CN106410266A - 一种超薄锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超薄锂离子电池，包括隔膜、极片、电解液、正极集流体、负极集流体和铝塑膜，极片以隔膜为基体并在其两侧面相对应位置处分别间歇式涂覆正极材料形成正极和涂覆负极材料形成负极后模切裁切而制成；正极集流体上与正极的接触面和负极集流体上与负极的接触面分别采用腐蚀处理后涂覆一层便于两者之间导电的导电剂层；本发明还提供一种超薄锂离子电池的制备方法，加工时，只需将涂覆正负极材料后的隔膜进行热切，且无需特殊箔材，对现有集流体箔材表面进行腐蚀处理后涂覆导电材料，而后进行组装即可，简易快捷，同时成品率较高。

Description

一种超薄锂离子电池及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池制造技术，尤其涉及一种超薄锂离子电池及其制备方法。

【背景技术】

目前，越来越多的电子产品朝着更小更薄的方向发展，例如电子卡片，超薄电子手环等，为了适应满足这类超薄尺寸用电子产品的需求，需要开发制备相应的超薄电芯。

而且，关于超薄电芯的设计，目前常用的设计为将正负极浆料涂覆在金属网上，然后按照现有工序将正极片、隔膜、负极片进行组装，但此法需要特殊材料，同时存在工艺复杂，成品率低，加工困难，成本较高等缺点。

【发明内容】

本发明克服现有技术不足，提供一种满足现有电子产品超薄需求，可达到0.20～0.30mm厚度的超薄电芯，同时制作工艺简单、制程控制简易，而且生产成本较低的超薄锂离子电池及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

该发明的第一发明目的为，提供一种超薄锂离子电池，包括隔膜、极片、电解液、正极集流体、负极集流体和铝塑膜，所述极片以隔膜为基体并在其两侧面相对应位置处分别间歇式涂覆正极材料形成正极和涂覆负极材料形成负极后模切裁切而制成，所述隔膜上负极对应的负极材料敷料区域涵盖正极对应的正极材料敷料区域，模切后的隔膜涵盖正极和负极分别对应的敷料区域；

所述正极集流体采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳；所述负极集流体采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳；

所述正极集流体上与正极的接触面采用腐蚀处理后涂覆一层便于两者之间导电的导电剂层；所述负极集流体上与负极的接触面也采用腐蚀处理后涂覆一层便于两者之间导电的导电剂层；对应模切后的隔膜前后侧分别涵盖正极集流体和负极集流体对应的集流体区域；

所述正极集流体和负极集流体分别通过粘接胶粘附固定于铝塑膜内层上；

所述正极耳和负极耳对应的铝塑膜敞口处采用极耳胶热封密封端部及固定对应的极耳。

优选地，所述隔膜为PP、PE、PVDF、PET陶瓷、无纺布陶瓷、PP与PE的复合材质、PP与PVDF的复合材质、PP与陶瓷的复合材质、或PE与陶瓷的复合材质，所述隔膜厚度为6～12μm。

优选地，所述正极对应的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂或镍钴铝酸锂中的一种或者几种，所述正极片的涂覆厚度为10～20μm。

优选地，所述负极对应的负极材料为石墨、硅氧化合物、硅碳化合物或钛酸锂中的一种或者几种，所述负极的涂覆厚度为16～30μm。

优选地，所述正极集流体采用铝箔，厚度为10～13μm；所述的负极集流体为铜箔，厚度为6～9μm。

优选地，所述正极集流体和负极集流体上导电剂层对应的导电材料为纳米碳管或石墨烯，所述导电剂层的厚度为1～2μm。

优选地，所述铝塑膜厚度为68μm或88μm。

优选地，所述粘接胶为硅胶、亚克力胶或聚丙烯腈多元共聚物。

优选地，所述极耳胶为白胶、黑胶或黄胶，所述极耳胶的厚度为55～80μm。

该发明第二发明目的，提供一种超薄锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选用厚度为6～12μm的隔膜作为涂覆的基体；

