CN1564368A - 新型高能聚合物锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高能聚合物锂离子电池。包括正极片、负极片和隔膜，特点是：隔膜为与极片尺寸相适应的袋状；一负极片或正级片紧密贴合位于隔膜袋中，另一正极片或负极片紧密贴合在隔膜袋的外侧；依此排列组成电池。本发明不但从根本上解决了电池短路问题，及正极片或负极片与隔膜界面的稳定性问题，而且还减少了电池组装过程的手工操作，减少了人为因素对电池质量的影响，进一步提高了电池组装的机械化水平，从而达到提高生产效率、降低产品成本的目的。

Description

新型高能聚合物锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种高能聚合物锂离子电池。
背景技术
目前，市场上锂离子电池的主流产品为液态锂离子电池。聚合物锂离子电池相对液态锂离子电池具有更大的能量密度、更薄、更小、更轻，使用更加安全等优点，特别是它可以依据客户的需求做成各种形状，具有液态锂离子电池无法比拟的特性。
1994年，美国贝尔实验室开发出世界上第一块聚合物锂离子电池。1999年，SONY公司将其商品化。在聚合物锂离子电池的制作过程中，其极片堆的组装方法目前有两种方法，即：卷绕式和叠层式。
所谓卷绕式，就是根据电池要求的外形尺寸和容量，设计出电池极片的尺寸和要装入的活性物质的量，然后将电池的正、负极片和隔膜准备好，即可开机工作。电池芯在卷绕时先将隔膜套在卷绕针上，负极片(或正极片)放在隔膜中间，正极片(或负极片)放在隔膜上，先将负极(或正极)卷入半圈，然后送入正极(负极)片。
正极(或负极)引线部分先卷入，负极(或正极)引线部分后送入，并将正负极片的涂布部分对齐(隔膜在正负极之间)。卷绕过程中正极片不得错位超出负极片。正、负极片均不得错位超出隔膜宽度。电池芯尽可能卷紧，其径向尺寸误差不得大于±0.2mm，轴向尺寸误差不得大于±0.5mm。
此方法的缺点是：
1、大型电池不适合采用卷绕式。当电池高度过大(大于100mm以上)或极片长度过长时，由于要求设备规格的改变及精度的提升，普通设备难以达到上述电池要求的标准。
2、当电池厚度低于2mm时，如电子卡片、电子证件等多数要求电池的厚度在1mm以下，极片长度过短，此时就不适用卷绕方法。
3、根据聚合物锂离子电池的基本原理，它要求电池的正、负极片和隔膜三者间的相对位置必须对正。如图1，1代表隔膜，2代表负极片，3代表正极片。而在生产过程中，正极片、负极片和隔膜都是带状，其长度随电池型号的不同而改变，当电池宽度相同时，其正极片、负极片和隔膜的长度随电池的厚度增加而增加。在卷绕过程中，三者中有一个跑偏，或有一个材料变形或设备张力控制不均匀等，就可能造成正、负极片直接接触而发生短路。正极片、负极片和隔膜的长度越长，正极片、负极片和隔膜的相对位置就越难对正，再加上材料本身在受力情况下有变形的特点等，造成电池卷绕松紧度的变化不均匀，卷绕的难度就越大，废品率越高。为避免此现象发生，通常使隔膜的宽度大于正、负极片宽度的0.mm---2.0mm。但这仍然解决不了根本问题。
以063048型电池为例，其正极片：425mm*40mm；负极片：392mm*41mm；隔膜：865mm*43mm。扁卷针尺寸：宽22.4mm，双片厚度约在0.8mm左右。正极片、负极片和隔膜三种材料的平均长度约560mm左右，要卷12圈。多卷一圈，三种材料就多一次接触机会，电芯就多一次短路机会。而卷针抽走后，又形成了中间薄两边厚的形状。
所谓叠层式，可以将其细分为折叠式(叠合片层)和单电池(bi-cell)式两类。
折叠式，就是根据电池要求的外形尺寸和容量，设计出隔膜的长度及正、负极片的大小和单双面层数。然后将隔膜平放在工作台上，先放一张双面涂布活性物质的正极片在隔膜上，正极片距隔膜短边约28mm，与隔膜上下边缘平行且距离约0.2mm---1.0mm，将隔膜长边折到正极片上，整平；再在隔膜上放上一张双面涂布活性物质的负极片，与下面的正极片对正，将长边的隔膜折到负极片上，整平。如此操作，直至用完所需的正、负极极片。此方法的缺点是：
1、手工操作太多，难以实现机械化，生产效率低。
2、隔膜纸与电极片之间是非稳定接触。
3、仍然存在因正、负极极片接触而短路的现象，没有解决根本问题。
单电池式，就是根据电池要求的外形尺寸和容量，设计出单体电池的尺寸和数量，再将它们组合在一起。具体操作是：按规定的尺寸裁好正、负极片和隔膜，然后将以负极片为中间层，两面各放一层隔膜，隔膜上再放正极片(也有以正极片为中间层，两面各放一层隔膜，隔膜上再放负极片的)。然后将它们放在热辊压机上热压，这样做成的极片堆即为单电池(bi-cell)。
此方法的缺点是：
1、要将整张的正、负极极片和隔膜，裁成一小块一小块的，再叠片，热压，不但增加了工作量，而且由于隔膜外露部分增多，在后道工序的加工过程中，增加了掉边掉角的机会，即增加了正负极极片直接接触的机会。在叠片、热压过程中，也存在对位问题，即仍然存在因正负极极片直接接触的短路问题。
2、由于增加了冲裁、热压的工作量，增加了制造成本。
3、手工操作太多，不易实现流水作业。
本发明的目的是：提供一种可避免电池正负极极片直接接触造成短路、提高生产效率，提高电池质量的新结构高能聚合物锂离子电池。
实现上述目的的具体结构改进方案如下：
1、新型高能聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片和隔膜，其特征在于：
A、所述隔膜为与极片尺寸相适应的袋状；
B、一负极片或正级片紧密贴合位于隔膜袋中，另一正极片或负极片紧密贴合在隔膜袋的外侧；依此排列组成电池。
