CN1279630C

CN1279630C - 一种薄型锂离子电池的封口方法

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Publication number: CN1279630C
Application number: CNB031140947A
Authority: CN
Inventors: 梁世硕; 王传福
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2003-03-29
Filing date: 2003-03-29
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2023-03-29
Also published as: CN1534807A

Abstract

一种薄型锂离子电池封口方法，其中，电极端子和塑料膜先进行表面粗化处理、涂敷一胶粘层、加温、加压处理，使其紧密结合，再将隔膜、正极和负极形成的电芯体放置在复合膜中，正负电极端子从复合膜前端的上下两层膜中间伸出，在端部的待封口部进行加温、加压处理，使复合膜与电极端子、胶粘层、塑料膜紧密封合在一起。该封口方法使电池的封装气密性优，机械强度大，完全杜绝了外界水份漏进电池内部造成活性物质和有机电解液劣化的影响，因而电池循环内阻、容量变化小，寿命长，自放电率小，性能优。

Description

一种薄型锂离子电池的封口方法

【技术领域】

本发明涉及一种薄型锂离子电池的封口方法，尤其涉及一种薄型锂离子电池电极端子部位的封口方法。

【背景技术】

近年来，为适应电子设备尤其是便携式电子设备发展的需要，作为必要构件的电池要求厚度要薄。但是，用普通的金属外壳作为电池芯体封装部件，其厚度较厚，占用设备空间较大；为克服上述缺陷，采用塑料膜或热熔性高分子薄膜和金属箔的复合层来替代上述金属外壳作为封装部件的方法，但是，此封装部件和普通金属箔导电端子之间粘着性较差，即使很小的张力也会导致剥离，不能提供足够的气密性，而气密性对高能量密度和高输出功率密度的非水电解液锂离子电池和聚合物锂离子电池等有更高的要求，一方面，封装密闭性差，在电池充放电过程中，电解质挥发，锂离子传导能力下降，另一方面，封装密闭性差，外面空气漏进去，与电解液发生反应生成灰白色粒状产物，使电解液失效，同时，部分粒子镶嵌在电解质膜的微孔中阻碍了锂离子的通过，这两个原因都使得电池的充放电内阻增大，导致电容量较快衰减，循环寿命短，自放电大，性能劣化严重。目前，多采用在电池封装部件的开口部与电极端子间配置树脂片来增加密封性能，此方法可以在一定程度上提高电池的密封性能，但是电极端子与树脂片之间的熔接性能要求较高。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种封装气密性优的薄型锂离子电池的封口方法。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：

一种薄型锂离子电池的封口方法，其中，所述的锂离子电池包括一个阴极、一个阳极和隔膜，它们被封装在一个由高分子薄膜和金属箔组成的复合膜内，所述的正、负极通过电极端子与外部端子相互连接，所述的复合膜的开口部分与电极端子间设有塑料膜，所述的封口方法包括以下步骤：

(1).将电极端子和塑料膜进行表面粗化处理；

(2).在电极端子与塑料膜之间涂敷一胶粘层；

(3).将涂敷有胶粘层的电极端子和塑料膜进行加温、加压处理，使其紧密结合。

(4).在正、负极片上焊接电极端子，以隔膜将正极和负极隔开并叠放或卷绕成电芯体，将该电芯体放置在复合膜中，正负电极端子从复合膜前端的上下两层膜中间伸出，在端部的待封口部进行加温、加压处理，使复合膜与电极端子、胶粘层、塑料膜紧密封合在一起。

本发明的上述技术方案进一步改进为：

所述的电极端子是由选自镍、铝、铜、钨、不锈钢、铁，上述金属的合金或者镀有上述金属或者合金的金属制造而成。

所述的塑料膜是由选自PE、HDPE、LDPE、PP、CPP、PE/PP共混体的材料制造而成。

所述的塑料膜的厚度为0.05-0.6mm。

所述的胶粘层的材料优选为环氧树脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯酯、聚氨酯、丙烯酸环氧酯、环氧一丁腈、酚醛一丁腈、聚乙烯醇缩丁醛单组份或双组份物质。

所述的正负电极端子伸出部位封口后的厚度为封口前复合膜厚度与电极端子厚度之和的70-90％；其余待封口部位封口后的厚度为封口前复合膜厚度之和的60-80％。

本发明的优点在于：采用该封口方法的锂离子电池，封装气密性优，机械强度大，完全杜绝了外界水份漏进电池内部造成活性物质和有机电解液劣化的影响，因而电池循环内阻、容量变化小，寿命长，自放电率小，性能优。

