CN104037455B - 动力锂离子聚合物电池的制作方法 - Google Patents

动力锂离子聚合物电池的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种动力锂离子聚合物电池的制作方法，包括提供一平面基板；于平面基板上形成预定图案的绝缘层；于预定图案的绝缘层上形成预定图案的导电层；提供含碳材料；于预定图案的导电层上形成预定图案的含碳材料层，然后加压、烘干，该导电层与含碳化合物层共同形成负极；于负极上形成预定图案的固态或胶态聚合物电解质；提供锂酸盐混合物；于隔膜上形成预定图案的锂酸盐混合物层；于锂酸盐混合物层上形成预定图案的金属层，然后加压、烘干，该锂酸盐混合物层与金属层共同形成正极；在正极上形成预定图案的绝缘层；根据预定电池单体的层数，决定重复步骤3—10的次数，然后按次数依次重复步骤3－10。

Description

动力锂离子聚合物电池的制作方法
技术领域
本发明涉及一种电池的制作工艺，尤其涉及一种动力锂离子聚合物电池的制作方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池能量密度大，平均输出电压高；自放电小，没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100％，而且输出功率大。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。
通常锂离子电池的组成包括：
1、正极——活性物质一般为锰酸锂、钴酸锂、或镍钴锰酸锂材料，导电集流体使用厚度10-20微米的电解铝层；
2、隔膜——一种经特殊成型的高分子薄膜，通常由PP或PE形成，也有由PE与PP复合形成。隔膜用于隔离电芯正、负极片，以防止正、负极片直接接触造成短路；从微观角度看，隔膜表面为网状结构，具有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。铝壳锂离子电池使用的隔膜厚度通常为16um、18um、20um等，动力电池使用的隔膜厚度以30um以上为主流；
3、负极——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜层；
4、电解质溶液——溶质：常采用锂盐，如高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)；溶剂：由于电池的工作电压远高于水的分解电压，因此锂离子电池常采用有机溶剂，如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等；
5、外壳——分为钢壳、铝壳、镀镍铁壳(圆柱电池使用)、铝塑膜(软包装)等；
6、盖帽——电池的正负极引出端。
通常锂离子电池的制作工艺包括如下步骤：
1、制浆：用专门的溶剂和粘结剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质；
2、涂膜：通过自动涂布机将正负极浆料分别均匀地涂覆在金属层表面，经自动烘干后自动剪切制成正负极极片；
3、装配：按正极片—隔膜—负极片—隔膜自上而下的顺序经卷绕注入电解液、封口、正负极耳焊接等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池；
4、化成：将成品电池放置测试柜进行充放电测试，筛选出合格的成品电池，待出厂。
然而，锂离子电池的电解质溶液采用有机溶剂，尤其在作为动力电池时，存在安全隐患。且目前锂离子电池制作采用传统卷状式工艺，均匀性及良品率皆不理想，有待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动力锂离子聚合物电池的制作方法，其在大面积平面基板上进行平面式加工，直接生产出电池组，生产效率高，特性均匀性好，产品良品率提升，有利于降低电池生产成本。
