專利名稱：一種鋰離子電池制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種大容量、高安全性磷酸鐵鋰電池及其 制備方法。
背景技術：
鋰離子電池自1990年在日本Sony公司被成功研制后，就以其工作電壓高(3. 7V)、 比能量高(8(Tl40wh/kg)、自放電率低(5%/月)、無記憶效應和對環(huán)境友好等優(yōu)點而受到了 電池界的普遍青睞。在世界范圍內(nèi)掀起了鋰離子電池研究和產(chǎn)業(yè)化熱潮。由于鋰離子電池 迎合了通信及信息技術的飛速發(fā)展對電池小型化、輕量化、高能化的發(fā)展要求，各級用戶對 其需求量也節(jié)節(jié)攀升。1996年日本鋰離子電池銷售額達12億美元，已超過了 MH — Ni電池 和Ni-Cd電池的銷售額。到2002年，鋰離子電池在小型二次電池中已經(jīng)占據(jù)絕對的統(tǒng)治地 位。但是，鋰離子電池的大型化，一直受制于制造工藝和安全性。鋰離子電池采用薄形化電極，集流體采用鋁箔和銅箔，小容量電池如手機、筆記本 電腦用電池，采用單極耳即可滿足使用要求，帶極耳卷繞工藝是目前鋰離子二次電池行業(yè) 的一個主流生產(chǎn)工藝；但是對于大容量、大功率型鋰離子二次電池而言，由于工作電流較 大，必須采用多極耳工藝，如果先焊接極耳后再卷繞，由于極片厚度公差的存在，極耳在卷 繞后的位置很難一致重疊，而且多極耳和導電極柱的連接也很難處理。因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池制備方法，旨在解決目前的鋰離子二次電 池產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝所存在的制造難題及缺陷。本發(fā)明的技術方案如下
一種鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟 去除銅箔和鋁箔表面的油漬；
取磷酸鐵鋰粉末和導電劑，置于黏結(jié)劑的N-甲基吡咯烷酮溶液中，混勻形成正極活性 材料；
取人造石墨和導電劑，置于活性材料的水溶液中，混勻形成負極活性材料； 將混勻的正極活性材料涂敷于已處理過的鋁箔上，制成正極極片，在正極極片的兩側(cè) 預留不涂正極活性材料的第一條條形空箔部位和第二條條形空箔部位；
將混勻的負極活性材料涂敷于已處理過的銅箔上，制成負極極片，在負極極片的兩側(cè) 預留不涂負極活性材料的第三條條形空箔部位和第四條條形空箔部位；
將正極極片和負極極片分別烘干、碾壓、分條成一定寬度的正極極片和負極極片； 將正極極片、負極極片和隔膜卷繞成圓柱形的電芯，電芯的中心形成容納電解液的收 容空間，電芯的兩端分別為正極端和負極端；將鋁導電盤和電芯的正極端用激光焊接連接； 將鎳導電盤和電芯的負極端用激光焊接或者用電阻焊焊接；
將鍍鎳鋼筒的一端滾槽，將已經(jīng)連接好導電盤的電芯放入鍍鎳鋼筒，電芯的負極端先 入，再將鍍鎳鋼筒的另一端滾槽；
用電阻焊焊接方式將鎳導電盤上的鎳極耳和負極帽蓋連接在一起，將負極帽蓋壓入， 采用機械封口方式進行封口；
將配置好的電解液注入到電芯的收容空間內(nèi)；
用激光焊的焊接方式將鋁導電盤上的鋁極耳和正極帽蓋連接在一起，將正極帽蓋壓 入，采用機械封口方式進行封口 ；
