CN102082300A - 制造锂二次电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制造锂二次电池的方法，该方法包括的操作有：注入锂盐；布置包括正极、分隔件和负极的电极组件；注入不包括锂盐的溶剂。

Description

制造锂二次电池的方法
本申请参照于2009年11月27日在先提交到韩国知识产权局并被适时地分配序列号10-2009-0115924的专利申请，要求其全部权益，其全部内容包含于此。
技术领域
本发明的一个或多个实施例涉及一种制造锂二次电池的方法，更具体地讲，涉及一种将电解质溶液注入到锂二次电池中的方法。
背景技术
二次电池是一种可充电电池，并被广泛地用于包括蜂窝电话、笔记本计算机和便携式摄像机等的便携式电子装置中。
发明内容
因此，本发明的一方面在于提供一种改进的制造锂二次电池的方法，从而提高电解质溶液浸入到锂二次电池的分隔件中的速度。
在下面的描述中将部分地阐述附加方面，部分通过描述将是明显的，或者可以通过示出的实施例的实践而获得。
根据本发明的一个或多个实施例，一种制造锂二次电池的方法包括以下操作：注入锂盐；布置包括正极、分隔件和负极的电极组件；注入不包括锂盐的溶剂。
可以按照下面的操作顺序执行所述方法：布置电极组件；注入锂盐；注入不包括锂盐的溶剂。
可以按照下面的操作顺序执行所述方法：布置电极组件；注入不包括锂盐的有机溶剂；注入锂盐。
所述方法还可以包括以下操作：执行抽真空操作；执行加压操作。
可以按照下面的操作顺序执行所述方法：布置电极组件；注入不包括锂盐的溶剂；执行抽真空操作；执行加压操作；注入锂盐。
锂盐可以为固态。然而，锂盐可以为液态。
当锂盐与溶剂混合时，锂盐的摩尔浓度可以在大约0.8mol/L至大约1.7mol/L的范围内。
锂盐可以为从由LiPF6、LiBF4、LiClO4、Li(CF3SO2)2、LiCF3SO3、LiSbF6和LiAsF6组成的组中选择的至少一种。
溶剂可以为选自于由聚碳酸亚乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯组成的组的环状碳酸酯与选自于由碳酸二甲酯和碳酸二乙酯组成的组的链状碳酸酯的混合物。
电极组件可以被卷绕且在其中心可以具有中心销，注入锂盐的步骤可以包括将锂盐装填在中心销中。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，对本发明更完整的理解以及本发明的许多附带的优点将显而易见，并且更易于理解，在附图中相同的标号代表相同或相似的组件，其中：
图1为有角的锂二次电池的透视图；
图2为沿图1的线II-II截取的有角的锂二次电池的剖视图；
图3A为示出在注入电解质溶液后的分解的被浸入的分隔件的示图；
图3B为示出在注入不包括锂盐的有机溶剂之后的分解的被浸入的分隔件的示图；
图4为根据本发明实施例的制造锂二次电池的方法的流程图；
图5A为用于描述根据图4的方法的注入锂盐的阶段S401的剖视图；
图5B为用于描述根据图4的方法的布置电极组件和其他元件的阶段S402的剖视图；
图5C为用于描述根据图4的方法的注入不包括锂盐的有机溶剂的阶段S403的剖视图；
图5D为用于描述根据图4的方法的对壳体加压的阶段S404的剖视图；
图6为根据本发明另一实施例的制造锂二次电池的方法的流程图；
图7为根据本发明又一实施例的制造锂二次电池的方法的流程图；
图8为根据本发明再一实施例的制造锂二次电池的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细地说明实施例，实施例的示例示出在附图中。
二次电池具有如下的结构：通过壳体的开口将通过卷绕正极、负极和设置在它们之间的分隔件形成的凝胶卷形状的电极组件插入到壳体中，然后用盖板覆盖壳体的开口。