为实现上述目的，本发明提供一种动力锂离子聚合物电池的制作方法，包括如下步骤：
步骤1、提供一平面基板；
步骤2、于平面基板上形成预定图案的绝缘层；
步骤3、于预定图案的绝缘层上形成预定图案的导电层；
步骤4、提供含碳材料；
步骤5、于预定图案的导电层上形成预定图案的含碳材料层，然后加压、烘干，该导电层与含碳化合物层共同形成负极；
步骤6、于负极上形成预定图案的固态或胶态聚合物电解质；
步骤7、提供锂酸盐混合物；
步骤8、于隔膜上形成预定图案的锂酸盐混合物层；
步骤9、于锂酸盐混合物层上形成预定图案的金属层，然后加压、烘干，该锂酸盐混合物层与金属层共同形成正极；
步骤10、在正极上形成预定图案的绝缘层；
步骤11、根据预定电池单体的层数，决定重复步骤3—10的次数，然后按次数依次重复步骤3－10。
所述步骤1的平面基板选用陶瓷基板，步骤1还包括于平面基板的两面形成金属层以作电容用，该金属层优选Cu或Al。
所述平面基板划分成数个基板单元，每一个基板单元的面积为形成一个电池单体所需要的面积。
所述预定图案共同在平面基板上形成一个或多个电池组，在各个基板单元上形成一个电池单元，每一电池单元包括数个叠置的电池单体，该数个叠置的电池单体依需要进行串联或并联连接，且平面基板上的各个电池单元依需要进行串联或并联连接形成一个或多个电池组。
所述步骤2的绝缘层优选PI材料，步骤2直接在平面基板上按预定图案涂布绝缘层，或先涂上一绝缘层，然后对该绝缘层进行图案化处理，形成预定图案的绝缘层。
所述步骤3的导电层的设置直接在绝缘层上按预定图案形成导电层，或先形成金属层，然后对该金属层进行图案化处理，形成预定图案的导电层；所述导电层优选为铜层。
所述步骤5的含碳材料层的设置直接按预定图案涂布含碳材料层，或先涂布一层含碳材料，然后对该层含碳材料进行图案化处理，形成预定图案的含碳材料层，所述含碳材料优选为碳浆。
步骤8的锂酸盐混合物层的设置直接按预定图案涂布锂酸盐混合物层，或先涂布一层锂酸盐混合物，然后对该层锂酸盐混合物进行图案化处理，形成预定图案的锂酸盐混合物层，所述锂酸盐混合物优选为钴酸锂、磷酸铁锂、或镍钴锰酸锂的混合物。
步骤9的金属层的设置按预定图案直接形成金属层在锂酸盐混合物层上，或先形成金属层在锂酸盐混合物层上，然后对该金属层进行图案化处理，形成预定图案的金属层；所述金属层优选为铝层。
步骤10的绝缘层的材料为PI，按预定图案直接在金属层上涂一层PI，或先在金属层上涂布一层PI，然后对PI层进行图案化处理，形成预定图案的绝缘层。
所述的动力锂离子聚合物电池的制作方法还包括步骤12、切割平面基板，形成数个预定规格的次基板，每一次基板包括数个基板单元，其形成一个电池组。
步骤1的平面基板的厚度为100um至50mm；步骤2的绝缘层的厚度为10-15um；步骤3的导电层的厚度为10-20um；步骤5的含碳材料层的厚度为0.21-0.23cm；步骤6的固体聚合物电解质的厚度为30-40um；步骤8的锂酸盐混合物层的厚度为0.20-0.23cm；步骤9的金属层的厚度为10-20um；步骤10的绝缘层的厚度为10-15um。
本发明的有益效果：本发明动力锂离子聚合物电池的制作方法在平面基板上于一道工序里可以同时进行多个电池单体的制作，提高生产效率，于特性均匀性及产品良品率皆大幅提升，而且同时对该多个电池单体进行连接组成电池组，进一步提高生产效率，且方便后续使用时电池组自身的组装及对外安装，从而有利于降低成本。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例进行详细描述。
本发明动力锂离子聚合物电池的制作方法包括如下步骤：
步骤1、提供一平面基板；
步骤2、于平面基板上形成预定图案的绝缘层；
步骤3、于预定图案的绝缘层上形成预定图案的导电层；
步骤4、提供含碳材料；
步骤5、于预定图案的导电层上形成预定图案的含碳材料层，然后加压、烘干，该导电层与含碳化合物层共同形成负极；
步骤6、于负极上形成预定图案的固态或胶态聚合物电解质；
