CN1221054C

CN1221054C - 袋式锂离子电池的制备方法

Info

Publication number: CN1221054C
Application number: CNB031370578A
Authority: CN
Inventors: 万传云; 王志伟; 付春水; 苏盛; 甘健龙; 张清顺; 江志裕; 丁曦明; 陈永心; 陈来茂
Original assignee: Fujian Nanping Nanfu Battery Co Ltd
Current assignee: Fujian Nanping Nanfu Battery Co Ltd
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: CN1457113A

Abstract

本发明涉及袋式锂离子电池的制备方法及由该方法制得的电池。袋式锂离子电池由带有凹槽的铝塑复合膜包装袋、正极片、负极片、隔膜、极耳和电解液组成，袋式锂离子电池的制备方法由电池芯容器的形成、正负极极片的制备、电池芯的制备成型、电池注液、封口、化成等工艺组成，该制备方法具有操作简单、对环境要求不高、能降低电池的成本，同时采用该工艺方法能制备不同形状、不同厚度的锂离子电池。由该工艺方法生产的袋式锂离子电池具有能量密度高、重量轻、电池的体积小、能大电流放电、循环性能好的特点，同时电池的安全性能也得到提高。

Description

袋式锂离子电池的制备方法

技术领域

本发明涉及一种电池，具体来说是一种袋式锂离子电池的制备方法及由该方法制备的袋式锂离子电池，采用该方法制备的电池具有重量轻、比能高、安全性好、电池性能好的优点。

背景技术

与传统的二次电池相比，锂离子电池具有较高的电压、比功率和比能，同时具有体积小、重量轻的优点，这些优点使锂离子电池在日益发展的小型便携式电器中得到广泛应用，人们正在发展不同体系、不同形状的锂离子电池以满足不同用户的需要。

现在市场上普遍存在的锂离子电池是硬壳锂离子电池，另有少量铝塑包装的聚合物锂离子电池。其中硬壳锂离子电池均为液态电解质，该体系电池中液态电解质导电率高，能大电流工作，但金属壳体比较重，采用金属壳会增加电池的重量，同时，硬壳电池在出现异常时容易引起爆炸，另外，硬壳式电池在形状方面比较固定，很难根据用电器的要求改变形状。对于聚合物锂离子电池，尽管人们一直在努力改进聚合物电解质的导电性质以提高其导电率，但依然无法同液态电解质相比，因此，在大电流工作方面，聚合物锂离子电池没有优势，但聚合物电池采用的是铝塑复合膜作为包装材料，在电池的制作方面，聚合物电池的外形设计更加灵活、方便，能根据需要随意改变形状，对于一些特殊结构的用电器，在形状方面铝塑包装的电池具有无比的优越性。另外，聚合物电池制备过程中，除了要制备电极极片以外，还要制备聚合物电解质，这增加了制备电池的工艺程序和制备难度，使电池成本提高。

发明内容

综合考虑上述两种体系电池的优缺点，本发明的目的在于提供一种新的锂离子电池即采用铝塑壳体的袋式锂离子电池的制备方法，由该种方法制得的电池集合了现有的硬壳锂离子电池及聚合物锂离子电池的优点，不但能够根据用电器需要改变开状，而且具有重量轻、比能高、安全性好、电池性能好的优点。

本发明提供的袋式锂离子电池的制备方法包括如下步骤：

(1)正极极片的制备：将正极活性物质、导电物质、粘结剂、溶剂搅拌、混合成均匀浆料，然后将其涂布在导电基体上，经干燥、碾压成形，分切；

(2)负极极片的制备：将负极活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂搅拌、混合成均匀浆料，然后将其涂布在导电基体上，经干燥、碾压成形，分切；

(3)电池芯体的制备：在正极及负极的导电基体上焊接极耳，在极耳与导电基体的联接部位加绝缘胶带，在正、负极间置入隔膜，绕成或叠成电池芯体，用特定胶带固定；

(4)将具有延展、拉伸、定型功能的材料作为电池的外壳材料，通过模具的强力压延和拉伸作用，形成可容纳电池芯体的包装袋的凹槽，凹槽的大小形状可变；

(5)将组装成功的电池芯体置入压力机上通过芯施压的方式对电池芯体进行压缩定型，增加电池极片之间的紧密程度，降低电池内阻；

(6)将电池芯体组装完毕后，进行成型，然后置入包装袋的凹槽中，进行两边热熔封口，真空干燥，注入有机电解液，电池化成后，进行彻底封口，形成电池。

所述的具有延展、拉伸、定型功能的电池的外壳材料可以采用铝塑复合膜，以造出不同电池的形状和大小，使锂离子电池具有较好的形状可变性。铝塑复合膜由多层结构组成，由内到外基本由粘结层、铝膜层、外保护层等组成。其中粘结层的主要成分是改性的聚乙烯或聚丙烯，它具有一定的吸收水分子和氢氟酸的功能，中间层是铝箔，其作用是在冲电池芯内槽时由良好的成型性，最外层是保护层，为多层结构，它既能保护电解液的外渗又能阻止电解液对保护层的破坏。

