取出各層膜中的增塑劑而形成微孔，再注入含鋰鹽的有機(jī)電解液。注液之前的各步驟都可在通常環(huán)境下操作，極大地減少設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用。但是在這種方法中電解質(zhì)隔膜先與正、負(fù)極熱壓粘合成一體后才浸入電解液中，為使中間的電解質(zhì)隔膜能浸入足夠的電解液，集流體必須是多孔金屬網(wǎng)，而金屬網(wǎng)的強(qiáng)度大大不如金屬箔。
為使其在受壓時(shí)不致斷裂或變形，必須保證有一定的厚度，這在另一方面加大了電池的重量。由于活性物質(zhì)分布在網(wǎng)的孔隙中和網(wǎng)基體的兩側(cè)，距離不等，電流分布也不易均勻。此外，如果熱壓時(shí)壓力分布不均勻，膠體電解質(zhì)隔膜強(qiáng)度低，則容易導(dǎo)致內(nèi)部短路，尤其不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
另一種方法如中國(guó)專利99101523、00129272所述，正極和負(fù)極是通過將各自的活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘合劑均勻涂覆到集電體的兩個(gè)表面，干燥輥壓制得，集電體可是網(wǎng)或箔。然后將某有機(jī)溶劑、鋰鹽，基體聚合物混合后均勻地涂覆到正極和負(fù)極的兩個(gè)表面，干燥除去溶劑后在電極兩面形成固態(tài)電解質(zhì)層。最后正負(fù)極互相疊對(duì)，卷繞或疊層而得電池。這種方法要求制作電解質(zhì)隔膜之后的各步驟都在干燥氣氛中進(jìn)行，提高了生產(chǎn)成本，且固體電解質(zhì)的電子導(dǎo)電率較低，使電池效率不高，這也是一個(gè)妨礙其實(shí)用的問題。
又如中國(guó)專利00104502所公開的制作固態(tài)電池的方法。先用箔集流體分別與活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘接劑制成負(fù)極，然后將PVDF與某有機(jī)溶劑配成一定濃度的膠液。在卷繞好的正、負(fù)極與隔膜放置到層壓膜制成的殼體中后，殼體外部用壓力裝置限制電池的厚度，將膠液注入殼體中使之充滿整個(gè)內(nèi)腔，然后烘干溶劑，使電池內(nèi)部各層相互粘成一體，保持有效電接觸。在該方法中，注液前的各步都可在通常情況下進(jìn)行，設(shè)備成本不高，但是在操作中，由于膠液只能由側(cè)縫中進(jìn)入，則較難滲入到正負(fù)極與隔膜的緊密層間，即使浸進(jìn)去了，也很難在以后的干燥過程中完全把有機(jī)溶液蒸發(fā)出來。
以上所述的各種制造方法，都努力使鋁塑膜包裝的電池內(nèi)部各層間的接觸緊密均勻，使電池通路得到最大的利用，但不管是采用膠體電解質(zhì)還是膠液作粘接層，都很可能在提高層間粘接的同時(shí)，增大電池內(nèi)阻和提高制作成本。
但是電池中的有機(jī)電解液與負(fù)極表面不甚穩(wěn)定，有機(jī)溶液能在負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)。消耗有機(jī)溶液，生成氣體，引起脹氣，甚至漏液等問題。而電池之所以能夠安全穩(wěn)定的存放及使用，且在其過程中不會(huì)脹氣漏液，就在于電池的化成工序。在此工序中，裸露的負(fù)極表面生成固體電解質(zhì)中間相SEI膜，有效隔離了負(fù)極及有機(jī)溶液，但若是SEI膜不完整，仍有部分負(fù)極直接與有機(jī)溶液接觸，或若SEI膜不均勻，則在電池充放電過程中不能隨電極膨脹收縮而開裂，暴露出新的負(fù)極，都會(huì)導(dǎo)致電池在以后的使用和存放階段發(fā)生不良反應(yīng)，產(chǎn)生新的氣體，使電池各層接觸變差，甚至分離，電池內(nèi)阻增大，此惡性循環(huán)將使電池整體性能急劇下降。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出一種方法，使鋁塑膜包裝的電池不需額外的粘接層，在制作中注重化成時(shí)給電池施加一定的壓力，使之在形成固態(tài)電解質(zhì)中間相SEI膜時(shí)充分反應(yīng)，避免在以后的循環(huán)中產(chǎn)生新的氣體，最后采用通用的真空封裝的辦法使電池在其使用過程中始終受到壓力差的作用，保持良好層間接觸，提高效率及循環(huán)壽命。