步骤2，采用间歇式涂覆方式，对应隔膜基体两侧面的正对应位置处，在隔膜基体一侧单面涂覆正极对应的正极材料，在隔膜基体另一侧单面涂覆负极对应的负极材料，所述正极的涂覆厚度为10～20μm，所述负极的涂覆厚度为16～30μm，其中，负极对应的负极材料敷料区域涵盖正极对应的正极材料敷料区域，隔膜涵盖负极和正极分别对应的敷料区域；

步骤3，将涂覆烘烤后的隔膜极片进行模切；

步骤4，将厚度为10～13μm的铜箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为1～2μm的导电材料组成的导电剂层，而后模切制成正极集流体，模切时在正极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳；将厚度为7～9μm的铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为1～2μm的导电材料组成的导电剂层，而后模切制成负极集流体，模切时在负极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳；

步骤5，将正极集流体和负极集流体，两者对应的未腐蚀面用粘接胶分别对称粘附在铝塑膜内侧；

步骤6，将模切后具有正极和负极的隔膜，与正极集流体和负极集流体分别相对应的放入铝塑膜中，且模切后的隔膜前后侧分别涵盖正极集流体和负极集流体对应的集流体区域；

步骤7，将厚度为55～80μm的极耳胶弯折后或者裁切后，覆盖铝塑膜敞口处的极耳，而后进行热封；

步骤8，将电解液注入铝塑膜中，然后将注液后铝塑膜进行侧封，而后依次进行化成、热压整形和分容，得到厚度为0.20～0.30mm的成品电芯。

本发明的有益效果是：

1、相对于现有超薄电池较为复杂的加工工艺及不易控制产品质量；本发明只需将涂覆正负极材料后的隔膜进行热切，而后进行组装即可，简易快捷，同时成品率较高；

2、现有超薄电池采用金属网状集流体，材料较为昂贵，且结构强度较差；本发明对现有集流体箔材表面进行腐蚀处理，而后涂覆导电材料，无需特殊箔材，成本低，产品可靠性高；

3、本发明的超薄锂离子电池可用于电子卡片、超薄电子元器件等电子类产品上。

【附图说明】

图1是本发明隔膜一侧面涂覆正极对应的正极材料后的结构示意图；

图2是本发明隔膜另一侧面涂覆负极对应的负极材料后的结构示意图；

图3是本发明隔膜涂覆后成品极片的结构示意图；

图4是本发明表面腐蚀处理的正集流体的主视结构示意图；

图5是本发明表面腐蚀处理的负集流体的主视结构示意图；

图6是本发明表面腐蚀处理后的正集流体和负集流体的侧视结构示意图；

图7是本发明正集流体单面涂覆导电剂层后的主视结构示意图；

图8是本发明负集流体单面涂覆导电剂层后的主视结构示意图；

图9是本发明正集流体和负集流体单面涂覆导电剂层后的侧视结构示意图；

图10是本发明装配后的主视剖面结构放大示意图；

图11是本发明装配后的侧视剖面结构放大示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例一

一种超薄锂离子电池，如图1至图11所示，包括隔膜1、极片、电解液、正极集流体2、负极集流体3和铝塑膜4，所述极片以隔膜1为基体并在其两侧面相对应位置处分别间歇式涂覆正极材料形成正极5和涂覆负极材料形成负极6后模切裁切而制成，隔膜1上负极6对应的负极材料敷料区域涵盖正极5对应的正极材料敷料区域，模切后的隔膜涵盖正极5和负极6分别对应的敷料区域。

继续如图1至图11所示，正极集流体2采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳20，负极集流体3采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳30；其中，正极集流体2上与正极5的接触面采用腐蚀处理后涂覆一层便于两者之间导电的导电剂层7，负极集流体3上与负极6的接触面也采用腐蚀处理后涂覆一层便于两者之间导电的导电剂层7；对应模切后的隔膜1前后侧分别涵盖正极集流体2和负极集流体3对应的集流体区域；正极集流体2和负极集流体3分别通过粘接胶8粘附固定于铝塑膜4的内层上；正极耳20和负极耳30对应的铝塑膜4敞口处采用极耳胶9热封密封端部及固定对应的极耳。

该实施例的对应的超薄锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选用厚度为8μm的PP/PE/PP复合材质的隔膜1作为涂覆的基体；

