專利名稱：鋰離子電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鋰離子電池。
背景技術：
現有的鋰離子電池可分為卷繞式及層疊式兩類，其包括外殼體、封裝于外殼體內 的正極片、負極片、隔膜及電解液。該隔膜設置于正極片與負極片之間。該電解液充分浸潤 正極片、負極片及隔膜。所述正極片包括一正極集流體及形成于該正極集流體表面的正極 材料層。所述負極片包括一負極集流體及形成于該負極集流體表面的負極材料層。層疊式的鋰離子電池可包括多層交疊設置并通過隔膜間隔的正、負極片。為了減 小鋰離子電池的厚度，正、負極片間的壓合較為緊密，從而造成了向正、負極片間注入電解 液較為困難。正、負極片的面積越大，層疊的數量越多，電解液越難以注入。因此，為使電解 液能夠滲透并充分浸潤至正、負極片的中部，在制造的過程中通常需要將注入電解液后的 鋰離子電池放置較長時間。這一缺點在動力大電池的制造過程中尤為明顯，注入電解液后 的動力大電池往往需要放置十幾小時甚至更長時間，大大影響了鋰離子電池的生產效率。 另外，這種緊密壓合的正負極片使充放電過程中鋰離子電池內部產生的氣體不易向外排 出，影響鋰離子電池的循環(huán)性能。
發(fā)明內容有鑒于此，確有必要提供一種易于注入電解液且在使用過程中氣體易于排出的鋰 離子電池。一種鋰離子電池，其包括層疊并間隔設置的正極片及負極片，該正極片具有至少 一第一通孔，該負極片具有至少一第二通孔，該第二通孔與該第一通孔位置對應。相較于現有技術，所述鋰離子電池的正、負極片均具有通孔，使電解液易于從通孔 中進入并滲透至正、負極片中部，并且在充放電過程中，該鋰離子電池內部產生的氣體易于 從通孔排出。

圖1為本實用新型實施例鋰離子電池的外部結構示意圖。圖2為本實用新型實施例鋰離子電池的內部結構示意圖。圖3為圖2中沿III-III線的剖視示意圖。圖4為正極片的通孔與負極片的通孔的配合示意圖。主要元件符號說明鋰離子電池100正極片102負極片104隔膜106[0016]外部封裝結構108[0017]正極集流體112[0018]正極材料層122[0019]負極集流體114[0020]負極材料層124[0021]極耳130[0022]第一通孔132[0023]第二通孔13具體實施方式
下面將結合附圖及具體實施例對本實用新型提供的鋰離子電池及其制造方法作 進一步的詳細說明。請參閱圖1及圖2，本實用新型實施例提供一種鋰離子電池100，其包括正極片 102、負極片104、隔膜106、非水性電解液及外部封裝結構108。該外部封裝結構108將正極 片102、負極片104、隔膜106及非水性電解液封裝其間。該正極片102與負極片104層疊 設置，并通過隔膜106相互間隔。該層疊的正極片102、負極片104及隔膜106相互貼合。 可以理解，雖然圖1僅示出一正極片102及兩負極片104交疊的結構，該鋰離子電池100可 包括多個正極片102與多個負極片104交替層疊設置，每兩個相鄰的正極片與負極片之間 具有一隔膜。該正、負極片102，104的數量不限，正、負極片102，104可以分別為1層 100 層或更多層，優(yōu)選為20層 50層。請參閱圖3，該正極片102包括一片狀的正極集流體112及形成于該正極集流體 112與所述負極集流體114相對的表面的正極材料層122。該負極片104包括一片狀的負 極集流體114及形成于該負極集流體114與所述正極集流體112相對的表面的負極材料層 124。優(yōu)選地，該正極片102具有兩個正極材料層122分別形成在該正極集流體112兩個相 對表面，該負極片104具有兩個負極材料層124分別形成在該負極集流體114兩個相對表 面。將所述正極片102與負極片104層疊設置后，該正極材料層122與負極材料層124通 過所述隔膜106間隔，并與所述隔膜106貼合設置。該正極集流體112及負極集流體114 還可分別具有一伸出正極材料層122及負極材料層124外部的極耳130。該極耳130用于 與鋰離子電池外部的電路電連接。當多個正極片102與多個負極片104交替層疊設置時， 該多個正極集流體112的極耳相互重疊，該多個負極集流體114的極耳相互重疊，且該正極 集流體112的極耳與該負極集流體114的極耳分開設置。該正極片102具有至少一第一通孔132，該負極片104具有至少一與所述第一通 孔132相對應的第二通孔134。該第一通孔132與第二通孔134為電解液提供流通通道，使 正、負電極片102，104表面的電解液能夠流入正、負電極片102，104之間。優(yōu)選地，該正極 片102與負極片104均具有多個基本均勻的分布在正、負極片102，104上的第一及第二通 孔132，134。形成在正極片102上的第一通孔132使正極片102兩個相對的表面連通，形成 在負極片104上的第二通孔134使負極片104兩個相對的表面連通。可以理解，該第一及 第二通孔132，134的數量與正、負極片102，104的面積有關，當鋰離子電池較小時，如正、負 極片102，104的邊長小于等于10厘米時，可僅在正極片102的中心形成一第一通孔132，并
