CN101867059B - 一种超薄锂锰聚合物电池及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄锂锰聚合物电池及其加工方法，属于锂锰电池技术，其技术方案包括正极、负极、隔膜和外包装膜，其中所述的正极是由集流体铝箔、二氧化锰、导电剂和粘结剂组成，正极的厚度为0.03mm～0.2mm，正极的极耳由集流体铝箔在外包装膜外的延伸部并复合聚丙烯或聚乙烯组成；所述的负极由金属锂片和镍带或铜带或钢带组成，负极的极耳由镍带或铜带或钢带在外包装膜外的延伸部并复合聚丙烯或聚乙烯组成；电池的整体厚度在0.3mm～0.5mm之间；加工方法包括(1)正极制备、(2)负极制备和(3)叠片组合成型；本发明解决了传统聚合物电池厚度厚的技术难题，对各种有源识别卡的推广具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂锰聚合物电池，更具体地说，它涉及用于有源识别卡等使用的一种超薄锂锰聚合物电池；本发明还涉及上述锂锰聚合物电池的加工方法。
背景技术
目前，传统的软包装锂锰聚合物电池，其正极耳是直接将铝带焊接在电池正极板的集流体铝箔上形成，而负极耳也是直接将镍带焊接在电池负极板的集流体铜箔上形成。这种工艺结构由于存在焊接工艺、一方面存在焊接质量稳定性控制问题，另一方面由于焊接点的存在，使电池整体的极限厚度很难做到小于0.6mm。随着各种识别卡(如各种IC智能卡、身份证、银行卡和有源智能标签)的普及，具有更好防伪效果的有源识别卡是目前开发的重点技术，但由于电池厚度的限制，成为行业发展的瓶颈。
另外，在一次性锂锰电池的加工时，通常采用压膜法制备MnO2正极，是将正极活性物质二氧化锰、导电剂、粘结剂聚四氟乙烯按照一定的比例混合，搅拌成凝胶状，然后在双辊轧膜机上辊压，使得粘结剂聚四氟乙烯的须状结构充分延展开。为了保证正极活性物质粘结牢固，必须提高粘结剂的含量。这样由于粘结剂的电阻率很大，增加了电极的内阻，不利于提高电极输出电流密度，而且正极活性物质所占比例下降影响了电池的容量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种超薄、质量稳定、电池电性能较好、加工方便的一种超薄锂锰聚合物电池。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种加工上述锂锰聚合物电池的方法。
本发明的前一技术方案是这样的：一种超薄锂锰聚合物电池，包括电池本体，电池本体是由正极、负极、隔膜和外包装膜，其中所述的正极是由集流体铝箔、二氧化锰、导电剂和粘结剂组成，正极的厚度为0.03mm～0.25mm，正极的极耳由集流体铝箔在外包装膜外的延伸部并复合聚丙烯或聚乙烯组成；所述的负极由金属锂片和镍带或铜带或钢带组成，负极的极耳由镍带或铜带或钢带在外包装膜外的延伸部并复合聚丙烯或聚乙烯组成；电池的整体厚度在0.2mm～0.5mm之间。
进一步的，上述的一种超薄锂锰聚合物电池中，所述的正极中集流体铝箔的厚度为0.010mm～0.050mm，二氧化锰的重量比为80％～95％；导电剂的重量比为1％～10％；粘结剂的重量比为1％～10％。
上述的一种超薄锂锰聚合物电池中，所述的导电剂为乙诀黑或导电碳黑或导电石墨或碳纳米管的其中一种或它们的组合；所述的粘接剂为PVDF。
上述的一种超薄锂锰聚合物电池中，所述的电池本体为方形，正极的极耳和负极的极耳位于电池本体的同一侧边上，在该侧边上还设有支承体，该支承体的一边与外包装膜固定连接。
上述的一种超薄锂锰聚合物电池中，所述的电池本体为方形，正极的极耳和负极的极耳位于电池本体的不同侧边上，在设有极耳的侧边上还设有支承体，该支承体的一边与外包装膜固定连接。
上述的一种超薄锂锰聚合物电池中，所述的支承体是由外包装膜在密封结合部的其中一面膜材向外延伸而成。
上述的一种超薄锂锰聚合物电池中，所述的电池正极的极耳和电池负极的极耳分别与支承体粘结。
本发明的后一技术方案是这样的：一种超薄锂锰聚合物电池的加工方法，包括下述步骤：(1)按配比将二氧化锰、粘合剂、导电剂和溶剂混合均匀，均匀涂布在集流体铝箔表面，分切后留出极耳，极耳部分表面经表面处理后与PP或PE热复合，整个正电极片经烘干后备用；(2)镍带或铜带或钢带经表面处理后与PP或PE热复合，然后与锂片铆合；(3)将外包装膜、锂片、隔膜、正电极片依次叠片后顶封、注电解液、经真空封装后成型即得。
