CN108808101A - 一种锂离子电池及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种锂离子电池及其制作方法，该电池的锂片具有毛刺的一面朝向正极壳置于正极壳内，电极片具有活性物质的一面面向锂片放置于锂片上，且二者之间利用隔膜进行间隔，隔膜浸润在电解液中，电极片上面设置支撑体和负极壳，负极壳与正极壳扣合为一体，该方法包括在惰性气体气氛中，将锂片具有毛刺的一面朝向正极壳放置于正极壳内；在锂片的上面放置隔膜并在隔膜上滴加电解液；在隔膜上面放置电极片，且电极片的具有活性物质的一面面向隔膜；在电极片的上面依次放置支撑体和负极壳；将负极壳和正极壳扣合在一起。上述锂离子电池及其制作方法，无需手工压实锂片与垫片，提高工作效率，避免接触不良导致电阻增大，提升电池的电化学性能。

Description

一种锂离子电池及其制作方法

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池及其制作方法。

背景技术

锂离子电池具有低成本、环境友好、高能量密度、无记忆效应、质量轻等优点，成为医疗设备、娱乐设备、计算机、通讯设备、电动汽车、航天飞行器等的动力电源的重要组成部分，由于各个领域对电池能量密度、长寿命多次循环、安全性能良好、在极端条件下使用和快速充电等出现了越来越高的要求，就需要研发比容量更高、循环寿命更长、能够在高低温下良好运行、不易发生爆炸、快速充电、安全性高等性能的电极材料，扣式锂离子电池作为实验室研发的最小结构单元，本发明就是基于这种实验室研发最小单元进行改进。

现有技术中的锂离子电池的结构如图1所示，图1为现有技术中的锂离子电池的爆炸式结构示意图，制作时，事先将锂片101与垫片102压实，其中锂片101含有毛边的一侧与垫片102含有毛边的一侧相向压实，然后在惰性气体气氛下，将电极片103的具有活性物质的一面朝上放于正极壳104中央位置，随后依次放上隔膜105并滴加适量电解液、捏合后的锂片101和垫片102、弹簧片106，再覆盖负极壳107，最后将其放至扣式电池封口机处施加一定的压力将其封口。

在上述制作过程中，由于锂片和垫片的尺寸相同，因此，如果锂片与垫片没有事先捏紧，会导致使用时电池发热且容量比实际低，因为接触不良会导致电池内部阻值较大，使一部分电量消耗在其中，而且在装配过程中手工压实锂片与垫片存在压实一致性差的问题，费时费力，装配效率低，手工压实的操作流程为把垫片完全覆盖到锂片的上方，用镊子或者其他物体将对垫片多次施加压力，在压实的过程中，垫片与锂片之间容易发生相对滑动，若发生相对滑动则需要重复这一过程，与此同时，由于在最后用镊子或其他物体将锂片或垫片压实时，锂片与垫片最终的压实接触的地方是几个点，难以达到两者完全贴合的地步，总而言之，纯手工压实费时费力，捏合效果较差，导致锂离子扣式半电池的装配效率较低，影响其电池电化学性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种锂离子电池及其制作方法，无需手工压实锂片与垫片，提高工作效率，避免接触不良导致电阻增大，提升电池的电化学性能。

本发明提供的一种锂离子电池，包括正极壳、锂片、隔膜、电极片、支撑体和负极壳，所述锂片具有毛刺的一面朝向所述正极壳置于所述正极壳内，所述电极片的具有活性物质的一面面向所述锂片放置于所述锂片上，且二者之间利用所述隔膜进行间隔，所述隔膜浸润在电解液的环境之中，所述电极片的上面依次设置所述支撑体和所述负极壳，所述负极壳与所述正极壳扣合为一体。