4在負極片104的中心形成一與第一通孔132位置對應的第二通孔134。由于該正、負極片102，104整體具有第一及第二通孔132，134，該正極材料層122、 正極集流體112、負極材料層124及負極集流體114也具有通孔，且該正極材料層122的通 孔與正極集流體112的通孔邊緣對齊，該負極材料層124的通孔與負極集流體114的通孔 邊緣對齊。每個負極片104上的第二通孔134都與一個正極片102上的第一通孔132對應。 亦即，正極片102上的第一通孔132的數量可以多于負極片104的第二通孔134的數量。優(yōu) 選地，第一通孔132及第二通孔134數量相等。當將正、負極片102，104層疊設置后，該正、 負極片102，104的相互對應的第一及第二通孔132，134的軸線基本對準。然而，該正、負極 片102，104是先各自形成第一及第二通孔132，134后，再與所述隔膜106裝配在一起的，因 此設置于所述正、負極片102，104之間的隔膜106為一完整結構，并不具有類似于正、負極 片102，104的第一及第二通孔132，134，從而防止正、負極片102，104之間的短路。該正、負極片102，104的第一及第二通孔132，134形狀不限、可以為圓孔、方空、菱 形孔、三角形孔、多邊形孔或其組合。該正、負極片102，104相對應的第一及第二通孔132， 134可以具有一致的形狀，例如當正極片102上的第一通孔132為圓孔時，與該第一通孔 132對應的負極片104的第二通孔134也為圓孔。該每個第一及第二通孔132，134的面積 約為0. 001平方毫米 13平方毫米，每個第一及第二通孔132，134的邊長或直徑約為50微 米 4毫米。優(yōu)選地，該第一及第二通孔132，134為直徑1毫米 2毫米的圓孔。同一正、 負極片102，104上相鄰的兩個第一及第二通孔132，134軸線之間的間隔為1厘米 50厘 米，優(yōu)選為5厘米。該多個第一及第二通孔132，134可按行及列排列形成陣列，或以正、負極 片102，104的中心為圓心呈發(fā)散狀排列。該正、負極片102，104的開孔率優(yōu)選小于10%，更 為優(yōu)選小于2%，如至1%。。較小的開孔率一方面可以確保正、負極集流體112，114表面 能夠擔載更多活性物質，避免影響電池容量；另一方面可以確保正、負電極集流體112，114 具有足夠的強度，不致由于擠壓而斷裂。請參閱圖4，該正極片102的第一通孔132的尺寸可以大于或等于所述負極片104 第二通孔134的尺寸。當該通孔132，134為圓形孔時，該第一通孔132的直徑大于或等于第 二通孔134的直徑。當該通孔132，134為矩形孔時，該第一通孔132的邊長大于或等于第 二通孔134的邊長。優(yōu)選地，該正極片102通孔132的尺寸大于所述負極片104第二通孔 134，從而為負極片104第二通孔134的位置留有余量，易于裝配。當正、負極片102，104第 一及第二通孔132，134的位置略有偏差而非精確對準時，在垂直于所述正、負極片102，104 的方向上，該正極片102的第一通孔132包圍該負極片104的第二通孔134，使負極片104 的第二通孔134位于正極片102的第一通孔132的范圍內，從而使整個正極片102的正極 材料層122均對應有負極片104的負極材料層124。由于正極材料層122含鋰，這種設置方 式使從正極片102到負極片104的方向上，由于總有負極材料層124與正極材料層122相 對應，防止鋰離子直接以金屬鋰的形式析出，提高電池的安全性。優(yōu)選地，該正極片102第 一通孔132的邊長或直徑為該負極片104第二通孔134的邊長或直徑的1. 5倍至2倍。本 實施例中，該正極片102第一通孔132的邊長或直徑為2毫米，該負極片104第二通孔134 的邊長或直徑為1毫米。當該鋰離子電池100包括多個正極片102及多個負極片104相互 交疊時，該多個正、負極片102，104中的第一及第二通孔132，134的軸線均相互基本對準， 或至少使所述負極片104的第二通孔134能夠位于所述正極片102的第一通孔132的范圍內。該正、負極集流體112，114為金屬箔片，該正極集流體112可以為鋁箔或鈦箔，該 負極集流體114可以為銅箔或鎳箔。