CN102142529B

CN102142529B - 锂-二硫化铁电池正极结构的制作方法

Info

Publication number: CN102142529B
Application number: CN2011100312902A
Authority: CN
Inventors: 张清顺; 林建兴; 常海涛; 苏盛; 陈进添
Original assignee: Fujian Nanping Nanfu Battery Co Ltd
Current assignee: Fujian Nanping Nanfu Battery Co Ltd
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: CN102142529A

Abstract

本发明涉及一种锂-二硫化铁电池正极结构的制作方法。该制作方法包括采用超声波焊接设备，将正极极耳焊接在正极片上，超声波焊接设备的上、下焊接头上分别具有多个凸起和与凸起相匹配的凹陷，以在正极极耳上形成多个带有图案的区域。带有图案的区域呈等间隔排列，且带有图案的区域可以是点状矩阵或者是网状图案。点状矩阵中各行焊接点以及各列焊接点之间分别为等间隔排列。由于本发明的正极极耳与正极片之间的连接紧密，因而可使本发明的锂电池具有较好的质量和较长的使用寿命，进而提高客户满意度。该正极结构采用超声波焊接设备加工制成，制作方法简单，便于实现。

Description

锂-二硫化铁电池正极结构的制作方法

技术领域

本发明涉及一次锂电池领域，更具体地，本发明涉及一种锂-二硫化铁电池正极结构的制作方法。

背景技术

随着电子技术及信息技术的发展，普通的锌锰电池和碱锰电池已经满足不了高档电子设备的要求，特别是能量密度高和安全性能好这两个要求。作为具有高能量密度的锂-二硫化铁电池在近年来发展越来越迅速，现有的锂-二硫化铁电池已经可以作为具有大功率输出的电子设备的便携式电源。而且作为锂-二硫化铁电池正极活性物质的二硫化铁（FeS₂）在我国存储分布非常大，因此锂-二硫化铁（Li/FeS₂）电池易于工业化生产。

在制作锂-二硫化铁电池的过程中，首先，将FeS₂粉末与导电剂、粘结剂等混合后进行搅拌制成浆料，并将该浆料涂覆在正极导电基材上，将锂或锂合金制成的负极材料涂覆在负极导电基材上，然后对正极导电基材进行烘干、辊压、分切处理得到正极片，对负极导电基材进行分切得到负极片；然后，分别将极耳的一端连接到正极片的导电基材和负极片的导电基材上形成正极结构和负极结构；然后，将正极结构、负极结构和隔膜卷绕在一起形成电池芯；最后，将电池芯放入电池壳体中，注入电解液，封口、清洗后进行一定程度的预放电得到锂-二硫化铁电池。

现有的一次锂-二硫化铁电池中将正极片上的电子导出到正极端子组合体上通常采取两种方式：第一，在正极片的涂覆过程中，留出一端不涂的区域，正极片卷成电池芯之后，这些未涂覆的区域集中在一起，通过电池装配的紧配合，使未涂覆区域集中的正极基材与正极端子组合体直接接触，由于正极集流体使用的是厚度在0.01~0.03毫米的范围内的铝箔，造价非常高，如果要留出一段空白的正极集流体以接触正极端子组合体的话，将会增加电池的制造成本，因此这种方法正在逐渐被淘汰。第二，同样需要在正极片的涂覆过程中留出一段空白区域作为正极片与极耳的连接处，利用极耳连接正极端子组合体。这种方法中的空白区域的面积较第一种方法中的空白区域的面积大大减小，因而制作成本降低，因此，需要寻求一种方法可使极耳与正极片之间牢固地粘合，以使这种结构具有可靠的电连接。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

锂-二硫化铁电池正极结构的制作方法，其特征在于包括，采用超声波焊接方法将所述正极极耳连接在正极片上，并在所述正极极耳和正极片的连接区域形成多个带有图案的区域。

所述超声波焊接方法为：调节所述超声波焊接设备的能量为10~20W，调节空气压力阀，使上、下焊接头的压力均为20~40磅/平方英寸，将所述正极极耳焊接到所述正极片上的连接区域上，焊接时间为0.16秒。

所述带有图案的区域的面积占所述连接区域的面积的10%~90%。

所述带有图案的区域的面积占所述连接区域的面积的25%~50%。

所述带有图案的区域为点状矩阵，所述带有图案的区域呈等间隔排列。

所述带有图案的区域为菱形、圆形、椭圆形、方形、三角形或多边形中的一种。

所述带有图案的区域构造为网格图案。

所述超声波焊接设备的焊接头上具有高度为0.005~0.08毫米的凸起。

所述超声波焊接设备的焊接头上具有高度为0.01~0.04毫米的凸起。

所述正极极耳的厚度为0.05~0.2mm，长度为54~56mm，宽度为2~3mm。

本发明提供了一种锂电池的正极结构的制作方法。具体为：采用超声波焊接设备将正极极耳焊接在正极片上，超声波焊接设备的上、下焊接头上分别具有多个凸起和与凸起相匹配的凹陷，全部凸起呈一定规则排列的图案，以在正极极耳与正极片的连接区域形成带有图案的区域，以加强正极极耳与正极片之间的连接。由于本发明的结构可以使正极极耳与正极片之间的连接更加牢固，因此可使本发明的锂电池具有较好的质量和较长的使用寿命，进而提高客户满意度。本发明的正极结构采用超声波焊接设备加工制成，因此制作方法简单，便于实现。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1是根据本发明的正极结构示意图；