對電芯進行活化、化成和分容處理。所述的鋰離子電池，其中，所述第一條條形空箔部位的寬度是0.20-1. Omm;所述 第二條條形空箔部位的寬度是5. 0-30mm。所述的鋰離子電池，其中，所述第三條條形空箔部位的寬度是0.20-1. 0mm;所述 第四條條形空箔部位的寬度是5. 0-30mm。所述的鋰離子電池，其中，所述鋰離子電池的正極蓋帽含有電流阻斷裝置和不可 逆泄壓閥；負極蓋帽含有可逆的瀉壓裝置。所述的鋰離子電池，其中，所述正極活性材料為磷酸亞鐵鋰系活性材料。本發(fā)明的有益效果從工藝上實現(xiàn)了大型鋰離子電池的生產(chǎn)制造問題，而且工藝 簡單，易于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)成本低；特殊的極片結(jié)構(gòu)制備工藝，可以提高鋰離子電池的大 電流充放電性能；特殊的機械封口結(jié)構(gòu)制備工藝，極大地提高了大型鋰離子電池的安全性。


圖1是本發(fā)明實施例鋰離子電池的正極極片的示意圖； 圖2是本發(fā)明實施例鋰離子電池滾槽結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明實施例鋰離子電池封口后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明實施例鋰離子電池的正極蓋帽結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明實施例鋰離子電池的負極蓋帽結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明實施例鋰離子電池的負極底面示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對 本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明的大容量、高安全性圓柱形鋰離子電池，包括正極帽蓋、負極帽蓋、鋁導電 盤、鎳導電盤、鍍鎳鋼筒、電芯，正極帽蓋和負極帽蓋設置在鍍鎳鋼筒的兩端，用于將電芯封 裝在鍍鎳鋼筒內(nèi)，電芯包括正極極片、負極極片、隔膜、電解液，隔膜夾在正極極片和負極極 片之間，正極極片、負極極片和隔膜卷繞形成容納電解液的收容空間，電芯的兩端分別為正 極端和負極端，電芯的正極端和鋁導電盤連接，電芯的負極端和鎳導電盤連接，鎳導電盤和負極帽蓋連接，鋁導電盤和正極帽蓋連接。所述正極極片和負極極片分別采用鋁箔2和銅箔6做集流體，如圖1所示，在涂敷 活性材料涂層時在正極極片的兩側(cè)預留不涂活性材料的第一條條形空箔部位8和第二條 條形空箔部位9 第一條條形空箔部位8的寬度在0. 20-1. Omm范圍內(nèi)；第二條條形空箔部 位9的寬度在5.0-30mm范圍內(nèi)。相應的，在涂敷活性材料涂層時在負極極片的兩側(cè)預留不 涂活性材料的第三條條形空箔部位和第四條條形空箔部位第三條條形空箔部位的寬度在 0. 20-1. Omm范圍內(nèi)；第四條條形空箔部位的寬度在5. 0-30mm范圍內(nèi)。預留第一條條形空箔部位8和第三條條形空箔部位的作用是為了避免成卷極片 分切時切到涂層而產(chǎn)生毛刺和局部掉料，提高電池安全性。極片分切毛刺的形成與極片涂 層里的高硬度無機活性材料對刀具的磨損有很大關系，當采用本發(fā)明的方法，分切極片時 僅僅分切到純的鋁箔或銅箔時，對刀具的磨損很輕微，上述毛刺可大大降低，因此可以提高 大容量電池的安全性。預留第二條條形空箔部位9和第四條條形空箔部位的作用是便于不帶焊接的多 條極耳而實現(xiàn)高效率卷繞。是為了將正極極片、隔膜、負極極片連續(xù)卷繞后在此部位與引出 用集電體相連接，正極極片與負極極片的引出用集電體分別位于極組的兩側(cè)，正極極片空 箔端與鋁導電盤11采用激光焊接連接，鋁導電盤11與正極蓋帽采用激光焊接連接。負極 極片空箔端與鎳導電盤21采用激光焊接，鎳導電盤21與負極蓋帽采用電阻焊連接。同時， 采用導電盤和條條形空箔部位的連接，也是最佳的集流方式，有利于大電流放電。