步骤2，如图1～3所示，采用间歇式涂覆方式，对应隔膜1基体两侧面的正对应位置处，采用间歇式涂覆的方式，在隔膜基体一侧单面涂覆正极5对应的正极材料，该正极材料为镍钴铝酸锂，涂覆厚度为10μm；在隔膜1基体另一侧单面涂覆负极6对应的负极材料，隔膜1另一面涂覆负极材料为硅碳化合物，涂覆厚度为16μm；其中，负极6对应的负极材料敷料区域涵盖正极对应的正极材料敷料区域，隔膜涵盖负极和正极分别对应的敷料区域；

步骤3，将涂覆烘烤后的隔膜极片进行模切；

步骤4，如图4～9所示，将6μm厚度的铜箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为1μm的石墨烯材料组成导电剂层，而后模切制成正极集流体2，模切时在正极集流体2外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳20；将10μm厚度的铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为1μm的石墨烯材料组成导电剂层，而后模切制成负极集流体3，模切时在负极集流体3外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳30；

步骤5，将正极集流体2和负极集流体3处理后的金属箔材，两者对应的未腐蚀面采用聚丙烯腈多元共聚物的粘接胶分别对称粘附在铝塑膜内侧；

步骤6，将模切后具有正极和负极的隔膜放入铝塑膜中，该铝塑膜厚度为68μm，且模切后的隔膜前后侧分别涵盖正极集流体和负极集流体对应的集流体区域，即模切后的隔膜涵盖正极集流体和负极集流体对应的金属箔材；

步骤7，如图10所示；选用厚度为55μm的极耳胶，将分切后的极耳胶粘贴在极耳热封对应的铝塑膜位置，而后进行热封，

步骤8，将电解液注入铝塑膜后进行侧封，而后进行化成，热压整形，分容，即得总厚为0.20mm的成品超薄电芯。

实施例二

该实施例的结构与实施例一相同，在此不做过多赘述；不同之处在于，该实施例选取的材料和厚度与实施例一相比，有所不同，具体如下：

该实施例的对应的超薄锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选用厚度为6μm的PE材质的隔膜作为涂覆的基体；

步骤2，采用间歇式涂覆方式，对应隔膜基体两侧面的正对应位置处，采用间歇式涂覆的方式，在隔膜基体一侧单面涂覆正极对应的正极材料，该正极材料为钴酸锂，涂覆厚度为15μm；在隔膜基体另一侧单面涂覆负极对应的负极材料，隔膜另一面涂覆负极材料为硅氧化合物，涂覆厚度为20μm；其中，负极对应的负极材料敷料区域涵盖正极对应的正极材料敷料区域，隔膜涵盖负极和正极分别对应的敷料区域；

步骤3，将涂覆烘烤后的隔膜极片进行模切；

步骤4，将7μm厚度的铜箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为1μm的纳米碳管材料组成导电剂层，而后模切制成正极集流体，模切时在正极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳；将12μm厚度的铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为1μm的纳米碳管材料组成导电剂层，而后模切制成负极集流体，模切时在负极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳；

步骤5，将正极集流体和负极集流体处理后的金属箔材，两者对应的未腐蚀面采用亚克力胶分别对称粘附在铝塑膜内侧；

步骤6，将模切后具有正极和负极的隔膜放入铝塑膜中，该铝塑膜厚度为88μm，且模切后的隔膜前后侧分别涵盖正极集流体和负极集流体对应的集流体区域，即模切后的隔膜涵盖正极集流体和负极集流体对应的金属箔材；

步骤7，选用厚度为55μm的极耳胶，将分切后的极耳胶粘贴在极耳热封对应的铝塑膜位置，而后进行热封，

步骤8，将电解液注入铝塑膜后进行侧封，而后进行化成，热压整形，分容，即得总厚为0.25mm的成品超薄电芯。

实施例三

该实施例的结构与实施例一相同，在此不做过多赘述；不同之处在于，该实施例选取的材料和厚度与实施例一相比，有所不同，具体如下：

该实施例的对应的超薄锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选用厚度为8μm的PE陶瓷复合隔膜作为涂覆的基体；

