專利名稱：鋰離子二次電池的制作方法
專利說明 本實(shí)用新型適用于鋰離子二次電池，特別是方型和圓柱型金屬殼電池。鋰離子電池由于具有比能量高、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，近年來備受青睞。隨著移動(dòng)電話、筆記本電腦、數(shù)碼產(chǎn)品的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的需求量日益增大。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)為由正極、隔膜、負(fù)極卷繞為電極芯，裝入金屬殼中，然后封裝、注液、化成、分容檢測后成為產(chǎn)品。正、負(fù)極通過軟性金屬箔片做為傳導(dǎo)電流的集電極與電池正、負(fù)極相聯(lián)，由于軟性金屬箔片的柔性，使得正、負(fù)極的集電極在振動(dòng)、沖擊、跌落等劇烈動(dòng)作下會(huì)使集電極碰到反向電極造成電池內(nèi)短路，使電池報(bào)廢或發(fā)生危險(xiǎn)。本實(shí)用新型就是針對(duì)這種情況，在正、負(fù)極集電極探出電極芯部分附著含粘結(jié)劑的絕緣膜，這種膜耐有機(jī)溶劑、耐氧化、絕緣性好。高度以集電極從電極芯探出部分高度減0.5-2.0mm為宜，未粘貼部分用來與電池正、負(fù)極焊接。本實(shí)用新型的目的在于提供一種耐振動(dòng)、耐沖擊、耐跌落的鋰離子二次電池，本實(shí)用新型的目的是通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。將鋰離子電池正極片和負(fù)極片分別焊或鉚上軟性金屬箔集電極，在焊或鉚之前在軟性金屬箔集電極的預(yù)計(jì)探出電極芯部分粘貼上帶粘結(jié)劑的絕緣膜，上部露出0.5-2.0mm的金屬用于與電池正、負(fù)極焊接。然后將正極、隔膜、負(fù)極卷成電極芯，經(jīng)入殼、封口、注液、化成、分容后成為鋰離子電池產(chǎn)品。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為軟性金屬箔以帶粘結(jié)劑的絕緣膜進(jìn)行粘貼保護(hù)后，降低振動(dòng)、沖擊、跌落、劇烈運(yùn)動(dòng)情況下的短路率，提高了電池安全性。在金屬箔集電極與正、負(fù)極片焊或鉚接之前進(jìn)行對(duì)金屬箔集電極進(jìn)行絕緣保護(hù)，對(duì)正常生產(chǎn)工序沒有影響，不影響產(chǎn)率。

圖1是軟性金屬箔集電極粘貼帶粘結(jié)劑絕緣膜的平面圖；圖2是正極片焊或鉚接集電極后平面圖；圖3是負(fù)極片焊或鉚接集電極后平面圖；圖4是帶粘結(jié)劑絕緣膜保護(hù)的電極芯立體圖。請參考圖1，可以設(shè)計(jì)一種專門的機(jī)械，將帶粘結(jié)劑的絕緣膜粘貼到軟性金屬箔集電極上。將粘貼有帶粘結(jié)劑的絕緣膜的軟性金屬箔集電極焊或鉚到正、負(fù)極上(參考圖2、圖3)，然后將帶有集電極的負(fù)極、隔膜、正極卷繞成方型電極芯，裝入金屬殼，將集電極與電池金屬殼的正、負(fù)極焊在一起，經(jīng)封口、注液、化成、分容制成鋰離子電池。
本實(shí)用新型中，帶粘結(jié)劑的絕緣膜性能非常關(guān)鍵，需要耐有機(jī)溶劑，不能因電解液的存在而喪失粘接強(qiáng)度；耐氧化，耐高溫，這些性能決定了其是否能在電池中使用。
本實(shí)用新型的正極活性物質(zhì)為含有一種鋰與過渡金屬的復(fù)合氧化物或混合物，如LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiCoxNi1-xO2、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2、LiMn2-xNixO4等。
本實(shí)用新型的負(fù)極活性物質(zhì)為含有一種能使鋰離子反復(fù)嵌入和脫嵌的碳素材料，該碳素材料包括天然石墨、包覆修飾天然石墨、人造石墨、MCMB、MCF、VGCF等。
本實(shí)用新型的電解液為電解液由有機(jī)溶劑和無機(jī)鹽組成，有機(jī)溶劑包括鏈狀酸酯(如DMC、DEC、EMC、MPC、DPC、MA、EA、PA、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機(jī)酯類)和環(huán)狀酸酯(如EC、PC、VC、CHB、γ-BL、磺內(nèi)酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環(huán)狀有機(jī)酯類)，可以使用其中之一或幾種混合。無機(jī)鹽包括LiCLO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6，三氟甲基磺酸鋰LiBOB等。
本實(shí)用新型的外殼為電池殼材質(zhì)為金屬鋁，不銹鋼或不銹鋼鍍鎳。電池殼形狀可以是立方型或圓柱型。
正極片的制備過程將一定量的PVDF以一定比例溶解于NMP中，將LiCoO2和乙炔黑加入該溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌现瞥蓾{料。其組成為LiCoO2∶乙炔黑∶PVDF＝93∶3.5∶3.5。將該漿料均勻地涂布在15-20μm的鋁箔上，于120℃干燥。壓延后得到厚度約為125μm的正極片，正、反面間歇涂布，留出一定間隔的未涂敷金屬。
負(fù)極片的制備過程將一定量的PVDF以一定比例溶解在NMP中，將MCMB加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為MCMB∶乙炔黑∶PVDF＝92∶2∶6，再將該漿料均勻地涂布在15-20μm銅箔上，于120℃干燥。壓延后得到厚度約為125μm的負(fù)極片，正、反面間歇涂布，留出一定間隔的未涂敷金屬。
將帶粘接劑的絕緣膜粘貼到軟性金屬箔集電極上，金屬材質(zhì)為鎳和鋁。