該正、負極集流體112，114的厚度為1微米 200微米。 該正極材料層122包括均勻混和的正極活性物質、導電劑及粘結劑。該負極材料層124包 括均勻混合的負極活性物質、導電劑及粘結劑。該正極活性物質可以為錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳 酸鋰或磷酸鐵鋰等，該負極活性物質可以為天然石墨、有機裂解碳或中間相碳微球(MCMB) 等，該導電劑可以為乙炔黑或碳纖維等，該粘結劑可以為聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯 (PTFE)等?？梢岳斫猓撜龢O活性物質、負極活性物質、導電劑及粘結劑也可采用其他常用 的材料。該正極片102的整體厚度約為100微米 300微米，優(yōu)選為200微米。該負極片 104的整體厚度約為50微米 200微米，優(yōu)選為100微米。所述隔膜106可以為聚丙烯微孔性膜，所述電解液中的電解質鹽可以為六氟磷酸 鋰、四氟硼酸鋰或雙草酸硼酸鋰等，所述電解液中的有機溶劑可以為碳酸乙烯酯、碳酸二乙 酯或碳酸二甲酯等?？梢岳斫猓龈裟?06和電解液也可采用其他常用的材料。另外，所 述電解液可以用固體電解質膜或離子液體取代，當該鋰離子電池具有固體電解質膜時，該 固體電解質膜進一步取代所述隔膜106，設置在所述正極材料層122與負極材料層124之 間。所述外部封裝結構108可以為硬質電池殼或軟封裝袋。所述130暴露于所述外部 封裝結構108之外，從而實現與外部電路的電連接。本實用新型實施例鋰離子電池的制備方法主要包括以下幾個步驟步驟一，提供正極集流體112及負極集流體114 ；步驟二，分別在該正極集流體112及負極集流體114表面均勻涂布正極材料層122 及負極材料層124，形成正極片102及負極片104 ；步驟三，在正極片102及負極片104上形成位置對應的第一及第二通孔132，134 ； 以及步驟四，將正極片102及負極片104封裝至一外部封裝結構108中。在上述步驟二中，可通過涂膜機對所述正、負極集流體112，114進行涂膜。具體 地，先將正極活性物質及負極活性物質分別與導電劑及粘結劑溶液混合，形成正極漿料及 負極漿料，再通過涂膜機將正、負極漿料分別涂布于正、負極集流體112，114表面并干燥， 形成正、負極材料層122，124。進一步地，可通過壓膜機對涂布的正、負極材料層122，124進 行壓實。在上述步驟三中，所述形成第一及第二通孔132，134的方法可以采用沖壓法或激 光刻蝕法等方法。通過激光刻蝕法可形成尺寸較小的第一及第二通孔132，134。所述第一及 第二通孔132，134是在形成正、負極材料層122，124之后形成的，從而避免先單獨對正、負 極集流體112，114開孔后再進行涂布時產生的漿料滲漏或粘連使第一及第二通孔132，134 堵塞的情況。所述第一及第二通孔132，134是形成在正、負極片102，104對應的位置，具體 地，可通過定位裝置將大小相等的正、負極片102，104固定，并在相同的位置進行打孔。當所述鋰離子電池采用電解液或離子液體時，上述步驟四可進一步包括(1)提供隔膜106，將正極片102與負極片104分別設置于所述隔膜106兩側并壓 合；以及
6[0043](2)通過所述第一及第二通孔132，134向正極片102及負極片104間注入電解質， 并將所述正極片102、負極片104、隔膜106及電解質封裝于所述外部封裝結構108中。在上述步驟(1)中，可先將所述隔膜106鋪設于正極片102表面，再將所述負極 片104覆蓋于隔膜106之上，在裝配的過程中，應通過定位裝置使正極片102上的第一通孔 132與負極片104上的第二通孔134盡量對準。當所述鋰離子電池包括多個正極片102及 多個負極片104時，可反復多次的依次層疊所述正極片102、隔膜106及負極片104，形成多 層結構。層疊后的正、負極片102，104及隔膜106可通過壓膜機相互壓緊。在上述步驟⑵中，所述電解液通過所述通孔注入正、負極片102，104之間。由于 所述正、負極片102，104具有第一及第二通孔132，134，通過所述第一及第二通孔132，134， 電解液可快速地流入正、負極片102，104之間，迅速浸潤整個正極片102、負極片104及隔膜 106，提高了鋰離子電池的生產效率。所述正、負極片102，104的面積越大，尤其是在動力大 電池中，從通孔處注入電解液的效果越明顯。優(yōu)選地，該正、負極片102，104的面積可大于 400平方厘米。當該正、負極片102，104為矩形時，該正、負極片102，104的邊長可大于20 厘米，優(yōu)選為50厘米 100厘米。當所述鋰離子電池100采用固體電解質時，可直接將固體電解質膜代替所述隔膜 106設置在正、負極片102，104之間。所述鋰離子電池在使用時，由于所述正、負極片102，104具有第一及第二通孔 132，134，使在正、負極片102，104間電解液或其他物質分解產生的氣體能夠容易的排出。另外，本領域技術人員還可在本實用新型精神內做其他變化，當然，這些依據本實 用新型精神所做的變化，都應包含在本實用新型所要求保護的范圍之內。
