CN102376984B - 一种超薄型二次充电电池及其制造工艺 - Google Patents

一种超薄型二次充电电池及其制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超薄型二次充电电池，包括电池芯，所述电池芯包括正电极、负电极和隔离膜，所述负电极的金属集流体的一面上涂布有负极材料，并且留有一未涂布负极材料的凸出部作为负极极耳，在所述负极极耳上设有镀镍层；所述正电极的金属集流体的一面上涂布有正极材料，并且留有一未涂布正极材料的凸出部作为正极极耳，在所述正极极耳上设有铬化层。采用上述方案，无需另外转接镍、铝极耳，同时采用热熔外包装壳封装，可以省略极耳胶，从而减小电池厚度。

Description

一种超薄型二次充电电池及其制造工艺
技术领域
本发明涉及化学能或电能存储装置，尤其涉及一种超薄型二次充电电池及其制造工艺。
背景技术
锂电池具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无污染等优势，现已广泛用于移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等小型电子设备。
今天，先进的便携电子产品种类繁多，对电池的要求越来越高，而电池在性能、使用寿命和环境影响方面均落后于电子产品的发展，而且两者之间的差距越来越大。传统电池不但体积巨大而且充电时间长，很难满足现代电子产品的轻、薄要求，其体积大小成为了瞩目焦点。
目前的聚合物锂电池(Li-polymer，又称高分子锂电池)具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化，以及高安全性和低成本等多种明显优势。在形状上，聚合物锂电池具有超薄化特征，可以配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池。但目前该类电池可以达到的最小厚度仅可达0.5mm，这是由于电池需转接带有密封胶、有一定厚度和强度的镍极耳和铝极耳，因此电池厚度受密封胶、镍极耳或铝极耳厚度的限制，要做到更薄的电池有很高的难度。
因此，现有技术有待于完善和发展。
发明内容
本发明所要解决的问题在于提供一种更薄的二次充电电池。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种超薄型二次充电电池，包括电池芯，所述电池芯包括正电极、负电极和隔离膜，所述负电极的金属集流体的一面上涂布有负极材料，并且留有一未涂布负极材料的凸出部作为负极极耳，在所述负极极耳上设有镀镍层；所述正电极的金属集流体的一面上涂布有正极材料，并且留有一未涂布正极材料的凸出部作为正极极耳，在所述正极极耳上设有铬化层。
所述的超薄型二次充电电池，还包括外包装壳，所述外包装壳在所述负极极耳与正极极耳处将所述电池芯封装。
所述的超薄型二次充电电池，所述外包装壳含有热熔性涂层，直接将所述电池芯热熔封装。
所述的超薄型二次充电电池，所述负电极的金属集流体为铜集流体。
所述的超薄型二次充电电池，所述正电极的金属集流体为铝集流体。
所述的超薄型二次充电电池，所述负极材料含有石墨碳材料。
所述的超薄型二次充电电池，所述正极材料含有钴酸锂、锰酸锂、锰钴镍酸锂、镍酸锂或磷酸亚铁锂中的一种或多种。
一种所述的超薄型二次充电电池制造方法，包括以下步骤：将负极材料涂布在负电极的金属集流体的一面上，并留出一未涂布负极材料的凸出部，将该凸出部镀镍后作为负极极耳，制备负电极；将正极材料涂布在正电极的金属集流体的一面上，并留出一未涂布正极材料的凸出部，将该凸出部进行铬化处理后作为正极极耳，制备正电极；在正、负电极之间插入隔开正极材料、负极材料的隔离膜。