集流单元布置在电极组件的端部，并电连接到布置在盖板中的电极端子。因此，通过将外部端子连接到盖板的电极端子，电极组件中产生的电流经盖组件和集流单元的端子被提供给外部端子。这里，将集流单元焊接到电极组件的端部，于是集流单元同时用于形成电流的通道并支撑凝胶卷的形状。
参照图1和图2，现在将描述二次电池1的结构，然后将描述使电解质溶液103浸入到二次电池1的电极组件10中的方法。图1为二次电池1的透视图。图2为沿图1的线II-II截取的二次电池1的剖视图。
参照图1和图2，二次电池1包括电极组件10、电极端子21、22和壳体34。这里，壳体34容纳电极组件10，电极组件10可以经电极端子21和22电连接到外部。
电极组件10包括正极11、负极12和分隔件13。这里，可以通过将分隔件13置于正极11和负极12之间来卷绕正极11和负极12，从而可以形成电极组件10，其中，分隔件13为在正极11和负极12之间的绝缘件。可以按照可将中心销500设置在内部，然后可相对中心销500卷绕正极11、负极12和分隔件13的方式来形成电极组件10，或可以按照可将正极11、负极12和分隔件13顺序地堆叠的方式来形成电极组件10。
正极11可以包括未涂覆部分11a和涂覆部分11b，负极12可以包括未涂覆部分12a和涂覆部分12b。未涂覆部分11a和12a可以表示由薄的金属箔形成的集流体的未涂覆活性材料的部分。涂覆部分11b和12b可以表示由薄的金属箔形成的集流体的涂覆活性材料的部分。
正极未涂覆部分11a形成在正极11的沿正极11纵向方向的一侧端部上。负极未涂覆部分12a形成在负极12的沿负极12纵向方向的另一侧端部上。同时，可以以圆柱形卷绕正极11、负极12和分隔件13然后进行加压的方式来形成电极组件10。这里，可以将电极组件10加压成板状。
正极集流体40a可以焊接到电极组件10的正极未涂覆部分11a。正极集流体40a可以经引导构件28电连接到正极端子21。因此，正极端子21可以经引导构件28和正极集流体40a连接到电极组件10的正极11。
负极集流体40b可以经引导构件28电连接到负极端子22。因此，负极端子22可以经引导构件28和负极集流体40b电连接到电极组件10的负极12。可以布置电绝缘构件26来作为引导构件28与盖板30之间的电绝缘体。引导构件28可以包括附着到集流单元40的集流引导单元28b以及附着到电极端子21和22的端子引导单元28a。电极端子21和22可以包括正极端子21和负极端子22。正极端子21和负极端子22可以分别电连接到电极组件10的正极11和负极12，因此，正极端子21和负极端子22可以暴露到壳体34的外部。
端子孔21a和22a可以穿过盖板30而形成在盖板30中。端子孔21a和22a可以包括正极端子孔21a和负极端子孔22a。正极端子21可以穿过正极端子孔21a突出到外部。负极端子22可以穿过负极端子孔22a突出到外部。上垫片25和下垫片27设置在盖板30与电极端子21和22之间，以在盖板30与电极端子21和22之间起到绝缘作用。下垫片27插入到端子孔21a和22a中，以被安装在盖板30的下部。上垫片25安装在盖板30的上部。用于缓冲夹紧力的垫圈24安装在上垫片25上。螺纹可以分别形成在正极端子21和负极端子22上，以结合到螺母29。螺母29从上部支撑电极端子21和22。绝缘构件26形成在引导构件28和盖板30之间，以使它们之间绝缘。引导构件28包括附着到集流体40a和40b的集流引导单元28b以及附着到电极端子21和22的端子引导单元28a。
壳体34可以具有形成在壳体34一侧上的盖板30。壳体34可以具有一侧开口的有角的罐形，壳体34的开口侧可以用盖板30密封。盖板30可以覆盖壳体34，同时允许电极端子21和22突出到外部。可以在焊接部分400处对壳体34与盖板30之间的间隙进行激光焊接，使壳体34容纳电极组件10，这样电解质溶液103可以被密封在壳体34内。盖板30可以由薄板形成。