如圖2、圖3所示，在鍍鎳鋼管7的兩端采用機械滾槽工藝，正極、負極蓋帽采用機 械封口方式密封，鍍鎳鋼管7不帶電。鍍鎳鋼管7的雙端機械滾槽、機械封口，實現(xiàn)了大容 量鋰離子電池的生產(chǎn)，也增加了大容量鋰離子電池的安全性。如圖4、圖5和圖6所示，正極蓋帽含有CID (電流阻斷裝置)、PTC (大功率電池可 以不含)和不可逆泄壓閥；負極蓋帽含有可逆的瀉壓裝置。這樣也極大的提高了大容量電 池的安全性。本發(fā)明的目的還在于提供上述電池的制備方法，該方法制造成本低，效率高，且實 用易行，亦無需電池間的串并聯(lián)組合和連接保護裝置，就可達到大容量和高安全的目的。本 發(fā)明大容量鋰離子電池的制備方法的具體制備過程如下
(1)、集流體的處理去除銅箔6和鋁箔2表面的油漬，增強活性物質(zhì)和箔材的結(jié)合力； O)、正極活性材料的制備取磷酸鐵鋰粉末和導電劑，置于黏結(jié)劑的N-甲基吡咯烷酮 溶液中，混勻形成共聚物；
(3)、負極活性材料的制備取人造石墨和導電劑，置于活性材料的水溶液中，混勻形成 共聚物；
、正極極片的涂敷將混勻的正極活性材料涂敷于已處理過的鋁箔2上，在極片的 兩側(cè)預留不涂活性材料的條形空箔部位；
(5)、負極極片的涂敷將混勻的負極活性材料涂敷于已處理過的銅箔6上，在極片的 兩側(cè)預留不涂活性材料的條形空箔部位；
(6)、正、負極片的制備將正、負極片烘干、碾壓、分條成一定寬度的極片；
(7)、電芯的卷繞在卷繞機上，將正、負極片和隔膜卷繞成圓柱形的電芯。電芯的中心 形成容納電解液的收容空間，電芯一端是正極端(正極極片的端部)，另一端是負極端(負極極片的端部)；
(8)、導電盤和電芯的連接將鋁導電盤11(鋁導電盤上帶有鋁極耳12)和電芯的正極 端用激光焊接連接。將鎳導電盤21 (鎳導電盤上有鎳極耳22)和電芯的負極端用激光焊接 或者用電阻焊焊接；
(9)、電芯的裝配將鍍鎳鋼筒一端滾槽，將已經(jīng)連接好導電盤的電芯放入鍍鎳鋼筒，負 極端先入，再將另一端滾槽；
(10)、負極端封口用電阻焊接方式將鎳極耳和負極帽蓋連接在一起，將帽蓋壓入，采 用機械封口方式，將負極端封口 ；
(11)、電芯的注液將配置好的電解液注入到電芯中。(12)、正極端封口 用激光焊的焊接方式將鋁極耳和正極帽蓋連接在一起，將帽蓋 壓入，采用機械封口方式，將正極端封口 ；
(13)、電芯的化成分容電芯注液、封口完成后，即可進行活化、化成和分容。本發(fā)明的大容量、高安全性圓柱形鋰離子電池，正極活性材料采用磷酸亞鐵鋰系 活性材料制造。磷酸亞鐵鋰Lii^e (M)PO4 (M為攙雜的Nb、Mn、Co等)系正極材料中P043—四面體非 常穩(wěn)定，在充放電過程中起到結(jié)構(gòu)支撐作用，尤其是在過充、過熱情況下不會釋放高活性的 氧原子，不存在像LiCoO2, LiNiCoMnO2, LiMn2O4等正極材料那樣的劇烈氧化、爆炸反應；同時 由于在充放電過程中，LiFePO4和完全脫鋰狀態(tài)下的FePO4都為正交結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)只有微 小變化，電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能。因此采用Lii^ePO4S正極材料的鋰離子電池可以有效避 免爆炸反應，有潛力滿足目前電動汽車或電動玩具對高容量、大功率動力電池的性能需求。本發(fā)明的有益效果是
1.從工藝上實現(xiàn)了大型鋰離子電池的生產(chǎn)制造問題，而且工藝簡單，易于實現(xiàn)自動 化，生產(chǎn)成本低；