所述的超薄型二次充电电池制造方法，所述负极极耳镀镍的步骤为：将负电极铜集流体凸出部在3-10g/L氢氧化钾水溶液中进行脱脂处理，然后浸入含有20-30g/L硫酸镍，10-15g/L次磷酸钠，5-15g/L乙酸钠和4-6g/L硼酸的溶液中进行化学镀镍处理。
所述的超薄型二次充电电池制造方法，所述正极极耳铬化处理的步骤为：将正电极铝集流体凸出部在3-10g/L氢氧化钾水溶液中进行脱脂处理，然后进入含有1-3g/L氟化钠，10-20g/L氧化铬，2-4g/L磷酸钠和0.4-0.6g/L硼酸的溶液中进行铬化处理。
采用上述方案，本发明的超薄型二次充电电池，采用单面涂覆正、负极极片的制备工艺，并对正、负电极集流体进行表面处理，无需另外转接铝、镍极耳，从而使电池厚度变薄；直接与电池的外壳铝塑复合膜进行热复合，这种极耳封装技术，不仅可以确保空气、水分不侵入，同时由于省略极耳胶，可以进一步减小电池厚度。
附图说明
图1为本发明的超薄型二次充电电池的电池芯结构的主视图；
图2为本发明的超薄型二次充电电池的电池芯结构的侧视图；
图3为本发明的超薄型二次充电电池的负极极耳封边处的局部放大示意图；
图4为本发明的超薄型二次充电电池的正极极耳封边处的局部放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
如图1至4所示，本发明提供了一种超薄型锂离子电池，其主要由负电极1、正电极2、电解液、带有微孔的隔离膜3，以及包括热熔性涂层、铝层和尼龙层的铝塑复合包装膜作为外壳4组成。
图1显示了无外壳4的电池芯结构示意图。其中，负电极1是将石墨碳材料作为负极材料5涂布在铜集流体6上，组成负电极1。在负电极1的一侧，铜集流体6有一未涂布负极材料5的凸出部，在该凸出部上有一薄的镀镍层7，构成负极极耳。
更具体的，负电极1制法如下：
将由95％石墨和1％碳黑和4％偏二氟乙烯(PVDF)制成的浆料涂布在12微米铜集流体的一单面上，通过干燥，碾压，冲切制成厚度为36微米的负极极片并留有一凸出的条状铜集流体，将凸出铜集流体在3-10g/L氢氧化钾水溶液中进行脱脂处理，然后在一含有20-30g/L硫酸镍，10-15g/L次磷酸钠，5-15g/L乙酸钠和4-6g/L硼酸的溶液中进行化学镀镍处理。
正电极2是将正极材料8涂布在铝集流体9上，组成正电极2。在正电极2的一侧，铝集流体9有一未涂布正极材料8的凸出部，在该凸出部上有一薄的铬化层10，作为正极极耳。所述正极材料8使用钴酸锂或锰酸锂或锰钴镍酸锂或镍酸锂或磷酸亚铁锂等材料作为活性成分。
更具体的，正电极2的制法如下：
由93％钴酸锂和3％碳黑和4％偏二氟乙烯(PVDF)制成的浆料涂布在16微米铝集流体的一单面上，通过干燥，碾压，冲切制成厚度为39微米的正极极片并留有一凸出铝集流体，将凸出铝集流体在3-10g/L氢氧化钾水溶液中进行脱脂处理，然后在一含有1-3g/L氟化钠，10-20g/L氧化铬，2-4g/L磷酸钠和0.4-0.6g/L硼酸的溶液中进行铬化处理。
分别将正负电极上涂布的正极材料8、负极材料5朝内放置，在负电极1和正电极2的中间插入12微米的聚乙烯或聚丙烯隔离膜3，使正负极片之间有效绝缘，构成电池的内部结构电池芯。如图2所示，上述正、负电极金属集流体的凸出部(极耳)朝向一致。正负极耳也可根据需要设置为不同朝向。电极芯的组装方式可以是层叠式，也可以是缠绕式，在本发明中为获得更薄的电池，优选层叠式。
图3、4显示电池极耳封边处结构的局部放大示意图。
使用铝塑复合包装膜外壳4包裹住所述电池芯，分别如图3、4所示，带镀镍层7的铜集流体6凸出部、以及带铬化层10的铝集流体9凸出部直接与外壳4两面的铝塑复合包装膜的热熔性涂层进行热复合。作为电池的外壳4的铝塑复合包装膜，由热熔性聚丙烯层、铝层和尼龙层复合而成，厚度为87微米。包装膜与包装膜，包装膜与夹在中间的铬化铝集流体、镀镍铜集流体用热熔方法封合，确保电池能进行充放电的同时确保空气、水分不侵入。进行热熔封后，进行真空除湿，并注入电解液，对电池进行激活后真空热封，最终经过化成完成电池制作。