2、根据上述1所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：一负极片紧密贴合位于隔膜袋中，一正极片紧密贴合在隔膜袋的外侧，组成负极单电池。
3、根据上述1所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：一负极片紧密贴合位于隔膜纸袋中，两正极片分别紧密贴合在隔膜袋的两外侧，组成负极双电池。
4、根据上述1所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：一正极片紧密贴合位于隔膜袋中，一负极片紧密贴合在隔膜袋的外侧，组成正极单电池。
5、根据上述1所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：一正极片紧密贴合位于隔膜袋中，两负极片分别紧密贴合在隔膜袋的两外侧，组成正极双电池。
6、根据上述2和3所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：由一个以上负极单电池和一个以上负极双电池组成电池。
7、根据上述4和5所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：由一个以上正极单电池和一个以上正极双电池组成电池。
8、根据上述1-8所述的新型高聚合物锂离子电池，其特征在于：所述隔膜纸面上有粘胶层。
本发明的有益技术效果体现在几个方面：
1、本发明将隔膜表面涂一层粘胶，制成袋状隔膜袋，然后将正极片或者负极片放入袋中，经压机压合使电极片与隔膜纸表面结合牢固，从根本上解决了隔膜与电极片之间的非稳定接触问题，使锂离子通过电极片与隔膜的距离最短。
2、由于正极片或负极片是放在隔膜做成的口袋里，没有裸露的正极片或负极片，因而不存在正极片与负极片之间的直接接触，从根本上解决了电池因正、负极极片直接接触而造成的短路问题。
3、采用本发明还减少了电池组装过程的手工操作，减少了人为因素对电池质量的影响，进一步提高了电池组装的机械化水平，从而达到提高生产效率、降低产品成本的目的。
附图说明
图1为本发明结构示意图，
图2为本发明结构分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1：
将表面具有粘胶层的隔膜制成袋状3，将由碳-石墨材料、黏结剂、添加剂制成的负极片1放入隔膜袋中，经过压机压后，负极片1与隔膜袋3组成一体，在隔膜袋3外侧加一正极片2即组成负极单电池；在隔膜袋3外两侧各加一正极片2即组成负极双电池，见图1、图2。
负极单电池：以063048型电池为例，其负极片尺寸27mm×41mm，正极片尺寸27mm×40mm，隔膜袋尺寸28.5mm×42.5mm。将8个负极单电池与一个负极双电池堆积，再经过焊接极耳、入铝塑包装袋、注电解液、封边、化成、检测分容、成品入库贮存，即完成063048型电池制做。
实施例2：
将表面具有粘胶层的隔膜制成袋状，将由钴酸锂或锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂及其复合物，黏结剂，导电剂等制成的正极片放入隔膜袋中，经过压机压后，正极片与隔膜袋连成一体，在隔膜袋外侧加一负极片即组成正极单电池；在隔膜袋外两侧各加一负极片即组成正极双电池。
正极单电池：以063048型电池为例，其正极片尺寸27mm×40mm，负极片尺寸27mm×41mm，隔膜袋尺寸28.5mm×42.5mm。将8个正极单电池与一个正极双电池堆积，再经过焊接极耳、入铝塑包装袋、注电解液、封边、化成、检测分容、成品入库贮存，即完成063048型电池制做。

Claims (8)

1、新型高能聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片和隔膜纸，其特征在于：
A、所述隔膜为与极片尺寸相适应的袋状；
B、一负极片或正级片紧密贴合位于隔膜袋中，另一正极片或负极片紧密贴合在隔膜袋的外侧；依此排列组成电池。
2、根据权利要求1所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：一负极片紧密贴合位于隔膜袋中，一正极片紧密贴合在隔膜袋的外侧，组成负极单电池。
3、根据权利要求1所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：一负极片紧密贴合位于隔膜袋中，两正极片分别紧密贴合在隔膜袋的两外侧，组成负极双电池。
4、根据权利要求1所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：一正极片紧密贴合位于隔膜袋中，一负极片紧密贴合在隔膜袋的外侧，组成正极单电池。
5、根据权利要求1所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：一正极片紧密贴合位于隔膜袋中，两负极片分别紧密贴合在隔膜袋的两外侧，组成正极双电池。
6、根据权利要求2和3所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：由一个以上负极单电池和一个以上负极双电池组成电池。
7、根据权利要求4和5所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：由一个以上正极单电池和一个以上正极双电池组成电池。
8、根据权利要求1-8所述的新型高能聚合物锂离子电池，其特征在于：所述隔膜面上有粘胶层。
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