專利名稱：一種改進(jìn)鋰離子電池制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造鋰離子電池的方法，特別是改進(jìn)鋰離子電池制造工藝，該 方法包括制造負(fù)極、正極，并且將隔膜材料置負(fù)極和正極之間層疊裝配鋰離子電池，所 述的工藝包括以下步驟正極集流體鋁薄一裁片一涂布正極材料如鎳酸鋰(LiNi02)、磷酸鐵鋰 LiFePO4^鋰釩氧化物(VOPO4、LiVO2)、鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物，粘接劑導(dǎo)電劑按比 例混合攪拌均勻后涂布在鋁箔集流體的兩面，為正極極片。負(fù)極集流體銅薄一裁片一涂布負(fù)極材料如天然石墨、人造石墨或焦炭的一 種，粘接劑PTFE或CMC，去離子水按比例攪拌均勻，涂布在銅箔集流體的兩面，為負(fù) 極極片。上述工序完成之后將隔膜材料分隔于正極、負(fù)極材料之間交錯層疊裝配。上述工序完成之后完成之后，灌注電解液一化成，排出氣體一密封排氣口一分 容測試參數(shù)，得到本發(fā)明改進(jìn)工藝制造的鋰電池。
背景技術(shù)：
鋰電池正、負(fù)材料涂層厚度通常為12微米，壓實(shí)后8微米，極片漿料涂布是 制造鋰電池正、負(fù)極關(guān)鍵之一，正、負(fù)極漿料為非牛頓型高粘度流體；涂布載體為厚度 10 20um的鋁箔集流體或銅箔集流體，鋁箔、銅箔太薄不能承受涂布機(jī)的拉卷和放卷工 藝的抗拉拉力，太厚會增加體積、增加重量，降低比能量，還會增加成本?，F(xiàn)有制造鋰電池的鋰電池正、負(fù)極存在如下技術(shù)難題(1)為了鋰電池正、負(fù)極的活性物質(zhì)的涂膜不會從集流體上脫開，不會產(chǎn)生裂 痕，必須增加粘著牢度，增加粘著牢度是通過改進(jìn)粘合劑和增加粘合劑的途徑來實(shí)現(xiàn)， 增加粘合劑會造成體積占用，粘合劑愈多，正、負(fù)極的活性物質(zhì)就愈少，不僅減少了電 池的比能量，還會因?yàn)榉菍?dǎo)電物質(zhì)增加而內(nèi)阻增加，損失電池的性能，但是，粘合劑偏 少又會引起涂布工藝掉漿，涂層松脫，造成廢品率增加。(2)現(xiàn)有的工藝是第一面涂布一干燥一收卷一第二面涂布一干燥一收卷一研 壓一收卷一分條切開一收卷一分段切開一卷繞電池芯，該過程四次收卷、放卷工序，由 于鋰電池正、負(fù)極的活性物質(zhì)的涂膜層并非柔性體，經(jīng)過四次收卷、放卷工序必然導(dǎo)致 鋰電池正、負(fù)極的活性物質(zhì)的涂膜層裂紋和破壞與極流體表面粘著牢度，造成松脫和間 隙的形成，無論是正、負(fù)極的活性物質(zhì)的涂膜層裂紋或是破壞與極流體表面粘著牢度， 造成了松脫和間隙，都會形成電池內(nèi)阻的變化，必然導(dǎo)致電流不均而溫度不均，造成過 高溫度區(qū)，引起正、負(fù)極的活性物質(zhì)與集流體松脫，進(jìn)一步引起內(nèi)阻加大。鋰離子電池的內(nèi)阻與集流體質(zhì)量特性有著相當(dāng)大的關(guān)系，鋰離子電池集流體的 主要材料是金屬箔(如銅箔、鋁箔)，其功用是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來，以 便形成較大的電流輸出，因此集流體應(yīng)與活性物質(zhì)充分接觸，要求內(nèi)阻應(yīng)盡可能小。