对按照上述具体方法制成的电池进行测量，电池厚度为0.265mm，电池容量为1.2mAh/cm2，采用12mA/cm2充电，6分钟能达到设计容量的95％，用10C充1C放，600周后电池容量保持在原容量的85％以上。电池不漏液，不气涨，综合电化学性能良好。
本发明的优点：
1.正负极片的集流体直接与外壳的铝塑复合包装膜进行密闭封装，大大减小了现有技术要求有一定厚度和强度的金属带和密封胶对电池厚度减薄的瓶颈，使电池厚度减小到0.3mm以下。
2.正极片铝集流体上的铬化层和负极片铜集流体上的镀镍层确保了与外壳铝塑复合包装膜的热熔性涂层进行很好热复合，使集流体表面与热熔性涂层的粘强度得到提高，耐电解液的腐蚀提高，从而改善电池的密封性能，提高使用寿命。
本发明克服现有技术的不足，提供一种厚度小于0.3mm以下超薄型二次充电电池，可作为化妆品、智能卡、音乐贺卡、人体表皮药物渗透膜、纸上LED、电子纸、电子标签、银行信用卡、物联网中移动标签等低功率消耗电子产品的工作电源。本发明同样适用于超薄型的一次电池和电化学电容器。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种超薄型二次充电电池，包括电池芯，所述电池芯包括正电极、负电极和隔离膜，其特征在于，所述负电极的金属集流体的一面上涂布有负极材料，并且留有一未涂布负极材料的凸出部作为负极极耳，在所述负极极耳上设有镀镍层；所述正电极的金属集流体的一面上涂布有正极材料，并且留有一未涂布正极材料的凸出部作为正极极耳，在所述正极极耳上设有铬化层；电极芯的组装方式是层叠式；
所述超薄型二次充电电池还包括外包装壳，所述外包装壳在所述负极极耳与正极极耳处将所述电池芯封装；所述外包装壳为热熔性涂层、铝层和尼龙层的铝塑复合包装膜，正负极片的集流体直接与外包装壳的铝塑复合包装膜进行密闭封装，省略极耳胶；
所述外包装壳含有热熔性涂层，将所述电池芯热熔封装；
所述负电极的金属集流体为铜集流体，所述正电极的金属集流体为铝集流体；
所述电池的厚度小于0.3mm。 
2.根据权利要求1所述的超薄型二次充电电池，其特征在于，所述负极材料含有石墨碳材料。
3.根据权利要求1所述的超薄型二次充电电池，其特征在于，所述正极材料含有钴酸锂、锰酸锂、锰钴镍酸锂、镍酸锂或磷酸亚铁锂中的一种或多种。
4.一种超薄型二次充电电池制造方法，包括以下步骤：将负极材料涂布在负电极的金属集流体的一面上，并留出一未涂布负极材料的凸出部，将该凸出部镀镍后作为负极极耳，制备负电极；将正极材料涂布在正电极的金属集流体的一面上，并留出一未涂布正极材料的凸出部，将该凸出部进行铬化处理后作为正极极耳，制备正电极；在正、负电极之间插入隔开正极材料、负极材料的隔离膜；电极芯的组装方式是层叠式；
使用铝塑复合包装膜外壳包裹住所述电池芯，带镀镍层的铜集流体凸出部、以及带铬化层的铝集流体凸出部直接与外壳两面的铝塑复合包装膜的热熔性涂层进行热复合；
包装膜与包装膜，包装膜与夹在中间的铬化铝集流体、镀镍铜集流体用热熔方法封合，省略极耳胶；
外壳的铝塑复合包装膜，由热熔性聚丙烯层、铝层和尼龙层复合而成。
5.根据权利要求4所述的超薄型二次充电电池制造方法，其特征在于，所述负极极耳镀镍的步骤为：将负电极铜集流体凸出部在3-10g/L氢氧化钾水溶液中进行脱脂处理，然后浸入含有20－30g/L硫酸镍，10－15g/L次磷酸钠，5－15g/L乙酸钠和4－6g/L硼酸的溶液中进行化学镀镍处理。
6.根据权利要求4所述的超薄型二次充电电池制造方法，其特征在于，所述正极极耳铬化处理的步骤为：将正电极铝集流体凸出部在3-10g/L氢氧化钾水溶液中进行脱脂处理，然后浸入含有1－3g/L氟化钠，10－20g/L氧化铬，2－4g/L磷酸钠和0.4－0.6g/L硼酸的溶液中进行铬化处理。
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