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種制造軟包裝鋰二次電池的方法，包括提供正極和負(fù)極、微孔膜，將上述微孔膜放入正、負(fù)極之間并置，在上述正、負(fù)極和微孔膜中注入電解液，采用鋁塑膜封裝，在于鋁塑膜封裝后使用加壓化成的方法，化成后的電池再抽真空封口；所述的加壓化成是在把電池固定在帶加壓裝置的兩塊平板間，并將其正負(fù)極連接到電池化成設(shè)備上，使加壓裝置在平板上施加0.5～2.5Mpa的壓力；所述的所述加壓裝置可采用氣壓、液壓或機(jī)械壓來施加壓力，包括螺旋壓緊、彈簧壓緊、重物壓緊。
本發(fā)明的有益效果是在化成中給電池加壓，能排出電池內(nèi)部各層間封裝時(shí)殘留的氣體和在化成時(shí)反應(yīng)新生成的氣體，使之緊密接觸，電解液分布均勻全面，為保證高質(zhì)量完成電池的化成包括在負(fù)極表面形成致密均勻的固態(tài)電解質(zhì)中間相SEI膜提供必要條件。
參照

圖1，極耳①、②分別引出電池正、負(fù)極，③為鋁塑膜包裝袋，袋內(nèi)密封放置電池的正、負(fù)極、隔膜及電解液；參照?qǐng)D2，電池的一種加壓化成方法，該加壓化成方法使電池橫直，④、⑤、⑥、⑦為隔離電池并施加壓力的平板，平板的數(shù)量是2塊以上，⑧、⑨、⑩為軟包裝電池；參照?qǐng)D3，電池的另一種加壓化成方法，該加壓化成方法使電池豎直，④、⑤、⑥、⑦為隔離電池的并施加壓力的平板，⑧、⑨、⑩為軟包裝電池。
電池為鋁塑膜包裝電池，它包括正極、負(fù)極和置于其間的隔膜等，正、負(fù)極都分別包含集流體和電極物質(zhì)，無機(jī)鹽溶解于有機(jī)溶液中構(gòu)成電解液，滲透到正極、負(fù)極和隔膜各層間，激活電池；該電池的負(fù)極活性物質(zhì)可以是下面各物中的任一種鋰、鋰合金、嵌入性化合物如天然或人造石墨、焦碳、中間相碳微珠等；正極活性物質(zhì)可以從LixMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiCo0.5Ni0.5O2、釩氧化合物、錫化合物中選?。恍枰脑?，可向電極中加入導(dǎo)電劑如碳黑、乙炔黑和粘接劑如PVDF、PTFE，極片是通過將活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘接劑按一定比例充分混合后制成混合膏體，通過輥涂、刮涂或噴涂等方法涂覆到集流體上，然后干燥及輥壓制成，極片厚度優(yōu)選為100～400微米；集流體的形狀和厚度取決于電池形狀和極片在電池中如何放置。通常，負(fù)極用銅或鎳，正極用鋁，本發(fā)明優(yōu)選金屬箔作集電體；包裝外殼為鋁塑膜，至少由三層膜構(gòu)成，分別為PET層，Al箔層，PE或PP層，最內(nèi)層PE或PP具有熱封性能，在一定溫度及壓力下可粘合，構(gòu)成密實(shí)袋，具有密封性能，該膜在使用前一般先制成袋狀，包括放置電池的內(nèi)腔和容納化成階段可能產(chǎn)生的氣體的氣袋；隔膜可采用聚乙烯PE、微孔聚丙烯PP等微孔膜，通過點(diǎn)焊或超聲波焊從極片集流體上引出極耳，正極極耳可是鋁，負(fù)極極耳可為銅、鎳，將隔膜置于正、負(fù)極之間，卷繞或疊層后放入包裝袋內(nèi)，此時(shí)可以將包裝袋三邊包括升出極耳一邊用熱封機(jī)密封，僅留一邊作為注液時(shí)用；本發(fā)明采用的電解液是將電解質(zhì)鹽溶于有機(jī)溶劑中的非水電解質(zhì)，關(guān)于含鋰的電解質(zhì)鹽，例如LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSO3CF3O和LiN(CF3SO2)2，這些電解質(zhì)鹽可以單獨(dú)使用，也可兩個(gè)或多個(gè)混合使用，關(guān)于有機(jī)溶劑，必須能溶解電解質(zhì)鹽但不溶電極上的粘合劑，且電化學(xué)窗口足夠?qū)挘芊€(wěn)定存在于鋰二次電池中。例如，碳酸乙酯EC、碳酸丙酯PC、碳酸丁酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙甲酯的碳酸酯類，如四氫呋喃THF、γ-丁內(nèi)酯，環(huán)丁砜、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、乙基二甘醇二甲醚，這些溶劑可以單獨(dú)使用，也可兩個(gè)或多個(gè)混合使用；通常電解質(zhì)在電解液中的濃度最好為1mol/l，其附近的電導(dǎo)率最高，電池在低壓狀態(tài)下注入電解液，加熱和加壓使留作注液的一邊密封，注液需在干燥氣氛例如相對(duì)濕度≤2％以下進(jìn)行。