鋰電池負(fù)極的活性物質(zhì)的涂布工藝要求銅箔具有良好的導(dǎo)電性、柔韌性，耐卷繞和輾壓，銅箔在鋰離子電池中既是負(fù)極活性材料的載體，又是負(fù)極電子的收集與傳導(dǎo) 體，即必須具有良好的導(dǎo)電性，良好的可附著負(fù)極的活性物質(zhì)，負(fù)極的活性物質(zhì)涂層的 粘結(jié)強(qiáng)度足夠高，達(dá)到避免充放電循環(huán)過程中負(fù)極活性物質(zhì)的粉化脫落，防止充放電發(fā) 熱膨脹收縮造成附著負(fù)極的活性物質(zhì)剝離基片，涂層剝離必將導(dǎo)致電池內(nèi)阻抗不斷增 大，循環(huán)容量下降加劇。 現(xiàn)有涂布工藝制造鋰電池的鋰電池正、負(fù)極極片技術(shù)難題還表現(xiàn)在集流體材質(zhì) 本身的高品質(zhì)特殊要求，如負(fù)極的活性物質(zhì)的涂布工藝質(zhì)量與銅箔的耐折性有著十分密切關(guān)系，不同類型 的鋰離子電池對銅箔耐折性能的要求也不同，卷繞工藝制造鋰電池要求銅箔具有更好的 耐折性能，耐折性能差的銅箔可能在卷繞工藝中折疊環(huán)節(jié)中發(fā)生裂紋甚至斷裂，裂紋將 影響活性物質(zhì)的密度均勻性，也將產(chǎn)生內(nèi)阻變化，電解銅銅箔與壓延銅銅箔的耐折性能 具有顯著差異，但是壓延銅銅箔的價格昂貴會顯著增加成本。負(fù)極的活性物質(zhì)的涂布工藝質(zhì)量與銅箔的抗拉強(qiáng)度及延伸率有著十分密切關(guān) 系，銅箔必須具有足夠的抗拉強(qiáng)度及延伸率，否則，在對涂布有負(fù)極活性物質(zhì)的極片進(jìn) 行滾動研壓壓平的過程中，銅箔與活性物質(zhì)間的接觸性能會變差，使負(fù)極極片的尺寸穩(wěn) 定性和平整性變差，延伸率太大造成負(fù)極的活性物質(zhì)附著原位位移，負(fù)極的活性物質(zhì)附 著原位位移，將影響負(fù)極制作的成品率、電池容量、內(nèi)阻和循環(huán)壽命等，延伸率太小導(dǎo) 致拉斷、拉出裂紋，銅箔的抗拉強(qiáng)度及延伸率同樣也是十分不易控制的材料性能。正極、負(fù)極的活性物質(zhì)的涂布工藝采用普通熱風(fēng)對流干燥法或烘缸熱傳導(dǎo)干燥 法干燥，干燥效率低，溶劑揮發(fā)量大，造成成本增加環(huán)境污染嚴(yán)重，由于表面受熱傳 熱，干燥后的涂層常有發(fā)生外干內(nèi)濕或表面皸裂等質(zhì)量問題，表面皸裂也將產(chǎn)生內(nèi)阻增 大。正極、負(fù)極極片的制造工藝采用相同的涂布工藝，負(fù)極的活性物質(zhì)的涂布工藝 的缺陷在正極極片制造同時存在。如何克服表面皸裂、如何改善粘著牢度，如何避免正、負(fù)極的活性物質(zhì)的涂膜 層裂紋、松脫和間隙，如何減少粘接劑的用量，降低內(nèi)阻，提高正極、負(fù)極的活性物質(zhì) 密度，從而提高鋰電池比能量和提高鋰電池性能，是提高鋰離子電池性能質(zhì)量的重要任 務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種改進(jìn)鋰離子電池制造工藝，由包括以下步驟①正極集流體鋁薄一裁片一涂布正極材料如鎳酸鋰(LiNi02)、磷酸鐵鋰 LiFePO4^鋰釩氧化物(VOPO4、LiVO2)、鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物，粘接劑導(dǎo)電劑按比 例混合攪拌均勻后涂布在鋁箔集流體的兩面，為正極極片；②負(fù)極集流體銅薄一裁片一涂布負(fù)極材料如天然石墨、人造石墨或焦炭的一 種，粘接劑PVDF或HSV，去離子水按比例攪拌均勻，填注在銅箔集流體的兩面，為負(fù) 極極片；③將上述工序完成之后進(jìn)入真空干燥箱真空箱內(nèi)加熱干燥；④上述工序完成之后將隔膜材料分隔于正極、負(fù)極材料之間交錯層疊壓緊裝配。