为了提高电池的放电性能，使电池具有大电流放电能力，在本发明的制备方法中采用的液态有机电解液可以为1M LiPF₆的乙烯碳酸酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)溶液及他们的混合液，也可以是含有改善锂离子电池电极性能作用的它们的混合液。以这种有机电解液作为袋式锂离子电池的工作介质，使电池具有大电流放电能力，提高电池的放电性能。

本发明的制备方法中正负极浆料的制备方式可以采用研磨混合式，该方式有效地增加了电极浆料地均匀性，缩短了电极浆料地搅拌时间。具体方式可以是：将粘结剂事先采用有机溶剂溶解完全，然后将活性物质、导电剂、粘结剂按照一定的比例混合在一起。有机溶剂可以采用氮甲基吡咯烷酮类沸点较高的有机物，以减少制备过程中浆料粘度的变化。混和浆料的机器可以是带有研磨功能的搅拌机，如球磨机，也可以是带有强力分散、分切作用的匀浆机。采用此制浆工艺，能制备出性能均一的电池极片，提高电池的性能。

本发明的制备方法中正极极片的活性材料可以从锂钴氧(LiCoO₂)、锂锰氧(LiMn₂O₄)、锂镍氧(LiNiO₂)中选取。电池的负极活性材料可以从微相碳球珠(MCMB)、人工石墨和天然石墨中选取，导电剂可以从乙炔黑、导电石墨中选取；粘结剂可以为聚偏氟乙烯系列。正极导电基体可以为铝箔，负极导电基体可以为磨砂铜箔或压延铜箔。正极配方可以为：活性物质：70-90％，导电剂：25-5％，粘结剂：3-7％(重量比)。负极配方可以为：碳材料：80-95％；导电剂：0-15％；粘结剂：5-12％。将混合均匀的浆料涂覆在导电基体上，然后经过程控干燥、程控碾压，制成正负极极片，极片的厚度在60-260微米之间。根据本发明工艺方法制备的电池中LiCoO₂正极的单克容量大于150mAh/g，负极碳的单克容量大于300mAh/g。

本发明的制备方法中锂离子电池的结构为卷绕式或叠层式。卷绕式结构的电池芯体形成的方式为将正负极极片分切后，在导电基体上引出复合极耳，在极耳与导电基体的联接部位加上结缘胶带，然后在正负极之间置入隔膜，按照一定的方向转绕成电池芯，卷绕成的电池芯的极耳位于电池芯体中心两边位置，卷绕完毕用特殊胶带固定。叠层电池芯的组装方式为将正极极片和负极极片利用冲裁工具冲裁成一定大小的小片，然后将正负极极片间夹入隔膜，层层叠片，形成电池芯后，用特定胶带固定，最后引出极耳。该方式有效的降低了电池内部短路的可能性，提高了电池的安全性能。

本发明的制备方法中电池芯成型时采用的机器可以是平板液压机，电池芯体置于工作平台上，利用程序施压的方式对电池芯体进行施压，施压过程中，可以加温也可以不加温。加压成型提高了极片与极片之间的紧密程度，降低了电池的内阻，能够防止电池的变形，制备出的电池芯体具有充放电过程中不扭曲的优点。

在本发明的制备工艺的电池组装过程中，在对电池进行真空干燥及注入有机电解液后，可以对电池进行第三边假封口，然后再对电池进行化成，最后进行真空热封口，形成完整的电池。假封口的采用有效地避免了外界水气和氧气对电池性能和电解液的影响，充分利用了电解液，提高了电池活性物质的利用率，避免了最初电池化成过程中产生的气体对电池性能的影响。

本发明还提供了一种采用上述方法制得的袋式锂离子电池。

本发明袋式锂离子电池的制备方法制备的袋式锂离子电池，综合了硬壳锂离子电池及聚合物锂离子电池的优点，具有形状可变、重量轻、比能大、电池性能好的优点，有效地避免了电池的变形、电池内部短路，提高了电池的安全性能，是一种操作简单、对环境要求不高、生产成本低、生产效率高的制备袋式锂离子电池的制备方法。

