專利名稱：鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，其中包括一種含有一種含鋰的過渡金屬元素的硫族化物的正極、一種非水電解質(zhì)和一種由隔離器隔離的含碳負(fù)極。
根據(jù)Electrochimica Acta(電化學(xué)學(xué)會學(xué)報)，38卷，第9期，1211-1231頁(1993)，J.M.Tarascon和D.Guyomard的文獻(xiàn)介紹，上述鋰離子電池在經(jīng)過第1次充/放電周期之后要承受不可逆的鋰離子的流失。導(dǎo)致其功率降低25-50％。在此情況下，鋰離子與負(fù)極中的活性物質(zhì)(其中含有碳)化合，再也不能作為電荷遷移之用。為了補(bǔ)償這種功率的流失，已經(jīng)有人提出在負(fù)極處設(shè)置一個鋰離子儲槽，用來添加正丁基鋰或碘化鋰。其他由于和電解質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)或者由于在硫?qū)倩衔镏兴碾s質(zhì)或組分的改變而產(chǎn)生的鋰離子的流失也都采用這種辦法加以補(bǔ)償。
在文獻(xiàn)EP-A-201038中建議，在正極及/或負(fù)極中摻雜鋰離子。采用這種辦法之后，正極的放電量要比負(fù)極測得的電量明顯大1.1至3倍。另外，從文獻(xiàn)US-PS 5,162,176中可知，要用電極物質(zhì)對含碳負(fù)極進(jìn)行1-6％重量的鋰化預(yù)處理，用來補(bǔ)償不可逆的鋰離子流失?，F(xiàn)有的鋰離子電池如果在空氣中對電極的活性物質(zhì)進(jìn)行鋰化處理易于產(chǎn)生分解反應(yīng)，結(jié)果會在電極的活性物質(zhì)中增添鋰，所以在制造這種電池時要采用復(fù)雜昂貴的干室法。
在文獻(xiàn)US-Re.33,306中介紹的電池也有缺點(diǎn)，即含碳的陽極材料與所存在的鋰金屬直接接觸，結(jié)果會產(chǎn)生一種反應(yīng)活潑性特強(qiáng)的化合物，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本的提高。
本發(fā)明的任務(wù)是提供在于一種由于不可逆的鋰離子的化合所產(chǎn)生電荷流失量極小、制造方法簡單的鋰離子電池。
本發(fā)明的任務(wù)是這樣完成的該電池包括在物理上與電極分離的形式存在的鋰金屬或鋰合金；鋰金屬或鋰合金與一個電極的引線連接；并且通過電解質(zhì)與電極之間保持離子連接。通過電解質(zhì)與電極保持連接的鋰金屬或者鋰合金起到一個鋰離子槽的作用。兩者由于不可逆反應(yīng)產(chǎn)生流失，從而就會導(dǎo)致電池中的電荷流失。采用鋰金屬或者LiAl等一類的鋰合金在制造工藝中便于操作。除此以外，一個鋰電池在使用時由于和電解質(zhì)之間的反應(yīng)所產(chǎn)生的變化也能通過鋰儲槽加以補(bǔ)償。對于電極活性材料消耗和釋放鋰離子的能力也同樣能以補(bǔ)償。重要的是鋰金屬或者鋰合金中的可用鋰的量相當(dāng)于電池中鋰的理論循環(huán)量的20-50％。通過在建議中以mAh/g總質(zhì)量為單位所表示的鋰或鋰合金的量，就能夠使鋰電池功率的降低保持在極小的程度。鋰儲槽最好是采用將鋰金屬或鋰合金作成圓盤或薄膜形狀的辦法裝在鋰電池中。在包含多個鋰電池的棱柱形電池或卷繞形電池中，最好是將鋰盤或鋰膜設(shè)置在容器的基座中。按照本發(fā)明設(shè)置鋰盤或鋰膜的辦法可以保證鋰離子日后得以更為均勻地供應(yīng)。LixMnYOZφ、LixCoO2或者LixNiO2等一類的硫族化合物適合作為陰極的活性物質(zhì)使用；含碳量＞99.5％并且具有層狀結(jié)構(gòu)的碳黑適合作為陽極活性材料使用，其BET表面在0.5-20m2/g之間，其層間間距d002在0.335-0.339nm之間。
本發(fā)明的鋰電池是采用這樣的方法制造的將未曾充電的電極和鋰金屬或鋰合金裝在電池之中，然后在電池中充填電解質(zhì)，再將其密封。
在首次充電之前，最好是先將電池保存10天。在此情況下，鋰金屬或鋰合金與(含碳的)負(fù)極材料和/或(含鋰的)負(fù)極硫族化合物之間的的勢能差驅(qū)使鋰離子向使鋰離子將會產(chǎn)生不可逆化合的部位遷移，或者向生產(chǎn)中混入的痕跡量的水的反應(yīng)部位遷移。在儲存期間，電極之間重要的是產(chǎn)生短路，從而使兩個電極和鋰金屬或鋰合金之間形成導(dǎo)電連接。
現(xiàn)有電池在首次充電之后所發(fā)生的功率流失按原有電量計算高達(dá)50％，但在采用本發(fā)明時，則降低到5-10％。