另外，其中形成有凹槽的排气构件39可以安装在盖板30中，以在设定的内压下打开。这里，二次电池1的构造不局限于图2中示出的构造，因此可以改变。例如，二次电池1可以为圆柱形二次电池、聚合物二次电池或有角形状的二次电池。这里，圆柱形二次电池、聚合物二次电池和有角形状的二次电池中的每种可以通过相对于中心销进行卷绕来形成，或可以以堆叠的方式来形成。这里，电解质溶液注入孔38a可以形成在盖板30中，其中，电解质溶液103经电解质溶液注入孔38a注入。密封盖38可以插入到电解质溶液注入孔38a中以密封电解质溶液注入孔38a。
在下文中，将描述将电解质溶液103注入到二次电池1的壳体34中然后使电解质溶液103浸入(impregnate)到电极组件10中的方法。
使电解质溶液103浸入到电极组件10的分隔件13中的工艺之所以重要的原因在于在二次电池1充电和放电的同时，未浸入区域快速地劣化，使得二次电池1的容量降低，且二次电池1的寿命可能缩短。
另外，与电解质溶液103未充分地浸入到分隔件13中的电池相比，电解质溶液103充分地浸入到分隔件13中的二次电池1的化学特性优异。因此，使电解质溶液103浸入到电极组件10的分隔件13中的步骤重要。
可在同时暴露于大气的情况下执行该浸入工艺。然而，为了提高浸入速度，可以反复地执行加压工艺或抽真空工艺。这样的浸入步骤通常需要相对长的时间。另外，当电池容量增加时，执行浸入需要的时间也增加。另外，为了提高产量，不得不增加设备部件的数量或整个系统的规模，因此导致投资额和操作成本也增加。
此时，如图5A至图5D中所示，当不含锂盐101的溶剂102浸入到分隔件13中时，分隔件13以比包括锂盐101的电解质溶液103的浸入速度更快的浸入速度被浸渍。这里，可以通过将锂盐101溶解到溶剂102中得到电解质溶液103。
在下文中，标号102表示不包括锂盐101的有机溶剂102。以这样的方式，为了通过利用不包括锂盐101的有机溶剂102的快速的浸入速度来提高电解质溶液103的浸入速度，可以将电解质溶液注入工艺分为锂盐注入工艺和有机溶剂注入工艺。
这里，锂盐101可以为固态或液态。锂盐101可以为从由LiPF6、LiBF4、LiClO4、Li(CF3SO2)2、LiCF3SO3、LiSbF6和LiAsF6组成的组中选择的至少一种。
另外，有机溶剂102可以为从由聚碳酸亚乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯组成的组中选择的环状碳酸酯与从由碳酸二甲酯和碳酸二乙酯组成的组中选择的链状碳酸酯的混合物。这里，在组装二次电池1之后，可以将有机溶剂102留在二次电池1中，这样有机溶剂102可以与电解质溶液103进行电化学交换。然而，可以不严格地解释对不包括锂盐101的有机溶剂102的描述。也就是说，随着有机溶剂102中锂盐101的浓度的降低，有机溶剂102向分隔件13中浸入的速度增加。这样，在有机溶剂102包括少量的锂盐101的情况下，锂盐101的浓度低，从而可以出现相同的快速浸入效果。因此，包括少量锂盐101的有机溶剂102也被包括在本发明的保护范围内。
通过参照图3A和图3B，来比较并描述电解质溶液103浸入到分隔件13中的第一种情况和不包括锂盐101的有机溶剂102浸入到分隔件13中的第二种情况。图3A为用于描述示出了在将电解质溶液103注入分隔件13中之后分解的分隔件13的浸入程度的第一实验的结果的示图。图3B为用于描述示出了将不包括锂盐101的有机溶剂102注入分隔件13中之后分隔件13的浸入程度的第二实验的结果的示图。