2.特殊的極片結(jié)構(gòu)，可以提高鋰離子電池的大電流充放電性能； 3.特殊的機械封口結(jié)構(gòu)，極大地提高了大型鋰離子電池的安全性。本發(fā)明的大容量電池特指額定容量(IC)在5Ah以上，尤其是IOAh以上的鋰離子 二次電池，高容量電池里包括容量型電池和大功率型電池，容量型電池的最大放電倍率在 2C以下，大功率型電池特指最小放電倍率在3C以上的大功率型電池，根據(jù)具體使用要求， 做適當工藝調(diào)整按本發(fā)明的方法既可以生產(chǎn)純粹高容量的電池，也可以生產(chǎn)高容量、大功 率兼?zhèn)涞碾姵亍斃斫獾氖?，本發(fā)明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可 以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保 護范圍。
權利要求
1.一種鋰離子電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 去除銅箔和鋁箔表面的油漬；取磷酸鐵鋰粉末和導電劑，置于黏結(jié)劑的N-甲基吡咯烷酮溶液中，混勻形成正極活性 材料；取人造石墨和導電劑，置于活性材料的水溶液中，混勻形成負極活性材料； 將混勻的正極活性材料涂敷于已處理過的鋁箔上，制成正極極片，在正極極片的兩側(cè) 預留不涂正極活性材料的第一條條形空箔部位和第二條條形空箔部位；將混勻的負極活性材料涂敷于已處理過的銅箔上，制成負極極片，在負極極片的兩側(cè) 預留不涂負極活性材料的第三條條形空箔部位和第四條條形空箔部位；將正極極片和負極極片分別烘干、碾壓、分條成一定寬度的正極極片和負極極片； 將正極極片、負極極片和隔膜卷繞成圓柱形的電芯，電芯的中心形成容納電解液的收 容空間，電芯的兩端分別為正極端和負極端；將鋁導電盤和電芯的正極端用激光焊接連接； 將鎳導電盤和電芯的負極端用激光輝接或者用電阻焊焊接；將鍍鎳鋼筒的一端滾槽，將已經(jīng)連接好導電盤的電芯放入鍍鎳鋼筒，電芯的負極端先 入，再將鍍鎳鋼筒的另一端滾槽；用電阻焊焊接方式將鎳導電盤上的鎳極耳和負極帽蓋連接在一起，將負極帽蓋壓入， 采用機械封口方式進行封口；將配置好的電解液注入到電芯的收容空間內(nèi)；用激光焊的焊接方式將鋁導電盤上的鋁極耳和正極蓋帽連接在一起，將正極帽蓋壓 入，采用機械封口方式進行封口 ；對電芯進行活化、化成和分容處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池制備方法，其特征在于，所述第一條條形空箔部 位的寬度是0. 20-1. Omm ；所述第二條條形空箔部位的寬度是5. 0_30mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池制備方法，其特征在于，所述第三條條形空箔部 位的寬度是0. 20-1. Omm ；所述第四條條形空箔部位的寬度是5. 0_30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池的制備方法，本發(fā)明鋰離子電池制備工藝簡單，易于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)成本低；特殊的極片結(jié)構(gòu)制備工藝，可以提高鋰離子電池的大電流充放電性能；特殊的機械封口結(jié)構(gòu)制備工藝，極大地提高了大型鋰離子電池的安全性。
文檔編號H01M10/0587GK102136606SQ201010564879
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權日2010年11月30日
發(fā)明者劉華福, 劉方 申請人:珠海金峰航電源科技有限公司