將貼有保護(hù)膜的集電極焊或鉚在正、負(fù)極上，正極用鋁片，負(fù)極用鎳片。
將焊或鉚完帶保護(hù)膜集電極的正極、負(fù)極片與16μm厚的聚乙烯微孔性隔膜卷繞成一個(gè)鋰離子二次電池的電極芯，裝入電池殼，集電極與電池殼正、負(fù)極焊接后，經(jīng)封口、注液、化成、分容制成鋰離子二次電池。使用實(shí)施例相同的制造鋰離子電池的方法，就是軟性金屬箔集電極未粘貼帶粘結(jié)劑的絕緣膜。
1、跌落實(shí)驗(yàn)取軟性金屬箔集電極未粘貼帶有粘結(jié)劑的絕緣膜和粘貼帶有粘結(jié)劑的絕緣膜的鋰離子電池各1000只，電池以1C電流恒流充電，充電終止電壓為4.2V，然后4.2V恒壓充電，終止電流20mA。之后測量每只電池的初始電壓，1小時(shí)內(nèi)開始自由跌落試驗(yàn)，電池從1.9m高處自由跌落至水泥地面，6個(gè)面各著地一次為一個(gè)跌落循環(huán)，跌落循環(huán)3次，跌落完成后，測量電池的最終電壓。
實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)電池電壓變化≤0.5％表1電池跌落實(shí)驗(yàn)比較表
2、振動(dòng)實(shí)驗(yàn)取軟性金屬箔集電極未粘貼帶有粘結(jié)劑的絕緣膜和粘貼帶有粘結(jié)劑的絕緣膜的鋰離子電池各1000只，電池以1C電流充電，充電終止電壓為4.2V，然后4.2V恒壓充電，終止電流20mA，之后測量每只電池的初始電壓。1小時(shí)內(nèi)將電池固定在振動(dòng)臺(tái)上，進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，電池經(jīng)受頻率為10～60Hz，振幅為1.6mm，掃頻速率為1oct/min的掃頻振動(dòng)，在X、Y、Z三個(gè)方向上分別掃頻30min；掃頻結(jié)束后，測量電池的最終電壓實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)電池電壓變化≤0.5％表2電池振動(dòng)實(shí)驗(yàn)比較表
從表1和表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，本實(shí)用新型效果明顯。
權(quán)利要求1.一種鋰離子二次電池，由正極片、隔膜和負(fù)極片卷繞成電池芯并收納于金屬電池殼中，正、負(fù)極分別以軟性金屬箔片做為電流集電極與電池正、負(fù)極相聯(lián)，其特征在于集電極金屬片從電極探出的部分以含有粘結(jié)劑的絕緣膜進(jìn)行粘貼保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鋰離子二次電池，其特征在于集電極探出電芯部分金屬片進(jìn)行粘貼保護(hù)的含粘結(jié)劑的絕緣膜的高度以集電極金屬片從電極芯探出部分高度減0.5-2.0mm為宜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的鋰離子二次電池，其特征在于用作正、負(fù)極集電極的軟性金屬箔片可以是鎳片、鋁片、銅片、鋅片、鋼片、鐵片中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的鋰離子電池，其特征在于所述正極含有一種鋰與過渡金屬的復(fù)合氧化物或混合物，如LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiCoxNi1-xO2、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2、LiMn2-xNixO4等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的鋰離子電池，其特征在于所述負(fù)極含有一種能使鋰離子反復(fù)嵌入和脫嵌的碳素材料，該碳素材料包括天然石墨、包覆修飾天然石墨、人造石墨、MCMB、MCF、VGCF等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的鋰離子二次電池，其特征在于所述電解液由有機(jī)溶劑和無機(jī)鹽組成，有機(jī)溶劑包括鏈狀酸酯如DMC、DEC、EMC、MPC、DPC、MA、EA、PA、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機(jī)酯類和環(huán)狀酸酯如EC、PC、VC、CHB、γ-BL、磺內(nèi)酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環(huán)狀有機(jī)酯類，可以使用其中之一或幾種混合，無機(jī)鹽包括LiCLO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6，三氟甲基磺酸鋰LiBOB等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的鋰離子二次電池，其特征在于電池殼為金屬鋁，不銹鋼或不銹鋼鍍鎳，電池殼形狀可以是立方型或圓柱型。
專利摘要一種鋰離子二次電池，包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜和金屬外殼。該電池由正極、負(fù)極和隔膜經(jīng)卷繞或疊合制電極芯，然后裝入金屬外殼，正、負(fù)極分別以軟性金屬箔片做為電流集電極與電池正、負(fù)極相聯(lián)，其特征在于集電極金屬片從電極芯探出部分以含有粘結(jié)劑的絕緣膜進(jìn)行粘貼保護(hù)，膜的高度以集電極金屬片從電極芯探出部分高度減0.5－2.0mm為宜。
文檔編號(hào)H01M10/40GK2760776SQ20042006316
公開日2006年2月22日 申請日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者宋殿權(quán) 申請人:哈爾濱光宇電源股份有限公司