專利名稱：解決了變形和安全問題的軟包裝鋰離子電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，尤其是涉及軟包裝及聚合物鋰離子電池。
背景技術(shù)：
液態(tài)鋰離子電池自1990年開發(fā)成功以來，由于它具有比能量高、工作電壓高、應(yīng)用溫度范圍寬、自放電率低、循環(huán)壽命長、無污染、安全性能好等獨特的優(yōu)勢，現(xiàn)已廣泛用作袖珍貴重家用電器如移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等的電源，并已在航空、航天、航海、人造衛(wèi)星、小型醫(yī)療儀器及軍用通訊設(shè)備領(lǐng)域中逐步替代傳統(tǒng)的電池。鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池，而軟包裝電池是介乎二者之間的電池，是集液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池部分優(yōu)點一種電池。這些電池的極組制造技術(shù)分為卷繞式和疊片式。
卷繞式的方型鋰離子電池有較硬的外殼(鋁殼)，因此，方型鋰離子電池在較小的極組膨脹下不會產(chǎn)生變形；聚合物和軟包裝鋰離子電池由于采用的是鋁塑封裝袋包裝，極組較小的膨脹和變形會帶來較大的電池變形，這對電池的性能和安全會有很大的影響。
卷繞式聚合物、軟包裝電池極耳焊接在銅箔或鋁箔上，極耳的厚度要比銅箔或鋁箔的厚度大得多，這樣造成電池在成型化成后，兩個極耳在外觀上特別突出，影響了電池的外觀，而且在電池使用(充放電)過程中容易變形，變形之后直接影響到電池的循環(huán)性能、自放電等，而且這樣結(jié)構(gòu)的電池在變形之后會帶來安全性問題，例如軟包裝電池在變形之后很難通過熱箱測試，這與極耳處的不均勻膨脹對電極的影響有很大的關(guān)系。另外，化成或循環(huán)時電解液產(chǎn)氣，使電池內(nèi)壓加大，也會帶來電池變形，這樣的變形會對電池的厚度和安全具有不利的影響。
因此，解決軟包裝電池的變形和安全性問題必須從兩方面入手1)從電池結(jié)構(gòu)上解決；2)從電解液方面解決。本發(fā)明基于以上思想開發(fā)了軟包裝電池變形和安全性問題的新技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決卷繞式軟包裝的電池變形問題，提供一種鋰離子電池及其制作方法。
實現(xiàn)本發(fā)明的鋰離子電池的技術(shù)方案如下一種解決了變形和安全問題的軟包裝鋰離子電池，包括鋁箔、焊接在其上的正極耳和涂于其上的含有正極活性物質(zhì)的涂層，銅箔、焊接在其上的負(fù)極耳和涂于其上的含有負(fù)極活性物質(zhì)的涂層，正負(fù)極耳的厚度遠大于銅箔或鋁箔的厚度。在焊接有負(fù)極耳的銅箔上靠近負(fù)極耳的位置墊有與負(fù)極耳厚度相當(dāng)、膨脹系數(shù)相似的墊片；在原電解液中加有2％的亞硫酸丙烯酯(propylene sulfite，PS)和1％的乙烯基碳酸乙烯酯(4-vinyl-1，3-dioxolan-2-one，VEC)。
實現(xiàn)本發(fā)明的鋰離子電池制作方法的技術(shù)方案是一種解決了變形和安全問題的軟包裝鋰離子電池的制作方法，其中，鋰離子電池包括鋁箔、焊接在其上的正極耳和涂于其上的含有正極活性物質(zhì)的涂層，銅箔和焊接在其上的負(fù)極耳和涂于其上的含有負(fù)極活性物質(zhì)的涂層，正負(fù)極耳的厚度遠大于銅箔或鋁箔的厚度，電解液，其特征在于，在焊接有負(fù)極耳的銅箔上靠近負(fù)極耳的位置墊上與負(fù)極耳厚度相當(dāng)、膨脹系數(shù)相似的墊片；在電解液中加入2％的亞硫酸丙烯酯和1％的乙烯基碳酸乙烯酯。
本發(fā)明的有益效果在于1.采取在負(fù)極耳焊接的銅箔上極耳以外的位置墊上相應(yīng)厚度的銅箔，以彌補正負(fù)極耳焊接帶來的極片厚度差別。這樣的解決方法可以提高電池的安全性能，例如所墊銅片在一定程度上緩解了電池在濫用時的熱失控，使電池通過針刺測試的比例有一定程度提高。
2.在此電液中加入亞硫酸丙烯酯(PS)以增強SEI膜的強度和穩(wěn)定性，在電液中加入乙烯基碳酸乙烯酯以抑制電池的溫度變化和產(chǎn)氣，這樣的電液在電池使用過程中使電池內(nèi)壓減小，減少了電池變形的可能性。
總之，本發(fā)明從電池結(jié)構(gòu)和電液成分上采取的防止軟包裝電池變形的技術(shù)有效地解決了這種電池變形的問題。而且這樣的解決辦法不增加工序，制造過程中很容易解決，所用的添加劑對單體電池的成本影響很小。


圖1添加了銅箔墊片的卷繞式軟包裝鋰離子電池圖2對未改進的軟包裝鋰離子電池的熱箱測試圖3對改進后的軟包裝鋰離子電池的熱箱測試具體實施方式
