CN103545553A - 胶态锂电池的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种胶态锂电池的制作方法，其先行制作一核心素子，接着将该核心素子放入一袋体，并注入一反应型电解液，而后进行预充电，使该核心素子与该反应型电解液先行发生化学反应，再对该袋体进行热烘处理，使该反应型电解液发生胶化并熟成，最后对该袋体内的核心素子以及该反应型电解液进行活化程序，以完成制备。本发明在热烘胶化的工艺前，先对该核心素子以及该反应型电解液进行预充电，藉此避免核心素子于热烘胶化后充电而膨胀，造成结构的破坏，因而本发明可提高胶态锂电池的质量及使用寿命，并且维持低成本以及高稳定度的优点。

Description

胶态锂电池的制作方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池，尤指一种胶态锂电池的制作方法。
背景技术
目前可携式电子设备已成为人们生活的必需品，不论是手机、可携式电脑、平板电脑、MP3以及其他随身媒体播放设备等，皆会使用到二次电池以方便于移动时使用可携式电子设备。而随着电子元件的缩小，二次电池的体积大大的影响了可携式电子设备整体的体积。而二次电池的质量便决定在于电池容量、可充放电次数、体积以及重量。其中，锂二次电池因为无存储效应、体积小及价格便宜的优势，而受到各方的瞩目。
为了缩小锂二次电池的构装体积，目前大多采用铝箔压膜成袋作为其构装的外壳体，以达到外容积的最适化。然而铝箔袋的机械强度远不如先前所用金属罐的强度，故在上述各项机械强度实验时容易有漏液的问题产生。近日锂电池业界尝试研发胶态锂二次电池，将液态的电解液转换为胶态的电解液以避免漏液的问题，并提升电池成品通过各项安全测试的能力。
在胶态锂二次电池中又以高分子电池在薄型化上占了优势，因使用高分子电解质可以解决漏液的问题及提高其安全性。目前已有Sony公司成功地推出该种产品，以调制的电解液与高分子塑材精细地涂布于极板上，再与隔离膜卷绕成核心素子，并直接置入铝箔袋中，而不需再注入电解液。之后，经封装活化后即成为电池。然而该种电池需要精密的设备，才能生产；除极板制作外，其余相关工艺尚得在极低湿度的全干燥室中完成，故其工艺复杂且相关成本高昂。
另如中国台湾专利公告第583780号的“胶态锂二次电池”，其披露了一种胶态电解液的配方，其包含有一液态电解液、至少一高分子单体以及至少一起始剂，藉此配合目前现有技术中的包装壳体以及核心素子，而解决一般胶态锂电池的工艺复杂且成本高昂的问题。但，若能改善该胶态锂二次电池的充放电循环寿命以及快速放电的质量，便可进一步的提升产品竞争力，并增加产品的价值。
发明内容
本发明的主要目的，在于改善胶态锂二次电池的产品质量，以符合市场所需。
为达上述目的，本发明提供一种胶态锂电池的制作方法，包含有下列步骤：
S1：制作一核心素子；
S2：将该核心素子放入一袋体，并注入一反应型电解液；
S3：对该袋体内的该核心素子以及该反应型电解液进行预充电；
S4：将该袋体进行热烘处理，使该反应型电解液发生胶化并熟成；
S5：对该袋体内的该核心素子以及该反应型电解液进行活化程序；及
S6：完成制备。
由上述说明可知，相较于现有技术，本发明具有下列特点：
一、通过于热烘胶化的制程前，先进行预充电而发生化学反应，避免热烘胶化暂时性的固定住该核心素子的结构，在电池充电后，导致该核心素子膨胀并使结构松动，破坏该核心素子的结构以及改变反应型电解液的化学性质。
二、提高胶态锂电池的质量及使用寿命，符合使用者的需求。
三、维持低成本以及高稳度定的优点，而提高产品的竞争力。
附图说明
图1为本发明的步骤流程示意图。
图2为本发明的微胞单元示意图。
图3A-图3B为本发明的放电速度比较示意图。
图4A-图4B，为本发明的电池寿命比较示意图。
图5A-图5B为本发明的温度影响比较示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图示说明如下：
请参阅图1所示，本发明为一种胶态锂电池的制作方法，包含有下列步骤：
S1：制作一核心素子，该核心素子包含有正极、负极以及设置于该正极与该负极之间的隔离膜，并且可以采用卷绕形式或堆叠形式制作核心素子，依照设计需求而可选择不同的方式。由于核心素子的制作并非为本发明的重点，在此便不再详细叙述。