优选的，在上述锂离子电池中，所述支撑体包括与所述电极片接触的垫片以及与所述负极壳接触的弹簧片。

优选的，在上述锂离子电池中，所述电极片为硅基材料构成的电极片。

优选的，在上述锂离子电池中，所述电解液由LiFP6、EC、DMC和FEC构成。

本发明提供的一种锂离子电池的制作方法，包括：

在惰性气体的气氛中，将锂片具有毛刺的一面朝向正极壳放置于所述正极壳内；

在所述锂片的上面放置隔膜并在所述隔膜上滴加电解液；

在所述隔膜上面放置电极片，且所述电极片的具有活性物质的一面面向所述隔膜；

在所述电极片的上面依次放置支撑体和负极壳；

将所述负极壳和所述正极壳扣合在一起。

优选的，在上述锂离子电池的制作方法中，

所述支撑体包括与所述电极片接触的垫片以及与所述负极壳接触的弹簧片。

优选的，在上述锂离子电池的制作方法中，

所述电极片为硅基材料构成的电极片。

优选的，在上述锂离子电池的制作方法中，

所述电解液由LiFP6、EC、DMC和FEC构成。

优选的，在上述锂离子电池的制作方法中，

所述惰性气体为氩气、氦气、氖气或氙气。

通过上述描述可知，本发明提供的上述锂离子电池及其制作方法，该锂离子电池中，所述锂片具有毛刺的一面朝向所述正极壳置于所述正极壳内，所述电极片的具有活性物质的一面面向所述锂片放置于所述锂片上，且二者之间利用隔膜进行间隔，所述隔膜浸润在电解液的环境之中，所述电极片的上面依次设置所述支撑体和所述负极壳，可见该方案中锂片和垫片不再直接接触，而是将锂片设置在正极壳内，因此避免了由304不锈钢材质的垫片无法完全覆盖住尺寸相同的锂片的情况，避免了电极片受力不均的情况，从而该方案无需进行手工压实锂片与垫片的步骤，从而能够提高工作效率，避免接触不良导致电阻增大，提升电池的电化学性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的锂离子电池的爆炸式结构示意图；

图2为本申请实施例提供的第一种锂离子电池的爆炸式结构示意图；

图3为本申请实施例提供的第一种锂离子电池的制作方法的示意图；

图4为本申请实施例提供的方法与现有方法制作的电池的首次库伦效率的示意图；

图5为本申请实施例提供的方法与现有技术制作出的锂离子电池的循环1次至49次的库伦效率对比示意图；

图6为本申请实施例提供的方法与现有技术制作出的锂离子电池的循环2次至21次的库伦效率对比示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于提供一种锂离子电池及其制作方法，无需手工压实锂片与垫片，提高工作效率，避免接触不良导致电阻增大，提升电池的电化学性能。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供的第一种锂离子电池如图2所示，图2为本申请实施例提供的第一种锂离子电池的爆炸式结构示意图，该锂离子电池包括正极壳204、锂片203、隔膜205、电极片201、可以但不限于包括垫片202和弹簧片206的支撑体和负极壳207，所述锂片203具有毛刺的一面朝向所述正极壳204置于所述正极壳204内，这是由于毛刺的一侧朝上容易刺穿隔膜而引发电池内部短路，因此毛刺朝向正极壳，所述电极片201的具有活性物质的一面面向所述锂片203放置于所述锂片203上，这里所说的活性物质并不限定，因为锂离子相对于任何活性物质来说都是负极活性物质，且二者之间利用所述隔膜205进行间隔，所述隔膜205浸润在电解液的环境之中，所述电极片201的上面依次设置所述支撑体和所述负极壳207，所述负极壳207与所述正极壳204扣合为一体。

需要说明的是，所述支撑体可以但不限于包括垫片202和弹簧片206，而现有技术中的锂片和垫片的面积相同，且垫片的材质是304不锈钢，必然具有光滑的表面，因此二者组装时很容易产生偏移，而偏移就会导致受力不均匀，锂片上被垫片压住的部分受力较大，未被压住的部分受力较小，因此会造成接触不良，对其电学性能产生不利影响，而且锂片与垫片会有一定的空隙，放到电池内部会产生较大的内阻，而一个较好的锂离子电池是追求其内阻越小越好，在这种情况下，现有技术的方案是必须事先将垫片和锂片压实，然后再与其他部件进行组装，以避免产生不必要的误差和减小内阻，这就造成生产效率被大大降低，为了提高生产效率，就要寻找使二者压实的方式，一种容易想到的方案就是改变垫片和锂片的尺寸，但是根据扣式电池的行业标准，垫片的型号是统一的，尺寸不会改变，而为了方便来回运输，锂片的尺寸也必须设计的比电极片大一些，从而锂片的尺寸也是固定的，不能变小，在这样的事实基础上，本实施例创造性的将锂片和电极片的位置进行了互换，这样锂片就不再与垫片直接接触，而是直接与正极壳接触，众所周知，正极壳的面积比锂片大，而且无论锂片处于哪个位置，都与正极壳保持完全的接触，从而有效避免了接触不良的问题，提升电化学性能，这里优选的将锂片放置于正极壳的中央区域，而相应的，将电极片与垫片直接接触，根据本领域技术人员公知的常识，电极片的尺寸是小于垫片的，例如型号为CR2032的扣式锂离子电池的直径是20mm，厚度是3.2mm，其锂片直径和垫片直径均为16mm，而电极片的直径为14mm，本领域技术人员公知，电极片就是将活性物质材料、粘结剂、导电剂所混合的浆料涂覆在铜箔或者铝箔集流体上，具体涂覆铜箔还是铝箔是根据其材料及作为正极还是负极的功能来涂覆，含有活性物质的一侧是朝向锂片的，所以剩下一侧是铜箔的裸露侧，这种裸露侧与垫片是无法压合到一起的，而由本身特性也决定了无需压合，这就大大提高了组装电池的工作效率。