⑤上述工序完成之后完成之后，灌注電解液一化成，排出氣體一密封排氣口；⑥分容測試參數(shù)，得到本發(fā)明改進(jìn)工藝制造的鋰電池。所述的裁片是將集流體材料，裁制成電池芯的尺寸；所述的涂布是將正極材料，如鎳酸鋰(LiNiO2)、磷酸鐵鋰LiFeP04、鋰釩 氧化物(V0P04、LiVO2)、鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物，粘接劑導(dǎo)電劑按比例混合攪拌均勻 后填注在鋁箔集流體的兩面，為正極極片；將負(fù)極材料，如天然石墨、人造石墨或焦炭、或鈦酸鋰的一種，粘接劑 PVDF或HSV，去離子水按比例攪拌均勻，涂布在銅箔集流體的兩面，為負(fù)極極片；上述工藝無須卷繞，避免了因卷繞造成的涂膜層裂紋、松脫和間隙，由于無須 卷繞對涂膜層粘合劑的使用量，粘著強(qiáng)度要求大為降低，降低粘合劑的使用量，還可以 減少溶劑NMP-甲基吡咯烷酮的使用量；所述的真空箱內(nèi)加熱干燥是由于采用集流體材料先裁片后涂布，集流體材料 銅薄或鋁薄，裁至電池芯尺寸再涂布，即可進(jìn)入真空干燥箱內(nèi)干燥，而現(xiàn)有的工藝是長 卷涂布，長卷涂布是無法在真空干燥箱內(nèi)干燥的，真空箱內(nèi)加熱干燥可以避免普通熱風(fēng) 對流干燥法或烘缸熱傳導(dǎo)干燥法干燥效率低，溶劑揮發(fā)量大，造成成本增加環(huán)境污染嚴(yán) 重，由于熱風(fēng)對流干燥法或烘缸熱傳導(dǎo)干燥法都是表面受熱傳熱，干燥后的涂層常有發(fā) 生外干內(nèi)濕或表面皸裂等質(zhì)量問題。本發(fā)明的積極意義通過真空干燥箱內(nèi)干燥，可以克服制作的正、負(fù)極外干內(nèi) 濕和表面皸裂等質(zhì)量問題，在負(fù)壓容器內(nèi)約束的條件下加熱蒸發(fā)，可以充分的回收溶劑 NMP-甲基吡咯烷酮，既節(jié)省成本，又減輕了環(huán)境污染，NMP-甲基吡咯烷酮揮發(fā)性、滲 透性極強(qiáng)，易燃易爆，在負(fù)壓容器內(nèi)約束的條件下加熱蒸發(fā)易回收，可以提高勞動生產(chǎn) 安全性。裁片后涂布是小范圍涂布，正極、負(fù)極活性物質(zhì)漿料涂層比長卷料放卷收卷涂 布工藝更穩(wěn)定，可以提高正極、負(fù)極漿料在集流體表面附著的密度均勻性，由于無須放 卷收卷，從而克服由于正極、負(fù)極涂布膜層在四個收卷放卷工序中裂紋、松脫，造成間 隙使內(nèi)阻增大。無須收卷放卷的拉與抗拉的動力操作，也就無須考慮鋁箔、銅箔材料的抗拉強(qiáng) 度及延伸率，降低鋁箔、銅箔材料的苛刻要求可以降低成本。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案一種改進(jìn)鋰離子電池制造工藝包括下列步驟第一步將鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物，導(dǎo)電劑乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電石 墨，粘接劑，PVDF或HSV，NMP-甲基吡咯烷酮按比例混合后攪拌均勻，為正極材料備 用；第二步將天然石墨、人造石墨或焦炭、鈦酸鋰的一種，粘接劑PDVF或 HSV, NMP-甲基吡咯烷酮、去離子水按比例攪拌均勻，為負(fù)極材料備用；第三步將鋁箔集流體裁片；第四步將裁片的鋁 箔集流體置于夾具上；第五步將正極材料涂布于鋁箔集流體的兩面；