步骤2，采用间歇式涂覆方式，对应隔膜基体两侧面的正对应位置处，采用间歇式涂覆的方式，在隔膜基体一侧单面涂覆正极对应的正极材料，该正极材料为磷酸铁锂，涂覆厚度为15μm；在隔膜基体另一侧单面涂覆负极对应的负极材料，隔膜另一面涂覆负极材料为石墨，涂覆厚度为20μm；其中，负极对应的负极材料敷料区域涵盖正极对应的正极材料敷料区域，隔膜涵盖负极和正极分别对应的敷料区域；

步骤3，将涂覆烘烤后的隔膜极片进行模切；

步骤4，将9μm厚度的铜箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为2μm的纳米碳管材料组成导电剂层，而后模切制成正极集流体，模切时在正极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳；将13μm厚度的铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为2μm的纳米碳管材料组成导电剂层，而后模切制成负极集流体，模切时在负极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳；

步骤5，将正极集流体和负极集流体处理后的金属箔材，两者对应的未腐蚀面采用硅胶分别对称粘附在铝塑膜内侧；

步骤6，将模切后具有正极和负极的隔膜放入铝塑膜中，该铝塑膜厚度为88μm，且模切后的隔膜前后侧分别涵盖正极集流体和负极集流体对应的集流体区域，即模切后的隔膜涵盖正极集流体和负极集流体对应的金属箔材；

步骤7，选用厚度为80μm的极耳胶，将分切后的极耳胶粘贴在极耳热封对应的铝塑膜位置，而后进行热封，

步骤8，将电解液注入铝塑膜后进行侧封，而后进行化成，热压整形，分容，即得总厚为0.25mm的成品超薄电芯。

实施例四

该实施例的结构与实施例一相同，在此不做过多赘述；不同之处在于，该实施例选取的材料和厚度与实施例一相比，有所不同，具体如下：

该实施例的对应的超薄锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选用厚度为12μm的PP材质的隔膜作为涂覆的基体；

步骤2，采用间歇式涂覆方式，对应隔膜基体两侧面的正对应位置处，采用间歇式涂覆的方式，在隔膜基体一侧单面涂覆正极对应的正极材料，该正极材料为镍钴锰酸锂，涂覆厚度为20μm；在隔膜基体另一侧单面涂覆负极对应的负极材料，隔膜另一面涂覆负极材料为钛酸锂，涂覆厚度为30μm；其中，负极对应的负极材料敷料区域涵盖正极对应的正极材料敷料区域，隔膜涵盖负极和正极分别对应的敷料区域；

步骤3，将涂覆烘烤后的隔膜极片进行模切；

步骤4，将9μm厚度的铜箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为2μm的纳米碳管材料组成导电剂层，而后模切制成正极集流体，模切时在正极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳；将13μm厚度的铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为2μm的纳米碳管材料组成导电剂层，而后模切制成负极集流体，模切时在负极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳；

步骤5，将正极集流体和负极集流体处理后的金属箔材，两者对应的未腐蚀面采用亚克力胶分别对称粘附在铝塑膜内侧；

步骤6，将模切后具有正极和负极的隔膜放入铝塑膜中，该铝塑膜厚度为88μm，且模切后的隔膜前后侧分别涵盖正极集流体和负极集流体对应的集流体区域，即模切后的隔膜涵盖正极集流体和负极集流体对应的金属箔材；

步骤7，选用厚度为80μm的极耳胶，将分切后的极耳胶粘贴在极耳热封对应的铝塑膜位置，而后进行热封，

步骤8，将电解液注入铝塑膜后进行侧封，而后进行化成，热压整形，分容，即得总厚为0.30mm的成品超薄电芯。

以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，除了具体实施例中列举的情况外；任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，比如正负极材料的种类、涂覆厚度；隔膜厚度、材质；热压工艺参数等均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超薄锂离子电池，包括隔膜、极片、电解液、正极集流体、负极集流体和铝塑膜，其特征在于：

所述极片以隔膜为基体并在其两侧面相对应位置处分别间歇式涂覆正极材料形成正极和涂覆负极材料形成负极后模切裁切而制成，所述隔膜上负极对应的负极材料敷料区域涵盖正极对应的正极材料敷料区域，模切后的隔膜涵盖正极和负极分别对应的敷料区域；