附图说明

图1a是本发明的袋式锂离子电池的制备方法工艺流程图；

图1b是图1a的续图；

图2是采用本发明制备的袋式锂离子电池的外观图；

图3是本发明采用的袋式锂离子电池外壳的外观图；

图4是按照本发明的袋式锂离子电池的制备方法制备的电池芯体的示意图；

图5是本发明的制备方法中采用的电极引出端子的剖面图；

图6是本发明的制备方法中采用的电极极耳绝缘胶带的示意图；

图7是采用本发明的制备方法制备的电池芯体中正负极组合单元图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容作进一步说明。

如图1a、图1b所示：袋式锂离子电池的制备工艺包括极片的制备、电池芯体的制备、电池壳体的成型、电池注液、化成、封口等步骤。

将电池的活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂按照一定的比例混合成均匀的浆料，将电极浆料均匀的涂覆在导电基体的两面，然后经过烘干、碾压、分切，制成电极极片。在电极极片上焊上导电极耳后，将电池的正极与负极之间加入隔膜，组装成电池芯，电池芯经过压缩成型，置于铝塑膜的凹槽中，进行两边封口，然后真空除湿、注液，第三边假封口，对电池进行充电化成，最后进行第三边封口，形成成品电池。

图2是本工艺制备的袋式锂离子电池的外观图。袋式电池的外包装是铝塑复合膜。电池的正负极极片分切后，焊上带有热熔胶2的导电极耳1a，b，热熔胶2的材料为聚丙烯或聚乙烯，将正极与负极之间用隔膜分开，卷绕成图4所示的电池芯7，经过压缩成形后，放入图3所示的铝塑壳体的凹槽5中，进行两边热封形成电池的边4，然后经过干燥、注液、化成等步骤形成电池3。

如图3所示，本发明技术工艺的锂离子电池包装袋采用冲压模具在铝塑复合膜6上利用机械冲压的原理将铝塑复合膜6进行拉伸，形成凹槽5，在拉伸时，为防止铝塑复合膜6遭到破坏，要对铝塑膜进行保护。拉出的凹槽5用于放置电池芯体7，然后通过折叠，热封形成袋式电池外壳。

如图4所示，本发明技术工艺制备的锂离子电池的电池芯体由正极极片、负极极片和隔膜组成。隔膜在正极片和负极片之间，然后按照一定的放置顺序进行卷绕形成电池主体7，电池主体7上有终止胶带8，用于电池主体的固定，在正、负极极片的基体上附加有电极的引出端1a，b作为极耳，极耳上带有热熔胶2，卷绕后的电池芯体的两个极耳位于电池芯体中心两边的位置。

如图5所示，本发明中使用的正负极引出端子由电流引出体1a，b和热熔胶2两部分组成。电流引出体1a，b的材料为金属铝或金属镍，热熔胶的材料可以是聚丙烯，也可以是聚乙烯。

如图6所示，本发明中使用的电池极耳绝缘胶带由绝缘基材14和粘结胶15两部组成。绝缘基材14是经过特殊处理的耐高温、耐热、稳定性好的聚酰亚胺类薄膜，粘结胶15是特别配制的耐锂离子电池电解液的胶水。

如图7所示，本发明制备的电池中，正极片由正极膜10和导电基体11组成，负极片由负极膜12和导电基体13组成，在正极基体11和负极基体13上引出导电极耳1a，b，导电极耳与负极基体的联接部分用绝缘胶带保护，在正极与负极之间用隔膜9隔开，形成负极/隔膜/正极极/隔膜/负极相间的结构。

实施例1：

在本实施例中，结合图1a、图1b至图7所示。

正极的制备：将89份(重量比)的LiCoO₂、6份的导电石墨混合均匀后，加入5份已被有机溶剂氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶解的粘结剂PVDF，采用机械搅拌成均匀的正极浆料，然后涂布在如图7所示的导电基体铝箔11上，经过烘干，碾压，裁减成一定尺寸的正极片。极片厚度为170μm。

负极的制备：将94份的负极材料MCMB与6份已被有机溶剂氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶解的粘结剂PVDF中，在搅拌釜中搅拌成均匀的负极浆料，然后涂布在图7所示的导电基体铜箔13上，经过烘干、碾压、裁减，制成一定尺寸的负极片。极片厚度为170μm。

如图4所示将裁减好的正负极极片焊上电池极耳1a，b后，在电池的正负极之间放入隔膜9，按照一定的顺序卷绕成电池芯7，然后用胶带8固定电池芯7。卷绕成的电池芯中，电池极耳1a，b位于电池芯体的中心两侧。

将卷绕成的电池芯放在平板液压机上，通过一定的程控过程，对电池芯进行成型，特定程控过程的实施有效的对电池芯进行了压缩成型，让电池芯体的正极11、隔膜9、负极13有效的接触，降低了电池的内阻，电池芯体7不会变形。