現(xiàn)以一個卷繞式電池為例、結(jié)合

圖1，對于按照本發(fā)明的一個鋰離子電池作詳細(xì)說明。
在此情況下，圖1所示是一個對比電池(1)和一個按照本發(fā)明的鋰離子電池(2)的電量(C)與使用周期數(shù)(n)的關(guān)系曲線圖。
對比示例將3.25g的LiMn2O4和15mg的碳黑和10mg的聚丙烯酸酯粘合劑在水中制成分散液。將分散液涂布在一張20μm厚的鋁鉑上，經(jīng)過干燥，卷制成卷，制成一個正極，其尺寸為34×3.85×0.0175cm。
將950mg的石墨粉連同50mg粘合劑在水中制成分散液，然后將其涂布在一張15μm厚的銅鉑上，經(jīng)過干燥，卷制成卷，制成一個負(fù)極，其尺寸為34×3.85×0.075cm。
然后將兩個電極將有涂層的一面上下對置，中間加置一層微孔聚丙烯隔膜隔開，卷成一個直徑為13mm、長度為42mm的卷狀。
將卷狀物插進(jìn)一個電池容器(AA尺寸)中。將負(fù)極連接在容器體上。正極連接在電池頂端的電極插口上。在電池容器中灌入0.5g按50％∶50％比例配成的碳酸亞乙酯和碳酸二乙酯的電解液，然后密封。在電壓范圍3.3-4.3之間250mA的循環(huán)過程中，充電及放電電流為75mA。
示例1按照與對比示例類似的方式制成的一個本發(fā)明的鋰離子電池。其差別在于將直徑為12mm、厚度為0.5mm的鋰盤置入電池容器的底板中。將鋰盤通過電池容器對負(fù)極短路。該電路在循環(huán)使用過程前要貯存一周。
圖1所示是鋰離子對比電池(1)和本發(fā)明的鋰離子電池(2)在使用循環(huán)過程中的電量[C]對比圖。本發(fā)明的鋰離子電池(2)在使用循環(huán)過程中的電量要比對比電池(1)的大20％。
權(quán)利要求
1.鋰離子電池，包括一個含有一種含鋰的一種過渡元素的硫族化合物的正極；一種非水電解液；以及利用隔離器隔離的、含碳的負(fù)極，其特征在于該電池含有在電極之間采用物理的隔離的方式隔離的鋰金屬或鋰合金；鋰金屬和鋰合金通過一個電極的引線連接，在電極之間通過電解質(zhì)作離子連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鋰離子電池，其特征在于鋰金屬的量或者在鋰合金中所含鋰的量相當(dāng)于電池中的理論循環(huán)鋰的20-50％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和/或3的鋰離子電池，其特征在于在電池中將鋰金屬或鋰合金做成鋰盤或鋰箔的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項或多項的鋰離子電池，其特征在于將鋰盤或鋰箔設(shè)置在含有多個電極的棱柱電池或卷繞電池的容器底上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項或多項的鋰離子電池，其特征在于將LixMnYOz、LixCoO2或者LixNiO2作為含鋰的硫族化合物使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項或多項的鋰離子電池，其特征在于將含碳量＞99.5％并且有一種層狀結(jié)構(gòu)的碳黑作為(含碳的)負(fù)極活性材料使用，該碳黑材料的BET表面在0.5-20m2/g之間，層間間隔d002在0.335-0.339之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項或多項的鋰離子電池的制造方法，其特征在于在電池中裝入未充電的電極和鋰金屬或鋰合金，然后灌入電解質(zhì)，再將電池密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的制造方法，其特征在于電池在第1次充電之前先放置10天。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的制造方法，其特征在于在儲存期間電極短路，從而使兩個電極與鋰金屬或鋰合金之間形成導(dǎo)電連接。
全文摘要
發(fā)明涉及一種鋰離子電池,其中包括一種含有一種含鋰的過渡金屬元素的硫族化物的正極本、一種非水電解質(zhì)和一種由隔離器隔離的含碳負(fù)極。其中,鋰金屬或鋰合金與一個電極的引線電連接并通過該電解質(zhì)與各電極進(jìn)行離子連接。
文檔編號H01M6/50GK1192292SQ96195967
公開日1998年9月2日 申請日期1996年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月31日
發(fā)明者R·赫爾 申請人:瓦爾達(dá)電池股份公司