所述正极集流体采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳；

所述负极集流体采用金属箔材制成并在外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳；

所述正极集流体上与正极的接触面采用腐蚀处理后涂覆一层便于两者之间导电的导电剂层；

所述负极集流体上与负极的接触面也采用腐蚀处理后涂覆一层便于两者之间导电的导电剂层；

对应模切后的隔膜前后侧分别涵盖正极集流体和负极集流体对应的集流体区域；

所述正极集流体和负极集流体分别通过粘接胶粘附固定于铝塑膜内层上；

所述正极耳和负极耳对应的铝塑膜敞口处采用极耳胶热封密封端部及固定对应的极耳。

2.根据权利要求1所述的一种超薄锂离子电池，其特征在于，所述隔膜为PP、PE、PVDF、PET陶瓷、无纺布陶瓷、PP与PE的复合材质、PP与PVDF的复合材质、PP与陶瓷的复合材质、或PE与陶瓷的复合材质，所述隔膜厚度为6～12μm。

3.根据权利要求1所述的一种超薄锂离子电池，其特征在于，所述正极对应的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂或镍钴铝酸锂中的一种或者几种，所述正极片的涂覆厚度为10～20μm。所述负极对应的负极材料为石墨、硅氧化合物、硅碳化合物或钛酸锂中的一种或者几种，所述负极的涂覆厚度为16～30μm。

4.根据权利要求1所述的一种超薄锂离子电池，其特征在于，所述正极集流体采用铝箔，厚度为10～13μm；所述的负极集流体为铜箔，厚度为6～9μm。

5.根据权利要求1所述的一种超薄锂离子电池，其特征在于，所述正极集流体和负极集流体上导电剂层对应的导电材料为纳米碳管或石墨烯，所述导电剂层的厚度为1～2μm。

6.根据权利要求1所述的一种超薄锂离子电池，其特征在于，所述铝塑膜厚度为68μm或88μm。

7.根据权利要求1所述的一种超薄锂离子电池，其特征在于，所述粘接胶为硅胶、亚克力胶或聚丙烯腈多元共聚物。

8.根据权利要求1所述的一种超薄锂离子电池，其特征在于，所述极耳胶为白胶、黑胶或黄胶，所述极耳胶的厚度为55～80μm。

9.一种超薄锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，选用厚度为6～12μm的隔膜作为涂覆的基体；

步骤2，采用间歇式涂覆方式，对应隔膜基体两侧面的正对应位置处，在隔膜基体一侧单面涂覆正极对应的正极材料，在隔膜基体另一侧单面涂覆负极对应的负极材料，所述正极的涂覆厚度为10～20μm，所述负极的涂覆厚度为16～30μm，其中，负极对应的负极材料敷料区域涵盖正极对应的正极材料敷料区域，隔膜涵盖负极和正极分别对应的敷料区域；

步骤3，将涂覆烘烤后的隔膜极片进行模切；

步骤4，将厚度为10～13μm的铜箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为1～2μm的导电材料组成的导电剂层，而后模切制成正极集流体，模切时在正极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为正极耳；将厚度为7～9μm的铝箔单面进行腐蚀处理且在腐蚀面涂覆一层厚度为1～2μm的导电材料组成的导电剂层，而后模切制成负极集流体，模切时在负极集流体外端缘延伸出与其一体加工而成的凸出部位作为负极耳；

步骤5，将正极集流体和负极集流体，两者对应的未腐蚀面用粘接胶分别对称粘附在铝塑膜内侧；

步骤6，将模切后具有正极和负极的隔膜，与正极集流体和负极集流体分别相对应的放入铝塑膜中，且模切后的隔膜前后侧分别涵盖正极集流体和负极集流体对应的集流体区域；

步骤7，将厚度为55～80μm的极耳胶弯折后或者裁切后，覆盖铝塑膜敞口处的极耳，而后进行热封；

步骤8，将电解液注入铝塑膜中，然后将注液后铝塑膜进行侧封，而后依次进行化成、热压整形和分容，得到厚度为0.20～0.30mm的成品电芯。