根据电池芯体7的尺寸，设计合适的冲槽模具，对电池的外包装壳铝塑复合膜6进行冲槽，冲出来的凹槽5深度为4mm。

将压缩成型的电池芯7放入壳体槽5中，进行两边封口，然后将电池进行真空干燥后，注入有机电解液1M LiPF₆ EC-DEC-DMC有机电解液，真空吸收，进行假封口，然后经过化成后，进行最后电池封口成型。

此时组装的电池重量为17.5克，厚度为6mm，容量为700mAh，重量比能为148Wh/Kg，大电流放电时1C₅A放电能放出95％以上的容量，电池循环500次以后不变形、不气胀，有良好的循环性能。

实施例2：

请参阅图1a、图1b至图7所示，将80份(重量比)的LiCoO₂、13份的导电石墨混合均匀后，加入7份已被有机溶剂氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶解的粘结剂PVDF，采用机械搅拌成均匀的正极浆料，然后涂布在导电基体铝箔11上，经过烘干，碾压，裁减成一定尺寸的正极小片，极片上留有极耳引出端。极片厚度为120μm。

负极的制备：将90份的负极材料石墨、5份导电剂乙炔黑与5份已被有机溶剂氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶解的粘结剂PVDF中，在搅拌釜中搅拌成均匀的负极浆料，然后涂布在导电基体铜箔13上，经过烘干、碾压、裁减，制成一定尺寸的负极小片，极片上有极耳引出端。极片厚度为120μm。

将裁减好的正负极极片之间置入隔膜，采用层层叠片的方式组装电池芯7，然后用胶带固定电池芯7，焊上电池极耳1a，b，电池极耳分别位于电池芯体的两侧。

将电池芯7放在平板液压机上，通过一定的程控过程，对电池芯7进行压缩固定成型，让电池芯体的正极11、隔膜9、负极13有效的接触，降低了电池的内阻，电池芯体不会变形。

根据电池芯体7的尺寸，设计合适的冲槽模具，对电池的外包装壳铝塑复合膜6进行冲槽，冲出来的凹槽5深度为2mm。

此时组装的电池重量为4.5克，厚度为3mm，容量为200mAh，重量比能为164Wh/Kg，大电流放电时1C₅A放电能放出95％以上的容量，电池多次循环以后不变形、不气胀。

Claims

1、一种袋式锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：

(3)电池芯体的制备：在正极及负极的导电基体上焊接极耳，在极耳与导电基体的联接部位加绝缘胶带，在正、负极间置入隔膜，绕成或叠成电池芯体，用胶带固定；

(4)将具有延展、拉伸、定型功能的材料作为电池的外壳材料，通过模具的强力压延和拉伸作用，形成可容纳电池芯体的凹槽；

(5)电池芯体成型：将组装成功的电池芯体置入压力机上通过芯施压的方式对电池芯体进行压缩定型；

(6)电池组装：将成型的电池芯体置入包装袋的凹槽中，进行两边热熔封口，真空干燥，注入液态有机电解液，进行化成、封口，形成电池。

2、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述的电池外壳的材料为铝塑复合膜，该膜由内到外包括粘接层、铝膜层、外保护层；粘结层的主要成分是聚乙烯或聚丙烯，保护层为多层结构。

3、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述的正极极耳为铝带。

4、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述的负极极耳为镍带。

5、如权利要求3或4所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述的极耳上带有热熔胶，热熔胶材料为聚乙烯或聚丙烯。

6、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：在所述的导电基体与极耳的焊接处有绝缘胶带。

7、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：在所述的电池组装过程中注入电解液后先假焊然后化成。

8、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于，正极活性物质、导电物质、粘结剂的重量配方为活性物质70-90％，导电剂25-5％，粘结剂3-7％。

9、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于，负极活性物质、导电物质、粘结剂的重量配方为：活性物质80-95％，导电剂0-15％，粘结剂5-12％。

10、如权利要求1或8所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述的正极极片的活性材料从LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂中选取。

11、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述的负极活性材料从微相碳球珠、人工石墨和天然石墨中选取。

12、如权利要求1、8或9所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述的导电剂从乙炔黑、导电石墨中选取；所述的粘结剂为聚偏氟乙烯系列。

13、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述的液态有机电解液为1M LiPF₆的乙烯碳酸酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯溶液及它们的混合液。

14、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：在正、负极极片制备过程中烘干时采用程序控温进行分段加温。

15、如权利要求1所述的袋式锂离子电池的制备方法，其特征在于：在正、负极极片制备过程中的浆料混合采用研磨式混合。