CN1367547A - 一种制造软包装锂二次电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造软包装锂二次电池的方法;电池的化成工序中,裸露的负极表面生成固体电解质中间相SEI膜,但若SEI膜不完整,仍有部分负极直接与有机溶液接触,若SEI膜不均匀,则在电池充放电过程中不能随电极膨胀收缩而开裂,暴露出新的负极,都会导致电池在以后的使用和存放阶段发生不良反应,产生新的气体,使电池各层接触变差,电池内阻增大,使电池整体性能急剧下降;本发明一种制造软包装锂二次电池的方法,是在于铝塑膜封装后使用加压化成的方法,化成后的电池再抽真空封口;加压化成是在把电池固定在带加压装置的两块平板间,使加压装置在平板上施加0.5～2.5MPa的压力。

Description

一种制造软包装锂二次电池的方法

技术领域

本发明涉及一种电池的制造方法，尤其是一种制造软包装锂二次电池的方法。

背景技术

长久以来，人们追寻着高能容量的电池，为此进行了多种电池的开发和改良。在迄今为止的电池中，锂二次电池最具有可期待的高容量，现在仍在积极地对其进行着改良。传统的锂二次电池，包括正极、隔膜、负极，并依次叠层卷绕，为保持电解液和有效的各层间电接触，将其密封于金属容器中。

但是金属容器既厚且重，作为非活性组成，它的存在严重影响了电池的整体性能，不仅增加了锂二次电池的重量，使小型化、轻量化变得困难，而且，由于金属壳的刚直性，任意形状化而成为不可能。

基于这种情况，提出了锂聚合物二次电池。该电池采用层压膜作包装材料，质量轻，且柔软可变。但层压膜不能给电池内部的正、负极和隔膜施加压力，使各层间电接触变弱，甚至断开分离。为此人们对电池的结构及组成进行了更多的研究。

美国专利US5460904公开了一种制作胶体聚合物锂离子电池的方法。在该方法中，通过刮膜或涂覆制作正、负极物质膜和电解质隔膜，然后分别将正极物质膜与铝集电体、负极物质膜与铜集电体热压，形成正极和负极，再将隔膜放置于正、负极间，三者一起经过热压紧密粘合到一起，通过萃取出各层膜中的增塑剂而形成微孔，再注入含锂盐的有机电解液。注液之前的各步骤都可在通常环境下操作，极大地减少设备投资和维护费用。但是在这种方法中电解质隔膜先与正、负极热压粘合成一体后才浸入电解液中，为使中间的电解质隔膜能浸入足够的电解液，集流体必须是多孔金属网，而金属网的强度大大不如金属箔。

为使其在受压时不致断裂或变形，必须保证有一定的厚度，这在另一方面加大了电池的重量。由于活性物质分布在网的孔隙中和网基体的两侧，距离不等，电流分布也不易均匀。此外，如果热压时压力分布不均匀，胶体电解质隔膜强度低，则容易导致内部短路，尤其不利于工业化生产。

另一种方法如中国专利99101523、00129272所述，正极和负极是通过将各自的活性物质与导电剂、粘合剂均匀涂覆到集电体的两个表面，干燥辊压制得，集电体可是网或箔。然后将某有机溶剂、锂盐，基体聚合物混合后均匀地涂覆到正极和负极的两个表面，干燥除去溶剂后在电极两面形成固态电解质层。最后正负极互相叠对，卷绕或叠层而得电池。这种方法要求制作电解质隔膜之后的各步骤都在干燥气氛中进行，提高了生产成本，且固体电解质的电子导电率较低，使电池效率不高，这也是一个妨碍其实用的问题。

又如中国专利00104502所公开的制作固态电池的方法。先用箔集流体分别与活性物质、导电剂、粘接剂制成负极，然后将PVDF与某有机溶剂配成一定浓度的胶液。在卷绕好的正、负极与隔膜放置到层压膜制成的壳体中后，壳体外部用压力装置限制电池的厚度，将胶液注入壳体中使之充满整个内腔，然后烘干溶剂，使电池内部各层相互粘成一体，保持有效电接触。在该方法中，注液前的各步都可在通常情况下进行，设备成本不高，但是在操作中，由于胶液只能由侧缝中进入，则较难渗入到正负极与隔膜的紧密层间，即使浸进去了，也很难在以后的干燥过程中完全把有机溶液蒸发出来。