本发明与现有技术相比，具有下述优点：
(1)正极活性物质通过涂布方式设置在集流体铝箔上，比传统锂离锰电池的压膜方式更均匀、更稳定、更牢固，厚度可以做得更薄；采用涂布法，在正极活性物质的粒度D50＜20μm后，获得的电极成型性好，电极厚度可减小到200μm以下。采用涂布法制备的电极比压膜法制备的电极在电性能上最大输出功率提高1倍以上，电极活性物质在较大电流放电情况下利用率提高30％以上。
(2)作为正极的集流体铝箔，利用其未涂布的部分延伸做为导电用的极耳，并复合塑料膜，与传统的工艺相比减少焊接，大大降低了厚度，不但提高了生产效率，也保证电池的厚度可以做得更薄，使电池的整体厚度小于0.5mm。
(3)因为二氧化锰的导电性差，本发明正极中采用的导电剂是乙炔黑、导电碳黑或导电石墨或碳纳米管几种混合体，确保电池的导电性，提高电池的大功率放电能力。
(4)本发明使用的粘接剂是PVDF(聚偏四氟乙烯)，而传统的锂锰电池用的是PTFE(聚四氟乙烯)乳液。由于PTFE的分子量比PVDF小，粘结性比PVDF差，耐有机电解液的溶解性也比PVDF差，因而用PVDF做为粘接剂的电池性能稳定和储存性能比PTFE好。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步地详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
图1是本实用新型具体实施例1的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1中A向局部放大示意图；
图4是本实用新型具体实施例2的结构示意图；
图5是图4的俯视图；
图6是图4中B向局部放大示意图；
图7是本实用新型具体实施例3的结构示意图；
图8是图7的俯视图；
图9是图7中C向局部放大示意图；
图10是本发明的工艺流程示意图。
图中：电池正极1、电池负极2、隔膜3、外包装膜4、支承体5。
具体实施方式
参阅图10所示，本发明的工艺流程分为三步：(1)正极制备、(2)负极制备和(3)叠片组合成型，现对各工序详述如下：
(1)正极制备：按配比将二氧化锰、粘合剂、导电剂和溶剂混合均匀，并在真空环境下去除气泡，各种固体原料的粒度应小于20μm，以保证涂布的厚度不超过180μm，然后利用涂布机将混合料均匀涂布在集流体铝箔表面，并留出极耳部分不涂布，涂布后进行碾压，以使正极的厚度均匀一致，然后再进行分切处理，分切时要留出极耳，将极耳部分进行表面处理，主要是利用清洗溶剂(丙酮)进行清洗，然后再经蒸馏水清洗后烘干，以保证极耳与塑料膜(目前主要采用的是PP或PE膜)的复合强度，然后在专用的机器(平压机)(设定温度在190℃、气压在1个大气压，时间为30秒)进行热复合，最后将正电极片烘干后备用。
(2)负极制备：镍带或铜带或钢带经表面处理，表面处理同样是利用清洗溶剂(丙酮)进行清洗，然后再经蒸馏水清洗后烘干，以保证极耳与塑料膜(目前主要采用的是PP或PE膜)的复合强度，然后在专用的机器(平压机)(设定温度在190℃、气压在1个大气压，时间为30秒)进行热复合，复合PP或PE后，与锂片铆合成整体。
(3)按传统软包装锂锰电池加工方法，将外包装膜、锂片、隔膜、正电极片依次叠片后顶封、注入锂锰电池常用的电解液、经真空封装后成型即得。
实施例1
参阅图1至3所示，本发明的一种超薄锂锰聚合物电池，包括电池本体，电池本体是正极1、负极2、隔膜3和外包装膜4，正极是由10μm集流体铝箔、二氧化锰、导电剂和粘结剂组成，正极的厚度为0.1mm，相当于涂布辊压后厚度为90μm；本实施例中的正极1的极耳由集流体铝箔在外包装膜4外的延伸部并复合聚丙烯组成；负极2由金属锂片和镍带组成，负极2的极耳由镍带在外包装膜4外的延伸部并复合聚丙烯组成；电池的整体厚度约为0.30mm；本实施例中二氧化锰的重量比为80％；导电剂的重量比为10％；粘结剂的重量比为10％，其中导电剂又是由乙诀黑25％、导电碳黑25％、导电石墨25％和碳纳米管25％混合而成；粘接剂为PVDF。本实施例中的电池本体为长方形体，正极1的极耳和负极2的极耳位于电池本体的同侧边上，在该侧边上还设有支承体5，支承体5是由外包装膜4在密封结合部的其中一面膜材向外延伸而成，电池正极1的极耳和电池负极2的极耳分别与支承体5粘结，这样可以有效防止极耳在加工中发生断裂；本实施例中的电池正极1的极耳长度为10mm，宽度为2mm；电池负极2的极耳长度为10mm，宽度为2mm。