下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。
電池的極耳要直接焊接在銅箔或鋁箔上，這相對于其它電極來說是最不規(guī)整的一部分，一般來說，極耳的厚度是0.1mm，而銅箔和鋁箔的厚度卻是10-20um，這樣相差80-90um的厚度。參見圖1，本發(fā)明在卷繞式極組3制作過程中，在焊接負(fù)極耳1的銅箔上靠近負(fù)極耳的位置墊上0.1mm的銅箔4以補充負(fù)極耳1和正極耳2的變形引起的極組變形。
此外，電解液在電池使用過程中的產(chǎn)氣是軟包裝電池變形的又一個主要原因。本發(fā)明采用特殊的電液添加劑，抑制了電池的產(chǎn)氣，與結(jié)構(gòu)變化相配合而解決了軟包裝的變形問題。本發(fā)明所使用的基本電液可以是任意配方的鋰離子電池電解液，以力神公司生產(chǎn)的軟包裝SP053759為模型電池，在基本電液(EC∶DMC∶EMC＝1∶1∶1-體積比、1MLiPF6有機電解液)中加入2％的PS和1％VEC，將此種電解液注入到SP053759的極組中，制得改進后的電池。關(guān)于加入VEC的含量問題，如果加入含量過高，則影響電池循環(huán)；加入含量過低，則對安全影響效果不明顯。經(jīng)過試驗，確定VEC加入量1％較為合適。同樣經(jīng)過試驗，確定PS的最佳加入量為2％。
經(jīng)化成，循環(huán)100次后，改進后電池外觀變形減小。根據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)，對鋰離子電池進行熱箱試驗，要求在150℃恒溫10min的條件下不起火，不爆炸，對鋰離子電池的針刺試驗，要求用Ф3mm針穿透電池，不會發(fā)生不爆炸。用這樣的兩種電池進行熱箱和針刺的測試(熱箱測試結(jié)果見圖2和圖3，針刺測試和電池外觀的效果圖無法在專利申請文件中體現(xiàn)出來，故略去)，前者均通過了測試，而后者都沒有通過測試，說明改進后的電池安全性能大大提高。
本發(fā)明不僅是對軟包裝鋰離子電池的生產(chǎn)工藝的改進，還可以應(yīng)用在聚合物鋰離子電池生產(chǎn)上。
權(quán)利要求
1.一種解決了變形和安全問題的軟包裝鋰離子電池，包括鋁箔、焊接在其上的正極耳和涂于其上的含有正極活性物質(zhì)的涂層，銅箔、焊接在其上的負(fù)極耳和涂于其上的含有負(fù)極活性物質(zhì)的涂層，正負(fù)極耳的厚度遠大于銅箔或鋁箔的厚度，其中還含有電解液，其特征在于，在焊接有負(fù)極耳的銅箔上靠近負(fù)極耳的位置墊有與負(fù)極耳厚度相當(dāng)、膨脹系數(shù)相似的墊片；在電解液中加有2％的亞硫酸丙烯酯和1％的乙烯基碳酸乙烯酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決了變形和安全問題的軟包裝鋰離子電池，其特征在于，所述墊片為銅箔。
3.一種解決了變形和安全問題的軟包裝鋰離子電池制作方法，其中，鋰離子電池包括鋁箔、焊接在其上的正極耳和涂于其上的含有正極活性物質(zhì)的涂層，銅箔、焊接在其上的負(fù)極耳和涂于其上的含有負(fù)極活性物質(zhì)的涂層，正負(fù)極耳的厚度遠大于銅箔或鋁箔的厚度，其中還含有電解液，其特征在于，在焊接負(fù)極耳的銅箔上靠近負(fù)極耳的位置墊上與負(fù)極耳厚度相當(dāng)、膨脹系數(shù)相似的墊片；在電解液中加入2％的亞硫酸丙烯酯和1％的乙烯基碳酸乙烯酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的解決了變形和安全問題的軟包裝鋰離子電池制作方法，其特征在于，所墊的墊片為銅箔。
全文摘要
本發(fā)明的解決了變形和安全問題的軟包裝鋰離子電池，包括鋁箔、焊接在其上的正極耳和涂于其上的含有正極活性物質(zhì)的涂層，銅箔、焊接在其上的負(fù)極耳和涂于其上的含有負(fù)極活性物質(zhì)的涂層，正負(fù)極耳的厚度遠大于銅箔或鋁箔的厚度。在焊接有負(fù)極耳的銅箔上靠近負(fù)極耳的位置墊有與負(fù)極耳厚度相當(dāng)、膨脹系數(shù)相似的墊片；在原電解液中加有2％的亞硫酸丙烯酯(propylene sulfite，PS)和1％的乙烯基碳酸乙烯酯(4－vinyl－1，3－dioxolan－2－one，VEC)。本發(fā)明從電池結(jié)構(gòu)和電液成分上采取的防止聚合物、軟包裝電池變形的技術(shù)有效地解決了這種電池變形的問題。而且這樣的解決辦法不增加工序，制造過程中很容易解決，所用的添加劑對單體電池的成本影響很小。
文檔編號H01M4/02GK1787274SQ20051001549
公開日2006年6月14日 申請日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者馬忠龍, 盧鑫, 王玉來, 李慧芳, 張麗娜 申請人:天津力神電池股份有限公司