现在将描述图3A的第一实验。首先，在将壳体34恒定地保持在真空度为大约0.1托的真空状态下的同时，将锂盐(LiPF6)溶解在碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的有机溶剂中，从而将浓度为大约1.3mol/L的电解质溶液103注入到壳体34中。这里，注入电解质溶液103需要大约60秒，在执行注入之后，立即打开壳体34。打开壳体34需要大约7分钟。图3A为在第一实验后打开壳体34之后分隔件13展开的示图。在图3A中，示出了划分之后的未浸入区域A和浸入区域B。在第一实验中，电解质溶液103的未浸入区域A占分隔件13的大约83％。换句话说，电解质溶液103浸入了分隔件13的大约17％。
以与第一实验相似的条件进行图3B的第二实验。也就是说，将壳体34恒定地保持在真空度为大约0.1托的真空状态下，并使用体积与图3A的第一实验中使用的电解质溶液103的体积相同的有机溶剂102。这里，作为有机溶剂102，使用了碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。在第二实验中，注入有机溶剂102也需要大约60秒，在执行注入之后，立即将壳体34打开。打开壳体34需要大约7分钟。图3B为在第二实验后打开壳体34之后分隔件13展开的示图。在第二实验中，有机溶剂102的未浸入区域A占分隔件13的大约33％。换句话说，有机溶剂102浸入了分隔件13的大约67％。
在使用相同的压力和相同体积的溶剂的第一浸入实验和第二浸入实验中，电解质溶液103浸入分隔件13的大约17％，有机溶剂102浸入分隔件13的大约67％。因此，清楚的是，对于分隔件13，不包括锂盐101的有机溶剂102的浸入速度明显比电解质溶液103的浸入速度快。
以这样的方式，由于有机溶剂102浸入到分隔件13中的情况的浸入速度比电解质溶液103直接浸入到分隔件13中的情况的浸入速度快，所以可以提高浸入工艺的速度。这里，固态或液态的锂盐101快速地溶解到有机溶剂102中，从而可以按照可首先使有机溶剂102浸入到分隔件13中，然后可将锂盐101溶解到有机溶剂102中的方式来得到电解质溶液103。这里，可以使用各种方法使锂盐101和有机溶剂102浸入到分隔件13中。
换句话说，将溶剂102和锂盐101分开地注入到包含在壳体34中的分隔件中。溶剂102和锂盐101混合得到的溶液为电解质溶液103。由于单独的溶剂102的浸入工艺速度明显比电解质溶液103的浸入工艺速度快，所以溶剂102和锂盐101的分开注入有利于提高电解质溶液103的浸入速度。
在下文中，将参照图4、图6、图7和图8来描述通过分开锂盐101和有机溶剂102来浸渍分隔件13的方法。
现在，将通过参照图4、图5A、图5B、图5C和图5D来描述通过分开锂盐101和有机溶剂102来提高浸入工艺速度的浸渍分隔件13的方法。
图4为根据本发明实施例的制造二次电池1(锂二次电池)的方法的流程图。图5A为用于描述根据图4的方法的注入锂盐101的阶段的剖视图。图5B为用于描述根据图4的方法的布置电极组件10和其他元件的阶段的剖视图。图5C为用于描述根据图4的方法的注入不包括锂盐101的有机溶剂102的阶段的剖视图。图5D为用于描述根据图4的方法的对壳体34进行加压的阶段的剖视图。
参照图4，可以按照注入锂盐101(操作S401)、布置包括正极11、分隔件13和负极12的电极组件10(操作S402)和注入不包括锂盐101的有机溶剂102(操作S403)的操作顺序来进行浸入工艺。现在，将参照相关附图来描述图4的前述操作。
参照图5A，可以在布置其他元件之前将锂盐101注入到壳体34中(操作S401)。这里，锂盐101可以为固态或液态。另外，可以调节锂盐101的比例，使得当锂盐101与随后注入的有机溶剂102混合时其摩尔浓度在大约0.8mol/L至大约1.7mol/L的范围内。