參照?qǐng)D1、圖2、圖3，電池在注液密封完畢之后，把電池固定到加壓裝置的平板間，平板數(shù)量最好是2塊以上，在最外邊2塊平板的外側(cè)有加壓裝置，這樣可一次化成多個(gè)電池，并將其正負(fù)極連接到電池化成設(shè)備上，進(jìn)行完善電池的重要一步—化成，壓力可是氣壓、油壓、機(jī)械壓等，機(jī)械施加壓力包括螺旋壓緊、彈簧壓緊、重物壓緊，如圖2、3所示，電池放置方式可橫置和豎置，以豎直放置為佳，壓力在0.5～2.5Mpa間為宜，壓力若過低，則不能使電池各層有效接觸，壓力過高，可能擠壓過猛，刺破隔膜，引起短路、微短等問題，壓力最佳在1.0～1.5Mpa間；化成后的電池需經(jīng)過第二次抽真空封口，所用抽氣裝置一般為真空泵，使包裝袋內(nèi)外部存在壓力差，最高可達(dá)到一個(gè)大氣壓，因電池在以后的使用和存放過程中不會(huì)產(chǎn)生新的氣體，此壓力差足以保證極片間的緊密接觸，以此實(shí)現(xiàn)電池的優(yōu)異性能；實(shí)驗(yàn)證明，未經(jīng)加壓化成的電池化成效率為60％左右，鈷酸鋰放電比容量只能達(dá)到70-80mAh/g，循環(huán)壽命最多為20次，而經(jīng)過加壓化成的電池，化成效率在87％以上，鈷酸鋰放電比容量為140mAh/g以上，循環(huán)壽命目前為≥300次，軟包裝電池的整體性能得到了明顯提高。
權(quán)利要求
1.一種制造軟包裝鋰二次電池的方法，包括提供正極和負(fù)極、微孔膜，將上述微孔膜放入正、負(fù)極之間并置，在上述正、負(fù)極和微孔膜中注入電解液，采用鋁塑膜封裝，其特征在于鋁塑膜封裝后使用加壓化成的方法，化成后的電池再抽真空封口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制造軟包裝鋰二次電池的方法，其特征在于所述的加壓化成是在把電池固定在帶加壓裝置的兩塊平板間，并將其正負(fù)極連接到電池化成設(shè)備上，使加壓裝置在平板上施加0.5～2.5Mpa的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種制造軟包裝鋰二次電池的方法，其特征在于加壓裝置在平板上施加的壓力最好為1.0～1.5Mpa。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種制造軟包裝鋰二次電池的方法，其特征在于所述的所述加壓裝置可采用氣壓、液壓或機(jī)械壓來施加壓力，包括螺旋壓緊、彈簧壓緊、重物壓緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種制造軟包裝鋰二次電池的方法，其特征在于所述的平板數(shù)量最好是2塊以上，在最外邊2塊平板的外側(cè)有加壓裝置，這樣可一次化成多個(gè)電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造軟包裝鋰二次電池的方法;電池的化成工序中,裸露的負(fù)極表面生成固體電解質(zhì)中間相SEI膜,但若SEI膜不完整,仍有部分負(fù)極直接與有機(jī)溶液接觸,若SEI膜不均勻,則在電池充放電過程中不能隨電極膨脹收縮而開裂,暴露出新的負(fù)極,都會(huì)導(dǎo)致電池在以后的使用和存放階段發(fā)生不良反應(yīng),產(chǎn)生新的氣體,使電池各層接觸變差,電池內(nèi)阻增大,使電池整體性能急劇下降;本發(fā)明一種制造軟包裝鋰二次電池的方法,是在于鋁塑膜封裝后使用加壓化成的方法,化成后的電池再抽真空封口;加壓化成是在把電池固定在帶加壓裝置的兩塊平板間,使加壓裝置在平板上施加0.5～2.5MPa的壓力。
文檔編號(hào)H01M10/04GK1367547SQ0211484
公開日2002年9月4日 申請(qǐng)日期2002年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月31日
發(fā)明者曾石華, 陳玲, 張翠芬 申請(qǐng)人:江門三捷電池實(shí)業(yè)有限公司