權利要求一種鋰離子電池，其包括層疊并間隔設置的正極片及負極片，其特征在于，該正極片具有至少一第一通孔，該負極片具有至少一第二通孔，該第二通孔與該第一通孔位置對應。
2.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該正極片具有多個第一通孔，該負極 片具有多個第二通孔，每個第二通孔都與一個第一通孔對應。
3.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述相互對應的第一通孔與第二通 孔的軸線基本對準。
4.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該第一通孔與第二通孔具有相同的 形狀。
5.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該第一通孔的面積大于所述第二通 孔的面積。
6.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，在垂直于所述正、負極片的方向上， 所述相互對應的第二通孔位于所述第一通孔的范圍內。
7.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該第一通孔及第二通孔的形狀包括 圓孔、方空、菱形孔、三角形孔及多邊形孔中的至少一種。
8.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，每個所述第一通孔及第二通孔的面 積為0. 001平方毫米至13平方毫米。
9.如權利要求2所述的鋰離子電池，其特征在于，該相鄰的兩個第一通孔及相鄰的兩 個第二通孔的軸線之間的間距為1厘米至50厘米。
10.如權利要求2所述的鋰離子電池，其特征在于，該第一通孔為直徑2毫米的圓孔，該 第二通孔為直徑1毫米的圓孔，并一一軸線對準。
11.如權利要求10所述的鋰離子電池，其特征在于，該相鄰的兩個第一通孔及相鄰的 兩個第二通孔的軸線之間的間距均為5厘米。
12.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該正極片及負極片的開孔率小于 10%。
13.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該正極片包括一正極集流體及設置 于該正極集流體表面的正極材料層，該負極片包括一負極集流體及設置于該負極集流體表 面的負極材料層。
14.如權利要求13所述的鋰離子電池，其特征在于，該正極集流體為鋁箔或鈦箔，該負 極集流體為銅箔或鎳箔。
15.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，進一步包括將該正極片與該負極片 間隔的隔膜。
16.如權利要求15所述的鋰離子電池，其特征在于，進一步包括電解質及外部封裝結 構將所述正極片、負極片、電解質及隔膜封裝于該外部封裝結構中。
17.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，進一步包括將該正極片與該負極片 間隔的固體電解質。
18.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，包括多個正極片及多個負極片，該 多個正極片與多個負極片交替層疊并間隔設置，該每個正極片具有多個第一通孔，該每個 負極片具有多個第二通孔，該每個第二通孔都與一個第一通孔對應。專利摘要本實用新型涉及一種鋰離子電池，其包括層疊并間隔設置的正極片及負極片，該正極片具有至少一第一通孔，該負極片具有至少一第二通孔，該第二通孔與該第一通孔位置對應。
文檔編號H01M4/13GK201699089SQ20102014948
公開日2011年1月5日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權日2010年4月2日
發(fā)明者何向明, 李建軍, 蒲薇華, 高劍 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司