参照图5B，可在已注入锂盐101的壳体34中布置组成二次电池1的元件(操作S402)。虽然未在图4的方法中示出，但为了便于电解质溶液103或有机溶剂102的浸入，可以将壳体34的内部抽真空。例如，在图5B中，壳体34的内部可以形成大约0.1托的真空，但真空水平不限于此。因此，壳体34内部的真空水平可以改变。
参照图5C，可以经电解质溶液注入孔38a将不包括锂盐101的有机溶剂102注入到壳体34中(操作S403)。为了提高在未浸入区域A的浸入速度，如图5D所示，可以对壳体34加压(操作S404)。例如，可以对壳体34的外表面执行加压操作。这里，在注入有机溶剂102之后，还可以执行抽真空操作以提高浸入速度。在这点上，在注入有机溶剂102之后，可以通过反复地执行抽真空操作和加压操作(操作S404)来提高浸入速度。
前述操作的顺序不局限于图4的流程图，因此可以进行改变。例如，图6为根据本发明另一个实施例的制造二次电池1的方法的流程图。参照图6，可以在壳体34中布置电极组件10，从而可以布置二次电池1的除电解质溶液103之外的其他元件(操作S601)。然后，可以经电解质溶液注入孔38a注入锂盐101(操作S602)。锂盐101可以为固态且颗粒小，从而可以将锂盐101容易地溶解在有机溶剂102中并可经电解质溶液注入孔38a进行再装填。这里，在注入锂盐101(操作S602)前后，可以对壳体34内部抽真空。然后，可以注入有机溶剂102(操作S603)。为了提高浸入速度，可以反复地执行加压操作(操作S604)和抽真空操作。
根据图4和图6的实施例之一的制造锂二次电池的方法，由于锂盐101首先存在于壳体34中，所以只要使不包括锂盐101的有机溶剂102浸入到分隔件13中，有机溶剂102就将锂盐101溶解，从而可以形成电解质溶液103。因此，图4和图6的实施例的制造锂二次电池的方法的浸入速度会相对慢于仅有机溶剂102浸入到分隔件13中的情况的浸入速度。
在图7中，可以将电极组件10布置在壳体34中(操作S701)，并可将不包括锂盐101的有机溶剂102注入到壳体34中(操作S702)。在注入有机溶剂102之后，可以注入锂盐101(操作S703)。这里，在注入有机溶剂102(操作S702)与注入锂盐101(操作S703)之间可以存在时间间隔，使得在该时间间隔内有机溶剂102可以浸入到分隔件13中。然后，可以反复地执行加压操作(操作S704)和抽真空操作。
为了减小在有机溶剂102浸入到分隔件13中时因有机溶剂102溶解锂盐101导致的浸入速度的下降，仅不包括锂盐101的有机溶剂102浸入到分隔件13中，然后在浸入进行到预定水平时，可以注入锂盐101。参照图8对此进行描述。图8为根据本发明又一实施例的制造二次电池1的方法的流程图。可以在壳体34中布置电极组件10，从而可以布置二次电池1的除电解质溶液103之外的其他元件(操作S801)。可以将有机溶剂102注入到壳体34中(操作S802)。这里，在不注入锂盐101的情况下，可以密封壳体34，然后可以反复地执行加压操作(S803)和抽真空操作。这里，由于壳体34不具有锂盐101，所以可以减小有机溶剂102溶解锂盐101导致电解质溶液103的形成然后降低对于分隔件13的浸入速度的可能性。然后，当有机溶剂102浸入到分隔件13中时，可以经电解质溶液注入孔38a注入锂盐101。这里，由于锂盐101易于溶解到有机溶剂102中，所以锂盐101可以溶解到有机溶剂102中，从而可以得到电解质溶液103。
即使未在附图中示出，也可以改变将锂盐101装填到壳体34中的方法。例如，在中心销500设置在电极组件10中的情况下，可以将锂盐101注入到设置在电极组件10中的中心销的内部空着的空间中。可以注入锂盐101并将锂盐101放置在壳体34内部的任何位置。