以上所述的各种制造方法，都努力使铝塑膜包装的电池内部各层间的接触紧密均匀，使电池通路得到最大的利用，但不管是采用胶体电解质还是胶液作粘接层，都很可能在提高层间粘接的同时，增大电池内阻和提高制作成本。

但是电池中的有机电解液与负极表面不甚稳定，有机溶液能在负极上发生反应。消耗有机溶液，生成气体，引起胀气，甚至漏液等问题。而电池之所以能够安全稳定的存放及使用，且在其过程中不会胀气漏液，就在于电池的化成工序。在此工序中，裸露的负极表面生成固体电解质中间相SEI膜，有效隔离了负极及有机溶液，但若是SEI膜不完整，仍有部分负极直接与有机溶液接触，或若SEI膜不均匀，则在电池充放电过程中不能随电极膨胀收缩而开裂，暴露出新的负极，都会导致电池在以后的使用和存放阶段发生不良反应，产生新的气体，使电池各层接触变差，甚至分离，电池内阻增大，此恶性循环将使电池整体性能急剧下降。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种方法，使铝塑膜包装的电池不需额外的粘接层，在制作中注重化成时给电池施加一定的压力，使之在形成固态电解质中间相SEI膜时充分反应，避免在以后的循环中产生新的气体，最后采用通用的真空封装的办法使电池在其使用过程中始终受到压力差的作用，保持良好层间接触，提高效率及循环寿命。

本发明所采用的技术方案是：一种制造软包装锂二次电池的方法，包括提供正极和负极、微孔膜，将上述微孔膜放入正、负极之间并置，在上述正、负极和微孔膜中注入电解液，采用铝塑膜封装，在于铝塑膜封装后使用加压化成的方法，化成后的电池再抽真空封口；所述的加压化成是在把电池固定在带加压装置的两块平板间，并将其正负极连接到电池化成设备上，使加压装置在平板上施加0.5～2.5Mpa的压力；所述的所述加压装置可采用气压、液压或机械压来施加压力，包括螺旋压紧、弹簧压紧、重物压紧。

本发明的有益效果是：在化成中给电池加压，能排出电池内部各层间封装时残留的气体和在化成时反应新生成的气体，使之紧密接触，电解液分布均匀全面，为保证高质量完成电池的化成包括在负极表面形成致密均匀的固态电解质中间相SEI膜提供必要条件。

附图说明

图1是一种软包装电池的主视图；

图2是图1所示电池的一种加压化成方法；

图3是图1所示电池的另一种加压化成方法。

实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参照图1，极耳①、②分别引出电池正、负极，③为铝塑膜包装袋，袋内密封放置电池的正、负极、隔膜及电解液；参照图2，电池的一种加压化成方法，该加压化成方法使电池横直，④、⑤、⑥、⑦为隔离电池并施加压力的平板，平板的数量是2块以上，⑧、⑨、⑩为软包装电池；参照图3，电池的另一种加压化成方法，该加压化成方法使电池竖直，④、⑤、⑥、⑦为隔离电池的并施加压力的平板，⑧、⑨、⑩为软包装电池。