通过上述描述可知，本申请实施例提供的第一种锂离子电池，所述锂片具有毛刺的一面朝向所述正极壳置于所述正极壳内，所述电极片的具有活性物质的一面面向所述锂片放置于所述锂片上，且二者之间利用所述隔膜进行间隔，所述隔膜浸润在电解液的环境之中，所述电极片的上面依次设置所述支撑体和所述负极壳，可见该方案中的锂片和垫片不再直接接触，而是将锂片设置在正极壳内，因此避免了由304不锈钢材质的垫片无法完全覆盖住尺寸相同的锂片的情况，进一步避免了电极片受力不均的情况，从而该方案无需手工压实锂片与垫片，能够提高工作效率，避免接触不良导致电阻增大，提升电池的电化学性能。。

本申请实施例提供的第二种锂离子电池，是在上述第一种锂离子电池的基础上，还包括如下技术特征：

所述支撑体包括与所述电极片接触的垫片以及与所述负极壳接触的弹簧片。

这种类型的支撑体是比较常见的一种，成本较低，制作起来比较容易，但是这仅是其中的一个优选方案，实际上还可以采用其他类型的支撑体，此处并不限制。

本申请实施例提供的第三种锂离子电池，是在上述第一种锂离子电池的基础上，还包括如下技术特征：

所述电极片为硅基材料构成的电极片。

在该优选方案中，硅基材料可以涂覆在铜箔上，采用的硅基材料构成的电极片是与垫片直接接触的，其单位面积所受到的机械应力相对传统方法中的单位面积受到的应力更大，有助于其循环性能的提升，因为在循环过程中，产生体积膨胀，机械应力从一方面抑制了其体积膨胀。当然这仅是一种优选方案，还可以根据需要选用其他类型的电极片，此处并不限制。

本申请实施例提供的第四种锂离子电池，是在上述第三种锂离子电池的基础上，还包括如下技术特征：

所述电解液由LiFP6、EC、DMC和FEC构成。

需要说明的是，LiFP6就是六氟磷酸锂，EC就是碳酸乙烯酯，DMC是二甲基碳酸酯，FEC就是氟代碳酸乙烯酯，这种类型的电解液能够更好的与硅基材料构成的电极片相配合，当然这仅是其中一种优选方案，还可以根据实际需要选择其他类型的电解液，此处并不限制。

本申请实施例提供的第一种锂离子电池的制作方法如图3所示，图3为本申请实施例提供的第一种锂离子电池的制作方法的示意图，该方法包括如下步骤：

S1：在惰性气体的气氛中，将锂片具有毛刺的一面朝向正极壳放置于所述正极壳内；

该步骤中，将锂片放置于正极壳内，由于正极壳比锂片的截面积更大，因此不再存在锂片接触不良的问题，优选的将锂片放置于正极壳内的中央位置。

S2：在所述锂片的上面放置隔膜并在所述隔膜上滴加电解液；

具体的，可以将电解液从隔膜侧边滴加2-3滴，这样可以根据液体的表面张力将电解液充分扩散到整个电极片上。

S3：在所述隔膜上面放置电极片，且所述电极片的具有活性物质的一面面向所述隔膜；

需要说明的是，这种正极活性物质需要与锂片和隔膜配合，因此必须面向二者设置。

S4：在所述电极片的上面依次放置支撑体和负极壳；

该步骤中，是将电极片与支撑体接触，可以进一步优选的与垫片直接接触，根据本领域技术人员公知的常识，电极片的尺寸是小于垫片的，例如型号为CR2032的扣式锂离子电池的直径是20mm，厚度是3.2mm，其锂片直径和垫片直径均为16mm，而电极片的直径为14mm，本领域技术人员公知，电极片就是将活性物质材料、粘结剂、导电剂所混合的浆料涂覆在铜箔或者铝箔集流体上，具体涂覆铜箔还是铝箔是根据其材料及作为正极还是负极的功能来涂覆，含有活性物质的一侧是朝向锂片的，所以剩下一侧是铜箔的裸露侧，这种裸露侧与垫片是无法压合到一起的，而由本身特性也决定了无需压合，这就大大提高了组装电池的工作效率。

S5：将所述负极壳和所述正极壳扣合在一起。

这就形成了一个完整的锂离子电池，对于装配好的电池，不宜将其放置于高温条件下静置，电解液的适用温度一般在-20℃-60℃，装配好的电池放在25℃左右静置较好，温度过高电池内部将会产生过多的副反应，温度过低电解液得不到充分的浸润，一般可以静置8个小时以上，使电解液充分浸润电极活性物质。