S2：将该核心素子放入一袋体，并注入一反应型电解液，其中，该袋体为一铝箔袋体，其中可包括了无延伸聚丙烯膜（CPP）以及尼龙（Nylon）等软性包装材，而具有轻薄的特性，该反应型电解液为液态，而经过催化熟成后会转化为胶态，于本实施例中，该反应型电解液包含有一液态电解液、一高分子单体以及一起始剂，该液态电解液包含有一碳酸脂以及一盐类的混和，该碳酸脂可为碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）或碳酸甲基乙基酯（EMC）的任意两种或两种以上的组合。盐类可为LiPF6（0.9M～1.5M）或是LiBF4（0.9M～1.5M）。该高分子单体可为单官能机高分子单体、多官能机高分子单体或多官能机亚克力单体，或者为其组合。该起始剂为具有自由基的起始剂，如过氧化苯甲酰（Benzoyl Peroxide,BPO）或偶氮双异丁腈（azobisisobutyronitrile,AIBN）等。其中，该液态电解液、该高分子单体及该起始剂的重量百分比为：50～98.9％：1～49.9％：0.1～5％，藉此完成该反应型电解液的制作。除此之外，也可制作另外一种形式的反应型电解液，请配合参阅图2所示，其包含有多个微胞单元10，且该微胞单元10包含有一电解微液滴11以及多个吸附于该电解微液滴11的表面的界面活性单体12，除此之外，该微胞单元10还具有多个相互形成链接构造的高分子单体13，其环绕于该界面活性单体12的外围，以形成该反应型电解液。更详细的说明，于注入该反应型电解液后，可静置该核心素子以及该反应型电解液6～72小时，使该反应型电解液均匀的分布于该核心素子上。
S3：预充电，对该袋体内的该核心素子以及该反应型电解液进行预充电，通过本步骤先使该核心素子以及该反应型电解液发生化学反应，优选地，进行充电至总电容量的40～80％为止，而依据充电速度以及电容量大小的不同，进行充电时间的控制。
S4：热烘熟成，将该袋体进行热烘处理，使该反应型电解液发生胶化并熟成，其控制热烘的温度介于摄氏40～90度之间，并进行10分钟至9小时，优选地，控制热烘的温度介于摄氏60～80度之间可形成质量较好的电池。
S4A：抽气定型，确认电量充饱之后，对该袋体进行抽气以达真空密封后，完成定型。
S5：活化，对该袋体内的该核心素子以及该反应型电解液进行活化程序，于本步骤中，其对该核心素子以及该反应型电解液进行充电至电量饱满为止。
S6：完成制备，最后进行电池电量的确认，以完成制备。
为比较本发明的工艺方法所制备的胶态锂电池与其他制备方法的比较，以下就本发明制备实施例与传统制备实施例进行比较。两个实施例皆使用正极材料为LiCoO2，负极材料为人造石墨，以及相同的反应型电解液进行制备，其差别在于本发明制备实施例中，有经过预充电的步骤后再进行热烘熟成，而传统制备实施例则于注入反应型电解液后，直接进行热烘熟成，而后进行活化程序。
请配合参阅图3A为传统制备实施例的放电速度示意图，及图3B为本发明制备实施例的放电速度示意图，其中，1C代表的将放电电流的大小控制在一小时将电池的电量放电完毕的状态下，2C则为控制在半小时将电池的电量放电完毕，以此类推，0.5C则为在两小时将电池的电量放电完毕，0.2C是在5小时内将电池放电完毕。很明显的，在相同的电压时，放电速度越快的电池其放电容量（Discharge Capacity）越低，代表放电速度越快时，电压与放电量并不成比例，而会造成电量显示误差的状况，使用者无法通过电池的电压估算电池的容量。而图3B在2C的状况下，同样在3伏特的电压时，其放电容量可达到90％以上，而图3A在相等的状况下，其放电容量还不到80％。在其他放电状况下，也可显示本发明制备实施例的放电容量皆比传统制备实施例的放电容量来的高。
另外，请配合参阅图4A为传统制备实施例的电池寿命示意图，及图4B为本发明制备实施例的电池寿命示意图，两者皆以0.5C的状况下，在摄氏45℃的高温环境下，经过500次的充放电后，传统制备实施例的电池容量已经剩下不到70％，而于本发明制备实施例中，则仍有85％的电池容量，显见利用本发明制备的电池质量远优于传统制备实施例。并且，利用本发明制备的胶态二次锂电池，在质量上已可媲美目前市面上成熟的液态锂电池。
最后，请配合参阅图5A为传统制备实施例的温度影响示意图，以及图5B为本发明制备实施例的温度影响示意图。在温度越低的环境下，电池的电压与放电容量会越来越不成比例，如图5A中，其为在0.5C的放电条件，-20℃的环境下，测量电压为3伏特时，其放电容量仅剩下10％，但于图5B中，同样的状况下，放电容量仍超过30％，在其他温度的条件下，图5B的放电容量也优于图5A的放电容量。
综上所述，本发明具有下列特点：