第六步將涂布正極材料極片置真空容器，同步加熱，加熱溫度80 120°C， 液體蒸發(fā)，正極材料干燥；第七步從真空容器中取出，即鋰離子電池正極極片；第八步將裁片的銅箔集流體置于夾具上；第九步將負(fù)極材料涂布于銅箔集流體的兩面；
第十步將涂布負(fù)極材料極片置真空容器，同步加熱，加熱溫度120 180°C， 液體蒸發(fā)，負(fù)極材料干燥；第十一步從真空容器中取出，即鋰離子電池負(fù)極極片；第十二步將隔膜材料分隔于正極、負(fù)極材料之間交錯層疊裝配；第十三步封裝于電池芯包裝中，留出極耳密封；第十四步灌注；由電解質(zhì)鹽LiPF6 (六氟磷酸鹽)和非水溶劑EC (二甲基碳酸 酯)、DEC (碳酸乙烯酯)和DMC (碳酸二烯酯)按比例組成的非水性商品電解液；第十五步化成，排出氣體；第十六步密封排氣口 ；第十七步測試參數(shù)，得到本發(fā)明制造的鋰離子電池。所述的隔膜材料為聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜或由二(甲基)丙烯酸聚乙二 醇酯、多官能環(huán)氧乙烷、醋酸乙烯酯、氮雙異丁晴、三乙胺、LiPF6(六氟磷酸鹽)碳酸亞 乙酯按比例制成的聚合物電解質(zhì)材料，由于采用非卷繞的層疊裝工藝，無須考慮薄膜材 料抗拉強(qiáng)度，還可以采用中國傳統(tǒng)材料宣紙。
具體實(shí)施例正極按以下方法制作第Al步取89wt%鋰鈷氧化物(LiCoO2), 4wt%乙炔黑導(dǎo)電物質(zhì)，2wt%聚偏 氟乙烯(PVDF)作粘接劑，5wt% NMP-甲基吡咯烷酮作溶劑，混合，攪拌均勻備用；第A2步將鋁箔集流體裁片；第A3步第Al步制作的正極材料涂布于鋁箔集流體的兩面；第A4步將第A3步制作的材料置真空容器繼續(xù)抽負(fù)壓，同步加熱，加熱溫度 范圍80 120°C，優(yōu)選加熱溫度90 100°C，液體蒸發(fā)，正極材料干燥；第A5步將第A4步制作的極片從真空容器中取出，即鋰離子電池正極極片；負(fù)極按以下方法制作第Bl步取92wt%的天然石墨微粉，6wt %的聚偏氟乙烯粘合劑，2wt % NMP-甲基吡咯烷酮作溶劑，混合，攪拌均勻備用；第B2步將銅箔集流體裁片；第B3步將第Al步制作的負(fù)極材料涂布于銅箔集流體的兩面；第B4步將第A3步制作的材料置真空容器繼續(xù)抽負(fù)壓，同步加熱，加熱溫度 范圍80 120°C，優(yōu)選加熱溫度90 100°C，液體蒸發(fā)，負(fù)極材料干燥；第B5步將第A4步制作的極片從真空容器中取出，即鋰離子電池正極極片；電池裝配第Cl步將隔膜分隔于正極、負(fù)極之間交錯層疊裝配；第C2步焊接正極極耳、負(fù)極極耳；
第C3步封裝于電池芯包裝內(nèi)；第C4步 灌注；由電解質(zhì)鹽LiPF6 (六氟磷酸鹽)和非水溶劑EC (二甲基碳酸 酯)、DEC (碳酸乙烯酯)和DMC (碳酸二烯酯)按比例組成的非水性商品電解液；第C5步化成，排出氣體；第C6步密封排氣口 ；第C7步測試參數(shù)，得到本發(fā)明填注凝固法制造的鋰電池。
權(quán)利要求