步骤7、提供锂酸盐混合物；
步骤8、于隔膜上形成预定图案的锂酸盐混合物层；
步骤9、于锂酸盐混合物层上形成预定图案的金属层，然后加压、烘干，该锂酸盐混合物层与金属层共同形成正极；
步骤10、在正极上形成预定图案的绝缘层；
步骤11、根据预定电池单体的层数，决定重复步骤3—10的次数，然后按次数依次重复步骤3－10。
所述步骤1的平面基板选用陶瓷基板，步骤1还包括于平面基板的两面形成金属层以作电容用，该金属层优选Cu或Al。
所述平面基板划分成数个基板单元，每一个基板单元的面积为形成一个电池单体所需要的面积。
所述预定图案共同在平面基板上形成一个或多个电池组，在各个基板单元上形成一个电池单元，每一电池单元包括数个叠置的电池单体，该数个叠置的电池单体依需要进行串联或并联连接，且平面基板上的各个电池单元依需要进行串联或并联连接形成一个或多个电池组。
所述步骤2的绝缘层优选PI(polyimide)材料，步骤2直接在平面基板上按预定图案涂布绝缘层，或先涂上一绝缘层，然后对该绝缘层进行图案化处理，形成预定图案的绝缘层。
所述步骤3的导电层的设置直接在绝缘层上按预定图案形成导电层，或先形成金属层，然后对该金属层进行图案化处理，形成预定图案的导电层；所述导电层优选为铜层。
所述步骤5的含碳材料层的设置直接按预定图案涂布含碳材料层，或先涂布一层含碳材料，然后对该层含碳材料进行图案化处理，形成预定图案的含碳材料层，所述含碳材料优选为碳浆。
步骤8的锂酸盐混合物层的设置直接按预定图案涂布锂酸盐混合物层，或先涂布一层锂酸盐混合物，然后对该层锂酸盐混合物进行图案化处理，形成预定图案的锂酸盐混合物层，所述锂酸盐混合物优选为钴酸锂、磷酸铁锂、或镍钴锰酸锂的混合物。
步骤9的金属层的设置按预定图案直接形成金属层在锂酸盐混合物层上，或先形成金属层在锂酸盐混合物层上，然后对该金属层进行图案化处理，形成预定图案的金属层；所述金属层优选为铝层。
步骤10的绝缘层的材料为PI，按预定图案直接在金属层上涂一层PI，或先在金属层上涂布一层PI，然后对PI层进行图案化处理，形成预定图案的绝缘层。
所述的动力锂离子聚合物电池的制作方法还包括步骤12、切割平面基板，形成数个预定规格的次基板，每一次基板包括数个基板单元，其形成一个电池组。对于能容下平面基板的交通或运输工具，例如车辆、飞机、拖拉机、叉车等，可以直接将整个平面基板做成一个电池组，不需要切割。对于不能容下平面基板的交通或运输工具，则可以根据能容下的尺寸需要，对平面基板进行切割，形成数个预定规格的次基板，每一次基板上形成一个电池组，然后数个次基板的电池组再进行电性连接，安装到车辆上。这相对于现有技术要将平面基板按基板单元进行切割，形成一个个如基板单元大小的电池单元，也是提升了很大的生产效率，及方便于后续使用安装。
步骤1的平面基板的厚度为100um至50mm；步骤2的绝缘层的厚度为10-15um；步骤3的导电层的厚度为10-20um；步骤5的含碳材料层的厚度为0.21-0.23cm；步骤6的固体聚合物电解质的厚度为30-40um；步骤8的锂酸盐混合物层的厚度为0.20-0.23cm；步骤9的金属层的厚度为10-20um；步骤10的绝缘层的厚度为10-15um。
上述图案化处理，可以根据需要采用现有工艺形成预定图案的绝缘层，比如微影、蚀刻工艺等。
上述形成导电层或金属层，可以采用现有工艺来处理，例如化学气相沉积或蒸镀等。
步骤3－10形成单层电池单体，厚度0.66cm，每个电池单体的电压为3.5V。步骤11重复6次，共形成7层电池单体，厚度为4.62CM，该7层电池单体串联，则形成的单个电池的电压为24V。
综上所述，本发明动力锂离子聚合物电池的制作方法在平面基板上于一道工序里可以同时进行多个电池单体的制作，提高生产效率，于特性均匀性及产品良品率皆大幅提升，而且同时对该多个电池单体进行连接组成电池组，进一步提高生产效率，且方便后续使用时电池组自身的组装及对外安装，从而有利于降低成本。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种动力锂离子聚合物电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、提供一平面基板；