应该理解，这里描述的示例性实施例只应被认为是描述意义的而不是为了限制目的。对每个实施例的特征或方面的描述通常应被认为适用于其他实施例中的其他相似特征或方面。

Claims (21)

1.一种制造锂二次电池的方法，所述方法包括以下步骤：
注入锂盐；
布置包括正极、分隔件和负极的电极组件；
注入不包括锂盐的溶剂。
2.如权利要求1所述的方法，其中，按照下面的顺序执行所述方法：
布置电极组件；
注入锂盐；
注入不包括锂盐的溶剂。
3.如权利要求1所述的方法，其中，按照下面的顺序执行所述方法：
布置电极组件；
注入不包括锂盐的溶剂；
注入锂盐。
4.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
执行抽真空操作；
执行加压操作。
5.如权利要求4所述的方法，其中，按照下面的顺序执行所述方法：
布置电极组件；
注入不包括锂盐的溶剂；
执行抽真空操作；
执行加压操作；
注入锂盐。
6.如权利要求1所述的方法，其中，锂盐为固态。
7.如权利要求1所述的方法，其中，锂盐为液态。
8.如权利要求1所述的方法，其中，当锂盐与溶剂混合时，锂盐的摩尔浓度在0.8mol/L至1.7mol/L的范围内。
9.如权利要求1所述的方法，其中，锂盐为从由LiPF6、LiBF4、LiClO4、Li(CF3SO2)2、LiCF3SO3、LiSbF6和LiAsF6组成的组中选择的至少一种。
10.如权利要求1所述的方法，其中，溶剂为选自于由聚碳酸亚乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯组成的组的环状碳酸酯与选自于由碳酸二甲酯和碳酸二乙酯组成的组的链状碳酸酯的混合物。
11.如权利要求1所述的方法，其中，电极组件被卷绕且在其中心具有中心销，注入锂盐的步骤包括将锂盐装填在中心销中。
12.如权利要求1所述的方法，其中，按照下面的顺序执行所述方法：
注入锂盐；
布置电极组件；
注入不包括锂盐的溶剂。
13.一种制造锂二次电池的方法，所述方法包括以下步骤：
执行包括正极、分隔件和负极的电极组件的布置；
分开地执行将锂盐注入到锂二次电池中的步骤和将不包括锂盐的溶剂注入到锂二次电池中的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其中，在注入不包括锂盐的溶剂之前执行锂盐的注入。
15.如权利要求13所述的方法，其中，在注入锂盐之前执行不包括锂盐的溶剂的注入。
16.如权利要求13所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
在锂二次电池的壳体内执行抽真空操作；
对锂二次电池的壳体的外表面执行加压操作。
17.如权利要求16所述的方法，其中，在注入不包括锂盐的溶剂的步骤与注入锂盐的步骤之间执行加压操作。
18.如权利要求16所述的方法，其中，在注入不包括锂盐的溶剂的步骤和注入锂盐的步骤之后执行加压操作。
19.如权利要求13所述的方法，其中，锂盐为固态。
20.如权利要求13所述的方法，其中，锂盐为液态。
21.如权利要求13所述的方法，其中，锂盐为从由LiPF6、LiBF4、LiClO4、Li(CF3SO2)2、LiCF3SO3、LiSbF6和LiAsF6组成的组中选择的至少一种；
其中，溶剂为选自于由聚碳酸亚乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯组成的组的环状碳酸酯与选自于由碳酸二甲酯和碳酸二乙酯组成的组的链状碳酸酯的混合物。
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