图2是根据本发明的利用超声波焊接设备制作正极结构的示意图；

图3是根据本发明的带有图案的区域呈等间隔排列的点状矩阵的示意图；

图4是根据本发明的带有图案的区域构造为网格图案的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的阐述，以便说明本发明的正极结构的制作方法。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

以下详细说明根据本发明的正极结构的制作方法。

本发明可以采用下述方法或者与其类似的方法制作正极结构，但是对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的正极结构并不限于采用以下方法所描述的具体细节制作，下面示例性地描述本发明所采用的方法：

首先，如图1所示，在正极片100的部分表面上涂覆正极活性物质101，将正极极耳102的一部分叠加在正极片100上未涂覆有正极活性物质101的空白区域上；

然后，如图2所示，将叠加在一起的正极极耳102和正极片100放在超声波焊接设备的上焊接头200与下焊接头201之间，并调整正极片100与正极极耳102的位置，上焊接头200上带有多个凸起202，下焊接头上带有与所述凸起匹配的凹陷203；

接着，调节超声波焊接设备的能量为10~20W，调节超声波焊接设备的空气压力阀，使上、下焊接头的压力均为20~40psi（磅/平方英寸），焊接时间为0.16秒，焊接完成后，在正极极耳102与正极片100的连接区域形成了与上焊接头的凸起相对应的带有图案的区域300，带有图案的区域300均由多个焊接点组成，正极极耳102与正极片100通过所述带有图案的区域300相连接；

最后，在正极极耳102表面粘贴绝缘胶带；所述绝缘胶带覆盖正极极耳102的全部连接区域和部分非连接区域，在正极极耳102的非连接区域背面，对应正面粘贴有绝缘胶带的部分也粘贴绝缘胶带。

粘贴绝缘胶带的作用在于：进一步加强正极极耳102与正极片100之间的连接，另外，由于正极极耳102焊接到正极片100上之后，需要将正极极耳102弯折以连接到正极上盖体上，胶带可以防止弯折后的正极极耳102与电池负极接触，导致短路。

本领域技术人员可以理解的是，上述方法中对焊接设备的能量、焊接时间的长短以及上、下焊接头的压力的数值范围的选取并不代表对本发明所描述的方法的限定，可以根据实际情况，从不同于上述数值范围内选取其它数值。

带有图案的区域300可以以任意方式排列在连接区域上，为了使正极极耳102与正极片100之间的连接更加牢固，如图3所示，优选地，带有图案的区域300呈等间隔形式排列，每个带有图案的区域300均为点状矩阵，即相邻两行和相邻两列的焊接点沿着正极极耳102的长度方向、宽度方向分别为等间隔排列。也就是说，上焊接头200的凸起202优选呈矩阵排列，各矩阵之间等间隔排列。

优选地，如图4所示，带有图案的区域300构造为网状图案，即上焊接头200的凸起202为多个相互交叉排列的直线形，全部凸起202组成网状图案，进而在正极极耳102与正极片100的连接区域上形成多个网状图案。优选地，相邻的带有图案的区域300之间呈等间隔分布。本发明对网状图案中各网格单元的形状不作限定，可以是菱形、矩形或者其它多边形，其中，图4中所示网格单元的形状为菱形。

进一步地，为了使极耳和正极片100之间的连接更加牢固，所有的带有图案的区域300的面积之和占正极极耳102上连接区域总面积的10%以上。在此范围内，带有图案的区域300的数量又不能过多，因为正极片100的厚度极薄，采用焊接的方式将正极极耳102和正极片100连接在一起，极易使正极片100折断，因此全部带有图案的区域300的面积之和占连接区域的面积的10%~90%，具体比例可以但不限于是：20%、25%、30%、50%、65%、75%、85%或者90%。优选地，全部带有图案的区域300的面积之和占连接区域面积的25%~50%。

带有图案的区域300的最高点与最低点之间应该具有足够的高度，从而最大限度地加强正极极耳102与正极片100之间的连接，但所述高度又不能过大，以免穿透正极片100和极耳从而使电池内部发生短路。为了得到合适的所述高度值，优选地，上焊接头上具有高度为0.005~0.08mm的凸起，更优选为0.01~0.04mm，具体数值可以但不限于是：0.006mm、0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.035mm等。在选择超声波焊接设备的焊接头时，可以根据实际需要，在上述数值中选取上焊头200的凸起202的高度以及与凸起202高度相匹配的下焊头201上凹陷203的深度。

对于本领域技术人员来讲显而易见的是，可以根据正极极耳和正极片的实际尺寸以及期望达到的电连接的可靠程度，按照实际情况从上述范围内选择合适的数值。对于本领域技术人员来讲还显而易见的是，也可以从不同于上述范围的数据中选择合适的数值。