步骤2、于平面基板上形成预定图案的绝缘层；
步骤3、于预定图案的绝缘层上形成预定图案的导电层；
步骤4、提供含碳材料；
步骤5、于预定图案的导电层上形成预定图案的含碳材料层，然后加压、烘干，该导电层与含碳材料层共同形成负极；
步骤6、于负极上形成预定图案的固态或胶态聚合物电解质；
步骤7、提供锂酸盐混合物；
步骤8、于固态或胶态聚合物电解质上形成预定图案的锂酸盐混合物层；
步骤9、于锂酸盐混合物层上形成预定图案的金属层，然后加压、烘干，该锂酸盐混合物层与金属层共同形成正极；
步骤10、在正极上形成预定图案的绝缘层；
步骤11、根据预定电池单体的层数，决定重复步骤3—10的次数，然后按次数依次重复步骤3－10；
所述步骤1的平面基板选用陶瓷基板，步骤1还包括于平面基板的两面形成金属层以作电容用，所述形成于平面基板两面的金属层为Cu或Al；所述平面基板划分成数个基板单元，每一个基板单元的面积为形成一个电池单体所需要的面积。
2.如权利要求1所述的动力锂离子聚合物电池的制作方法，其特征在于，所述预定图案共同在平面基板上形成一个或多个电池组，在各个基板单元上形成一个电池单元，每一电池单元包括数个叠置的电池单体，该数个叠置的电池单体依需要进行串联或并联连接，且平面基板上的各个电池单元依需要进行串联或并联连接形成一个或多个电池组。
3.如权利要求1所述的动力锂离子聚合物电池的制作方法，其特征在于，所述步骤2的绝缘层的材料为聚酰亚胺，步骤2直接在平面基板上按预定图案涂布绝缘层，或先涂上一绝缘层，然后对该绝缘层进行图案化处理，形成预定图案的绝缘层；所述步骤10的绝缘层的材料为聚酰亚胺，按预定图案直接在金属层上涂一层聚酰亚胺，或先在金属层上涂布一层聚酰亚胺，然后对聚酰亚胺层进行图案化处理，形成预定图案的绝缘层。
4.如权利要求1所述的动力锂离子聚合物电池的制作方法，其特征在于，所述步骤3的导电层的设置直接在绝缘层上按预定图案形成导电层，或先形成金属层，然后对该金属层进行图案化处理，形成预定图案的导电层；所述导电层为铜层。
5.如权利要求1所述的动力锂离子聚合物电池的制作方法，其特征在于，所述步骤5的含碳材料层的设置直接按预定图案涂布含碳材料层，或先涂布一层含碳材料，然后对该层含碳材料进行图案化处理，形成预定图案的含碳材料层，所述含碳材料为碳浆。
6.如权利要求1所述的动力锂离子聚合物电池的制作方法，其特征在于，步骤8的锂酸盐混合物层的设置直接按预定图案涂布锂酸盐混合物层，或先涂布一层锂酸盐混合物，然后对该层锂酸盐混合物进行图案化处理，形成预定图案的锂酸盐混合物层，所述锂酸盐混合物为钴酸锂混合物、磷酸铁锂混合物、或镍钴锰酸锂混合物。
7.如权利要求1所述的动力锂离子聚合物电池的制作方法，其特征在于，步骤9的金属层的设置按预定图案直接形成金属层在锂酸盐混合物层上，或先形成金属层在锂酸盐混合物层上，然后对该金属层进行图案化处理，形成预定图案的金属层；所述金属层为铝层。
8.如权利要求1所述的动力锂离子聚合物电池的制作方法，其特征在于，还包括步骤12、切割平面基板，形成数个预定规格的次基板，每一次基板包括数个基板单元，每一次基板形成一个电池组。
9.如权利要求1所述的动力锂离子聚合物电池的制作方法，其特征在于，步骤1的平面基板的厚度为100μm至50mm；步骤2的绝缘层的厚度为10-15μm；步骤3的导电层的厚度为10-20μm；步骤5的含碳材料层的厚度为0.21-0.23cm；步骤6的固态聚合物电解质的厚度为30-40μm；步骤8的锂酸盐混合物层的厚度为0.20-0.23cm；步骤9的金属层的厚度为10-20μm；步骤10的绝缘层的厚度为10-15μm。
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