本申请实施例提供的第二种锂离子电池的制作方法，是在上述第一种锂离子电池的制作方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述支撑体包括与所述电极片接触的垫片以及与所述负极壳接触的弹簧片。

这种类型的支撑体是比较常见的一种，成本较低，制作起来比较容易，但是这仅是其中的一个优选方案，实际上还可以采用其他类型的支撑体，此处并不限制。

本申请实施例提供的第三种锂离子电池的制作方法，是在上述第一种锂离子电池的制作方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述电极片为硅基材料构成的电极片。

在该优选方案中，硅基材料可以涂覆在铜箔上，采用的硅基材料构成的电极片是与垫片直接接触的，其单位面积所受到的机械应力相对传统方法中的单位面积受到的应力更大，有助于其循环性能的提升，因为在循环过程中，产生体积膨胀，机械应力从一方面抑制了其体积膨胀。当然这仅是一种优选方案，还可以根据需要选用其他类型的电极片，此处并不限制。

本申请实施例提供的第四种锂离子电池的制作方法，是在上述第三种锂离子电池的制作方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述电解液由LiFP6、EC、DMC和FEC构成。

需要说明的是，LiFP6就是六氟磷酸锂，EC就是碳酸乙烯酯，DMC是二甲基碳酸酯，FEC就是氟代碳酸乙烯酯，这种类型的电解液能够更好的与硅基材料构成的电极片相配合，当然这仅是其中一种优选方案，还可以根据实际需要选择其他类型的电解液，此处并不限制。

本申请实施例提供的第五种锂离子电池的制作方法，是在上述第一种至第四种锂离子电池的制作方法中任一种的基础上，还包括如下技术特征：

所述惰性气体为氩气、氦气、氖气或氙气。

这些气体在该条件下不会与各种离子发生反应，也能阻止空气中的气体对离子造成不良影响。

上述锂离子电池的制作方法可以提高扣式锂离子半电池装配过程中的装配效率，且提高扣式锂离子电池装配的一致性和首次库伦效率，参考图4，图4为本申请实施例提供的方法与现有方法制作的电池的首次库伦效率的示意图，图中的传统方式1-4就是指代利用现有方法制作出的电池，而新方式1-4就是指代利用本申请实施例提供的方法制作出的锂离子电池，可以看出利用本方法制作出的锂离子电池的首次库伦效率均比现有技术中的高，这可以验证本方法的优点，另外，当循环次数更多时，参考图5和图6，图5为本申请实施例提供的方法与现有技术制作出的锂离子电池的循环1次至49次的库伦效率对比示意图，图6为本申请实施例提供的方法与现有技术制作出的锂离子电池的循环2次至21次的库伦效率对比示意图，同样图中的传统方式1-4就是指代利用现有方法制作出的电池，而新方式1-4就是指代利用本申请实施例提供的方法制作出的锂离子电池，可以看出前20周循环，本申请实施例的方法制作出来的锂离子电池的库伦效率均比现有技术制作出的锂离子电池的库伦效率高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种锂离子电池，包括正极壳、锂片、隔膜、电极片、支撑体和负极壳，其特征在于，所述锂片具有毛刺的一面朝向所述正极壳置于所述正极壳内，所述电极片的具有活性物质的一面面向所述锂片放置于所述锂片上，且二者之间利用所述隔膜进行间隔，所述隔膜浸润在电解液的环境之中，所述电极片的上面依次设置所述支撑体和所述负极壳，所述负极壳与所述正极壳扣合为一体。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述支撑体包括与所述电极片接触的垫片以及与所述负极壳接触的弹簧片。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述电极片为硅基材料构成的电极片。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述电解液由LiFP6、EC、DMC和FEC构成。

5.一种锂离子电池的制作方法，其特征在于，包括：

在惰性气体的气氛中，将锂片具有毛刺的一面朝向正极壳放置于所述正极壳内；

在所述锂片的上面放置隔膜并在所述隔膜上滴加电解液；

在所述隔膜上面放置电极片，且所述电极片的具有活性物质的一面面向所述隔膜；

在所述电极片的上面依次放置支撑体和负极壳；

将所述负极壳和所述正极壳扣合在一起。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池的制作方法，其特征在于，

所述支撑体包括与所述电极片接触的垫片以及与所述负极壳接触的弹簧片。

7.根据权利要求5所述的锂离子电池的制作方法，其特征在于，所述电极片为硅基材料构成的电极片。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池的制作方法，其特征在于，所述电解液由LiFP6、EC、DMC和FEC构成。

9.根据权利要求5-8任一项所述的锂离子电池的制作方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气、氦气、氖气或氙气。