【附图说明】

图1是本发明电极端子的制造示意图

图2是本发明电极端子加压制作示意图

图3是本发明制造的电池封口前的截面图

图4是本发明制造的电池封口后的斜视图

图5是实施例和比较例在充电态下残留容量与贮存时间的关系图

图6是实施例和比较例的放电内阻与循环次数的关系图

图7是实施例和比较例的放电容量与循环次数的关系图

【具体实施方式】

实施例

带塑料膜的电极端子的制造：

考虑到强度和加工性能，电极端子是由选自镍、铝、铜、钨、不锈钢、铁，上述金属的合金或者镀有上述金属或者合金的金属制造而成；从电化学或化学稳定性的角度来看，作为电极端子的阳极端最好选择金属铜箔，作为电极端子的阴极端最好选择金属铝箔。

取厚度为80微米的金属铜箔和金属铝箔，分别进行如下的表面处理：

(1)用丙酮、醋酸乙酯等有机溶剂进行脱脂去污处理；

(2)用组成为浓硫酸10份(重量)，重铬酸钠(或钾)1-4份(重量)，蒸馏水30份(重量)，温度为60-80℃的溶液进行表面氧化处理5-10分钟。对金属铜箔和金属铝箔表面进行粗化处理，以使金属铜箔和金属铝箔形成粗糙表面，增强金属箔与塑料膜之间的粘合力；

(3)用蒸馏水反复冲洗干净，烘干。

考虑粘接性能，塑料膜的材料与电池外壳铝塑复合膜内层的材料相同，同种材料的熔化温度一致，在封装时容易相互融合成一体，封合效果优。塑料膜的厚度为0.05-0.6mm，优选为0.1-0.4mm。塑料膜太薄，在封合过程中由于塑料的融化挤出，容易导致正负导电构件与复合膜中间铝箔层同时接触引起内短路；塑料膜太厚，封合时容易在塑料膜左右两端形成三角形的微空隙，引起密闭不良。

取厚度为100微米的PE塑料薄膜，裁剪成6×12毫米的长方形小块，得到塑料膜，进行如下的表面处理：

(1)用组成为重铬酸钠(或钾)5份(重量)，蒸馏水8份(重量)，浓硫酸100份(重量)，温度为60-80℃的溶液进行表面氧化处理1-5分钟。对塑料膜表面进行粗化处理，以使塑料膜形成粗糙表面，增强金属箔与塑料膜之间的粘合力；

(2)取出用稀的氢氧化钠溶液中和；

(3)用蒸馏水反复冲洗干净，烘干。

为了使密封的机械强度增加，在经过上述处理的铜箔、铝箔和塑料膜的表面涂覆一胶粘层，胶粘层的材料为能同时与金属和非金属材料有较优粘接性能的胶粘剂，如聚氨酯胶粘剂。然后把塑料膜对折包覆在铜箔和铝箔表面。如图1所示，其中1表示塑料膜，2表示电极端子，即铜箔或铝箔。在铜箔、铝箔和塑料膜的表面均涂覆一聚氨酯胶粘层，可以实现铜箔、铝箔和塑料膜的紧密粘合。

如图2所示，把已包覆塑料膜1的电极端子2置于不锈钢夹具3中，施加0.01-1.0MPa的压力，并放在30℃-130℃的烘箱中，烘烤1小时，较高的温度能加快溶剂的挥发，常温下溶剂的挥发需4-6天，在100℃下需2-3小时，在130℃只需1小时则可达到完全固化，但温度太高会引起塑料片的熔化变形；一定的压力有助于胶粘剂的固化，增强金属箔与塑料片之间的粘合力，压力过大会使胶粘剂挤出，压力过小则起不到作用。

取出，冷却，制得带有塑料膜的电极端子。

正极片的制作：将锂钴氧化物、导电剂、粘合剂以重量比8∶1∶1混合搅拌均匀涂于铝箔两个表面，烘干，裁剪得到正极片4。

负极片的制作：天然石墨、导电剂、粘合剂以重量比80∶5∶15混合搅拌均匀涂于铜箔两个表面，烘干，裁剪得到负极片6。

电池的制作：在正、负极片上焊接上述制备的带有塑料膜的电极端子，以隔膜5将正极片4和负极片6隔开并叠放或卷绕成电芯体；将该电芯体放置在铝塑复合膜7中，正负电极端子从铝塑复合膜7前端的上下两层膜中间伸出，即得到未密闭封装的薄形锂离子电池，如图3所示；在端部的待封口部进行加温、加压处理，使铝塑复合膜与电极端子、胶粘层、塑料膜紧密封合在一起，如图4所示。