作为示例，本实施方式选用的是市售的美国的MTECH公司生产的型号为WX 100 Spot weld 40kHz 800W的超声波焊接设备，超声波焊接设备的上焊接头具有多个凸起，与凸起的位置对应，下焊接头带有与所述凸起的形状相对应的凹陷，除了使用上述方法中选用的超声波焊接设备之外，还可以使用装配有其它其他形式焊接头的超声波焊接设备。可以根据实际情况的需要，使上、下焊接头上的凸起和凹陷按照一定规则排列，以使正极极耳与正极片之间的连接更加牢固。

作为示例，带有图案的区域300的形状可以为矩形、三角形、菱形、圆形或者多边形等形状。

作为示例，正极极耳102采用硬度大于锂的金属或合金制成，例如，正极极耳102由选自铝、钢、铜或其合金中的一种材料制成，此外，还可以采用镀镍不锈钢，优选采用铝。

作为示例，正极极耳102厚度为0.05~0.2mm，正极极耳102的长度为54~56mm，宽度为2~3mm。

对根据本发明制得的正极结构进行拉力测试，以得出正极极耳102与正极片100之间的连接的牢固程度，具体测试方法为：沿着正极极耳102的长度方向上施加拉力，作为合格产品，正极极耳102应该能够承受大于0.1千克物体的重力的拉力，经过测试，本发明的正极极耳102最大可以承受0.6千克物体的重力的拉力，由此可知，本实施方式的正极结构可以使正极极耳102与极片100之间的连接非常牢固。

对根据本发明制成圆柱形锂-二硫化铁电池进行电学性能测试：

测试分为两组，第一组为：利用交流阻抗仪在21℃条件下存放7天，然后测量根据本发明的锂电池的开路电压和接触内阻，并按ANSI DCAM 标准的要求，一直放电到0.9V，具体放电方式为“1500mW/650mW 2s On/28s Off，5m/h 至0.9V”，即第一个脉冲在1500mW持续2秒，随后第二个脉冲在650mW持续28秒，一次1500mW脉冲放电和一次650mW脉冲放电为一个脉冲序列，这样的脉冲序列重复10次，每小时进行5分钟这样的放电，随后为55分钟的休息时间，然后重复脉冲序列和休息时间至电压降到0.9V，考察各电压阶段电池所达到的脉冲放电次数。其结果如表1所示。第二组为：将根据本实施方式的锂电池放进60℃恒温烘箱中20天进行加速老化，然后取出电池放在21℃环境中1天后测量接触内阻和开路电压，并按ANSI DCAM标准对电池进行“1500mW/650mW 2s On/28s Off，5m/h 至0.9V”的脉冲放电，终点电压是0.9V。测试结果见表1。

表 1

从测试结果中可以看出，经过长时间高温存放后，电池的接触内阻没有增加，这说明采用本发明的极耳与正极片之间的连接方式的电池的极耳表面不会生成钝化膜，也就不会影响电池的放电量。

电池在测试过程中开路电压略有上升，这说明电池在存放过程中没有发生内短路，因此采用本发明的正极结构在电池芯卷绕过程中不会损伤电池的极片和隔膜。

本发明提供了一种锂电池的正极结构的制作方法。具体为：采用超声波焊接设备将正极极耳焊接在正极片上，超声波焊接设备的上、下焊接头上分别具有多个凸起和与凸起相匹配的凹陷，全部凸起呈一定规则排列的图案，以在正极极耳与正极片的连接区域形成带有图案的区域，进而可加强正极极耳与正极片之间的连接。采用超声波焊接法方法可使正极极耳与正极片之间的连接更加紧密，因而可使锂电池具有较好的质量和较长的寿命，进而提高客户满意度。本发明的正极结构采用超声波焊接设备加工制成，因此制作方法简单，便于实现。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.锂-二硫化铁电池正极结构的制作方法，其特征在于包括，采用超声波焊接方法将正极极耳连接在正极片上，并在所述正极极耳和正极片的连接区域形成多个带有图案的区域；所述超声波焊接方法为：调节超声波焊接设备的能量为10~20W，调节空气压力阀，使上、下焊接头的压力均为20~40磅/平方英寸，将所述正极极耳焊接到所述正极片上的连接区域上，焊接时间为0.16秒；所述带有图案的区域的面积占所述连接区域的面积的10%~90%；所述带有图案的区域为点状矩阵或网格图案，所述带有图案的区域呈等间隔排列；所述带有图案的区域为圆形、椭圆形或多边形中的一种；所述超声波焊接设备的焊接头上具有高度为0.005~0.08毫米的凸起；所述正极极耳的厚度为0.05~0.2mm，长度为54~56mm，宽度为2~3mm；所述正极极耳采用硬度大于锂的金属或合金制成。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多边形为菱形、方形或三角形中的一种。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述带有图案的区域的面积占所述连接区域的面积的25%~50%。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波焊接设备的焊接头上具有高度为0.01~0.04毫米的凸起。