电池为铝塑膜包装电池，它包括正极、负极和置于其间的隔膜等，正、负极都分别包含集流体和电极物质，无机盐溶解于有机溶液中构成电解液，渗透到正极、负极和隔膜各层间，激活电池；该电池的负极活性物质可以是下面各物中的任一种：锂、锂合金、嵌入性化合物如天然或人造石墨、焦碳、中间相碳微珠等；正极活性物质可以从LixMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiO₂、LiCo_0.5Ni_0.5O₂、钒氧化合物、锡化合物中选取；需要的话，可向电极中加入导电剂如碳黑、乙炔黑和粘接剂如PVDF、PTFE，极片是通过将活性物质与导电剂、粘接剂按一定比例充分混合后制成混合膏体，通过辊涂、刮涂或喷涂等方法涂覆到集流体上，然后干燥及辊压制成，极片厚度优选为100～400微米；集流体的形状和厚度取决于电池形状和极片在电池中如何放置。通常，负极用铜或镍，正极用铝，本发明优选金属箔作集电体；包装外壳为铝塑膜，至少由三层膜构成，分别为PET层，Al箔层，PE或PP层，最内层PE或PP具有热封性能，在一定温度及压力下可粘合，构成密实袋，具有密封性能，该膜在使用前一般先制成袋状，包括放置电池的内腔和容纳化成阶段可能产生的气体的气袋；隔膜可采用聚乙烯PE、微孔聚丙烯PP等微孔膜，通过点焊或超声波焊从极片集流体上引出极耳，正极极耳可是铝，负极极耳可为铜、镍，将隔膜置于正、负极之间，卷绕或叠层后放入包装袋内，此时可以将包装袋三边包括升出极耳一边用热封机密封，仅留一边作为注液时用；本发明采用的电解液是将电解质盐溶于有机溶剂中的非水电解质，关于含锂的电解质盐，例如：LiPF₆、LiClO₄、LiBF₄、LiAsF₆、LiSO₃CF₃O和LiN(CF₃SO₂)₂，这些电解质盐可以单独使用，也可两个或多个混合使用，关于有机溶剂，必须能溶解电解质盐但不溶电极上的粘合剂，且电化学窗口足够宽，能稳定存在于锂二次电池中。例如，碳酸乙酯EC、碳酸丙酯PC、碳酸丁酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙甲酯的碳酸酯类，如四氢呋喃THF、γ-丁内酯，环丁砜、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、乙基二甘醇二甲醚，这些溶剂可以单独使用，也可两个或多个混合使用；通常电解质在电解液中的浓度最好为1mol/l，其附近的电导率最高，电池在低压状态下注入电解液，加热和加压使留作注液的一边密封，注液需在干燥气氛例如相对湿度≤2％以下进行。

参照图1、图2、图3，电池在注液密封完毕之后，把电池固定到加压装置的平板间，平板数量最好是2块以上，在最外边2块平板的外侧有加压装置，这样可一次化成多个电池，并将其正负极连接到电池化成设备上，进行完善电池的重要一步—化成，压力可是气压、油压、机械压等，机械施加压力包括螺旋压紧、弹簧压紧、重物压紧，如图2、3所示，电池放置方式可横置和竖置，以竖直放置为佳，压力在0.5～2.5Mpa间为宜，压力若过低，则不能使电池各层有效接触，压力过高，可能挤压过猛，刺破隔膜，引起短路、微短等问题，压力最佳在1.0～1.5Mpa间；化成后的电池需经过第二次抽真空封口，所用抽气装置一般为真空泵，使包装袋内外部存在压力差，最高可达到一个大气压，因电池在以后的使用和存放过程中不会产生新的气体，此压力差足以保证极片间的紧密接触，以此实现电池的优异性能；实验证明，未经加压化成的电池化成效率为60％左右，钴酸锂放电比容量只能达到70-80mAh/g，循环寿命最多为20次，而经过加压化成的电池，化成效率在87％以上，钴酸锂放电比容量为140mAh/g以上，循环寿命目前为≥300次，软包装电池的整体性能得到了明显提高。

Claims (5)

1.一种制造软包装锂二次电池的方法，包括提供正极和负极、微孔膜，将上述微孔膜放入正、负极之间并置，在上述正、负极和微孔膜中注入电解液，采用铝塑膜封装，其特征在于铝塑膜封装后使用加压化成的方法，化成后的电池再抽真空封口。

2.根据权利要求1所述一种制造软包装锂二次电池的方法，其特征在于所述的加压化成是在把电池固定在带加压装置的两块平板间，并将其正负极连接到电池化成设备上，使加压装置在平板上施加0.5～2.5Mpa的压力。

3.根据权利要求2所述一种制造软包装锂二次电池的方法，其特征在于加压装置在平板上施加的压力最好为1.0～1.5Mpa。

4.根据权利要求2所述一种制造软包装锂二次电池的方法，其特征在于所述的所述加压装置可采用气压、液压或机械压来施加压力，包括螺旋压紧、弹簧压紧、重物压紧。

5.根据权利要求2所述一种制造软包装锂二次电池的方法，其特征在于所述的平板数量最好是2块以上，在最外边2块平板的外侧有加压装置，这样可一次化成多个电池。

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