其中，在正负电极端子伸出部位的厚度为封口前相应待封口部总厚度的70-90％，即封口前两层铝塑复合膜厚度加与电极端子厚度之和的70-90％；其余待封口部位封口后的厚度为封口前相应待封口部总厚度的60-80％，即封口前两层铝塑复合膜厚度之和的60-80％。电池封口处的厚度过厚，封口的强度和密闭性不能保证，电池封口处的厚度过薄，容易导致正负导电构件与复合膜中间铝箔层同时接触引起内短路。

比较例

正极片的制作：同实施例。

负极片的制作：同实施例。

电池的制作：在正、负极上焊接作为电极端子的金属箔，以隔膜将正极片和负极片隔开并叠放或卷绕成电芯体；将该电芯体放置在铝塑复合膜中，即得未密闭封装的薄形锂离子电池；对应于密封部分的电极端子的表面覆盖一个与实施例相同的塑料膜，在端部的待封口部进行与实施例相同的条件下的加温、加压处理，使铝塑复合膜与电极端子、塑料膜紧密封合在一起。

【性能测试】

残留容量测试：将实施例和比较例电池充电到其容量的100％，的电流放电到3.0V，测定其残留容量。以相同的条件，分别测定贮存1周，2周，3周和4周的残留容量，结果如图5所示。

放电内阻测试：将实施例和比较例电池以1.0mA/cm³的电流恒流恒压充到4.2V，再以1.0mA/cm³的电流放电到3.0V。如此反复充放电循环300次，用自动电池测试仪测定每次循环的放电内阻，结果如图6所示。

放电容量测试：将实施例和比较例电池以1.0mA/cm³的电流恒流恒压充到4.2V，再以1.0mA/cm³的电流放电到3.0V，如此反复充放电循环500次，用自动电池测试仪测定每次循环的放电容量，结果如图7所示。

请参考图5-7，图5表明实施例电池在贮存4周后仍能保持初始容量的95％，而比较例电池在贮存4周后，残留容量只剩下75％；图6表明实施例电池在300次循环后放电内阻上升小于10％，而比较例电池在300次循环后放电内阻上升超过50％；图7表明实施例电池在500次循环后放电容量仍保持在初始放电容量的85％以上，而比较例电池在500次循环后放电容量降到初始放电容量的70％以下。因此采用本发明薄型锂离子电池的封口方法制造出的电池具有高气密性，杜绝了水分的进入造成活性物质和电解质劣化的影响，因而电池循环内阻、容量变化小，寿命长，自放电率小，性能优。

本发明所述的封口方法不仅仅限于薄形锂离子电池的封口，也适用于薄形聚合物锂离子电池的封口。

Claims

1.一种薄型锂离子电池的封口方法，其中，所述的锂离子电池包括一个阴极、一个阳极和隔膜，它们被封装在一个由高分子薄膜和金属箔组成的复合膜内，所述的正、负极通过电极端子与外部端子相互连接，所述的复合膜开口部分与电极端子间设有塑料膜，其特征在于：所述的封口方法包括以下步骤：

(1).将电极端子和塑料膜进行表面粗化处理；

(2).在电极端子与塑料膜之间涂敷一胶粘层；

(3).将涂敷有胶粘层的电极端子和塑料膜进行加温、加压处理，使其紧密结合；

2.按权利要求1所述的薄型锂离子电池的封口方法，其特征在于：所述的电极端子是由选自镍、铝、铜、钨、不锈钢、铁，上述金属的合金或者镀有上述金属或者合金的金属制造而成。

3.按权利要求1所述的薄型锂离子电池的封口方法，其特征在于：所述的塑料膜是由选自聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、改性聚丙烯、聚乙烯和聚丙烯共混体的材料制造而成。

4.按权利要求1或3所述的薄型锂离子电池的封口方法，其特征在于：所述的塑料膜的厚度为0.05-0.6mm。

5.按权利要求1所述的薄型锂离子电池的封口方法，其特征在于：所述的胶粘层的材料为环氧树脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯酯、聚氨酯、丙烯酸环氧酯、环氧一丁腈、酚醛一丁腈、聚乙烯醇缩丁醛单组份或双组份物质。

6.按权利要求1所述的薄型锂离子电池的封口方法，其特征在于：所述的正负电极端子伸出部位封口后的厚度为封口前复合膜厚度与电极端子厚度之和的70-90％；其余待封口部位封口后的厚度为封口前复合膜厚度之和的60-80％。