1. 一種改進(jìn)鋰離子電池制造工藝由下列步驟組成 正極按以下方法制作第Al步取89wt%鋰鈷氧化物(LiCoO2), 4wt%乙炔黑導(dǎo)電物質(zhì)，2對％聚偏氟乙 烯(PVDF)作粘接劑，5wt% NMP-甲基吡咯烷酮作溶劑，混合，攪拌均勻備用； 第A2步將鋁箔集流體裁片；第A3步第Al步制作的正極材料涂布于鋁箔集流體的兩面； 第A4步將第A3步制作的材料置真空容器繼續(xù)抽負(fù)壓，同步加熱，加熱溫度范圍 80 120°C，優(yōu)選加熱溫度90 10(TC，液體蒸發(fā)，正極材料干燥；第A5步將第A4步制作的極片從真空容器中取出，即鋰離子電池正極極片； 負(fù)極按以下方法制作第Bl步取92wt%的天然石墨微粉，6對％的聚偏氟乙烯粘合劑，2wt%NMP-甲基 吡咯烷酮作溶劑，混合，攪拌均勻備用； 第B2步將銅箔集流體裁片；第B3步將第Al步制作的負(fù)極材料涂布于銅箔集流體的兩面； 第B4步將第A3步制作的材料置真空容器繼續(xù)抽負(fù)壓，同步加熱，加熱溫度范圍 80 120°C，優(yōu)選加熱溫度90 100°C，液體蒸發(fā)，負(fù)極材料干燥；第B5步將第A4步制作的極片從真空容器中取出，即鋰離子電池正極極片； 電池裝配第Cl步將隔膜分隔于正極、負(fù)極之間交錯層疊裝配； 第C2步焊接正極極耳、負(fù)極極耳； 第C3步封裝于電池芯包裝內(nèi)；第C4步灌注；由電解質(zhì)鹽LiPF6(六氟磷酸鹽)和非水溶劑EC( 二甲基碳酸酯)、 DEC(碳酸乙烯酯)和DMC(碳酸二烯酯)按比例組成的非水性商品電解液； 第C5步化成，排出氣體； 第C6步密封排氣口 ；第C7步測試參數(shù)，得到本發(fā)明填注凝固法制造的鋰電池。
2.按權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)鋰離子電池制造工藝，其特征還在于 負(fù)極按以下方法制作第Bl步取92wt%的鈦酸鋰，3wt%&Super-P，3wt%的聚偏氟乙烯粘合劑，2wt% NMP-甲基吡咯烷酮作溶劑，混合，攪拌均勻備用； 第B2步將銅箔集流體裁片；第B3步將第Al步制作的負(fù)極材料涂布于銅箔集流體的兩面； 第B4步將第A3步制作的材料置真空容器繼續(xù)抽負(fù)壓，同步加熱，加熱溫度范圍 80 120°C，優(yōu)選加熱溫度90 100°C，液體蒸發(fā)，負(fù)極材料干燥；第B5步將第A4步制作的極片從真空容器中取出，即鋰離子電池正極極片。
全文摘要
本發(fā)明公開一種改進(jìn)鋰離子電池制造工藝，由正極集流體鋁薄→裁片→涂布正極材料如鎳酸鋰、磷酸鐵鋰、鋰釩氧化物、鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物，粘接劑導(dǎo)電劑按比例混合攪拌均勻后涂布在鋁箔集流體的兩面，為正極極片，負(fù)極集流體銅薄→裁片→涂布負(fù)極材料如天然石墨、人造石墨或焦炭的一種，粘接劑聚偏氟乙烯和NMP-甲基吡咯烷酮，去離子水按比例攪拌均勻，涂布在銅箔集流體的兩面，為負(fù)極極片，上述工序完成之后置真空容器內(nèi)加熱干燥；干燥工序完成之后將隔膜材料分隔于正極、負(fù)極材料之間交錯層疊裝配，裝配工序完成之后，灌注電解液→化成，排出氣體→密封排氣口→分容測試參數(shù)，由于采用真空干燥箱內(nèi)干燥，可以克服制作的正、負(fù)極外干內(nèi)濕和表面皸裂等質(zhì)量問題。
文檔編號H01M4/04GK102013528SQ200910173648
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者鄧梁 申請人:趙寬, 鄧昌滬