实施例2
参阅图4至图6所示，本发明的包括正极1、负极2、隔膜3和外包装膜4，正极是由50μm集流体铝箔、二氧化锰、导电剂和粘结剂组成，正极的厚度为0.2mm，相当于涂布辊压后厚度为150μm；本实施例中的正极1的极耳由集流体铝箔在外包装膜4外的延伸部并复合聚乙烯组成；负极2由金属锂片和铜带组成，负极2的极耳由铜带在外包装膜4外的延伸部并复合聚乙烯组成；电池的整体厚度约为0.50mm；本实施例中二氧化锰的重量比为95％；导电剂的重量比为4％；粘结剂的重量比为1％，其中导电剂又是由乙诀黑50％、导电碳黑25％、导电石墨25％混合而成；粘接剂为PVDF。本实施例的电池本体为长方形体，正极1的极耳和负极2的极耳位于电池本体的左、右两侧边上；本实施例中的电池正极1的极耳长度为20mm，宽度为5mm；电池负极2的极耳长度为20mm，宽度为5mm。
实施例3
参阅图7至图9所示，本发明的一种超薄锂锰聚合物电池，包括正极1、负极2、隔膜3和外包装膜4，正极是由30μm集流体铝箔、二氧化锰、导电剂和粘结剂组成，正极的厚度为0.18mm，相当于涂布辊压后厚度为150μm；本实施例中的正极1的极耳由集流体铝箔在外包装膜4外的延伸部并复合聚丙烯组成；负极2由金属锂片和钢带组成，负极2的极耳由钢带在外包装膜4外的延伸部并复合聚丙烯组成；电池的整体厚度约为0.40mm；本实施例中二氧化锰的重量比为90％；导电剂的重量比为8％；粘结剂的重量比为2％，其中导电剂又是由导电碳黑30％、导电石墨30％和碳纳米管40％混合而成；粘接剂为PVDF。本实施例的电池本体为长方形体，正极1的极耳和负极2的极耳位于电池本体的左、右两侧边上，在电池本体的左、右侧边上还分别设有支承体5，支承体5是由外包装膜4在密封结合部的其中一面膜材向外延伸而成，延伸的距离约为5mm，电池正极1的极耳和电池负极2的极耳分别与支承体5粘结，这样可以有效防止极耳在加工中发生断裂；本实施例中的电池正极1的极耳长度为6mm，宽度为3mm；电池负极2的极耳长度为6mm，宽度为3mm。
实验例1
本发明锂锰聚合物电池最大输出功率
采用实施例1的方案，加工聚合物电池10件，测试数据如表1所示。
表1本发明电池的放电性能
实施例2
本发明锂锰电池与传统锂锰电池放电能力比较
采用实施例2的技术方案加工聚合物电池10件，与传统锂锰聚合物电池进行对比实验，测试数据如表2所示。
表2本发明和传统二氧化锰电极在14mA/cm2的放电
| 电极制备方法 | 放电时间(S) | 测试方法 |
| 本发明锂锰电池 | 34.5～35.5 | 将电池以14mA/cm2放电到1.9V，记录放电时间 |
| 传统锂锰电池 | 2.95～3.05 | 将电池以14mA/cm2放电到1.0V，记录放电时间 |
Claims (1)
1.一种超薄锂锰聚合物电池，包括电池本体，其中电池本体由正极(1)、负极(2)、隔膜(3)和外包装膜(4)所组成，正极是由30μm集流体铝箔、二氧化锰、导电剂和粘结剂组成，正极的厚度为0.18mm，相当于涂布辊压后厚度为150μm，正极(1)的极耳由集流体铝箔在外包装膜(4)外的延伸部并复合聚丙烯组成；负极(2)由金属锂片和钢带组成，负极(2)的极耳由钢带在外包装膜(4)外的延伸部并复合聚丙烯组成；电池的整体厚度为0.40mm；其中，二氧化锰的重量比为90％；导电剂的重量比为8％；粘结剂的重量比为2％，其中导电剂由导电碳黑30％、导电石墨30％和碳纳米管40％混合而成；粘接剂为PVDF，电池本体为长方形体，正极(1)的极耳和负极(2)的极耳位于电池本体的左、右两侧边上，在电池本体的左、右侧边上还分别设有支承体(5)，支承体(5)是由外包装膜(4)在密封结合部的其中一面膜材向外延伸而成，延伸的距离为5mm，电池正极(1)的极耳和电池负极(2)的极耳分别与支承体(5)粘结；电池正极(1)的极耳长度为6mm，宽度为3mm；电池负极(2)的极耳长度为6mm，宽度为3mm。
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