一、通过于热烘胶化的工艺前，先进行预充电而发生化学反应，避免热烘胶化先使该反应型电解液作用后，暂时性的固定住该核心素子的结构，而在电池充电后，致该核心素子膨胀并使结构松动，破坏该核心素子的结构以及改变反应型电解液的化学性质的问题。
二、就实验结果得知，本发明具有高放电稳定度、高温度稳定度以及较长的使用寿命。
三、利用传统的液态电解液配合高分子单体及起始剂所制成的反应型电解液，而具有低成本、加工方法简单的优点。
四、利用热烘即可完成胶态锂电池的制作，不需复杂且昂贵的设备，可更进一步降低成本。
五、胶态锂电池具有高安全性的优势。
以上已将本发明做一详细说明，然而以上所述者，仅为本发明的一优选实施例而已，当不能限定本发明实施的范围。即凡依本发明申请范围所作的均等变化与修饰等，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。

Claims (13)

1.一种胶态锂电池的制作方法，其特征在于，包含有下列步骤：
S1：制作一核心素子；
S2：将所述核心素子放入一袋体，并注入一反应型电解液；
S3：对所述袋体内的所述核心素子以及所述反应型电解液进行预充电；
S4：对所述袋体进行热烘处理，使所述反应型电解液发生胶化并熟成；
S5：对所述袋体内的所述核心素子以及所述反应型电解液进行活化程序；及
S6：完成制备。
2.根据权利要求1所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，所述反应型电解液包含有一液态电解液、一高分子单体以及一起始剂。
3.根据权利要求2所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，所述液态电解液、所述高分子单体及所述起始剂的重量百分比为：50～98.9％：1～49.9％：0.1～5％。
4.根据权利要求2所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，所述高分子单体选自于由单官能机高分子单体、多官能机高分子单体及多官能机亚克力单体组成的群组，所述起始剂为具有自由基的起始剂。
5.根据权利要求4所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，所述起始剂选自于由过氧化苯甲酰及偶氮双异丁腈所组成的群组。
6.根据权利要求1所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，所述反应型电解液包含有多个微胞单元，且所述微胞单元包含有一电解微液滴以及多个吸附于所述电解微液滴的表面的界面活性单体。
7.根据权利要求6所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，所述微胞单元还具有多个相互形成链接构造的高分子单体，所述高分子单体环绕于所述界面活性单体的外围。
8.根据权利要求1所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，于步骤S2中，在注入所述反应型电解液后，静置所述核心素子以及所述反应型电解液6～72小时，使所述反应型电解液均匀地分布于所述核心素子上。
9.根据权利要求1所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，于步骤S3中，对所述核心素子及所述反应型电解液进行预充电至总电容量的40％～80％为止。
10.根据权利要求1所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，于步骤S4中，控制热烘的温度介于摄氏40～90度之间，并进行10分钟至9小时。
11.根据权利要求10所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，控制热烘的温度介于摄氏60～80度之间。
12.根据权利要求1所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，于步骤S5中，对所述核心素子以及所述反应型电解液进行充电至电量饱满为止。
13.根据权利要求1所述的胶态锂电池的制作方法，其特征在于，于步骤S4及步骤S5之间，还具有一步骤S4A：对所述袋体进行抽气以达真空密封后，完成定型。
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