CN1713443A - 胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法 - Google Patents

胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法，它是通过如下步骤来实现的：步骤一：以铝箔为集流体，均匀涂布正极浆料，冲压成正极片(1)；步骤二：以铜箔为集流体，均匀涂布负极浆料，冲压成负极片(3)；步骤三：采用连续叠片方式，正极片(1)，隔膜(2)和负极片(3)依次连续叠放构成电池芯，电池芯的两侧外端均为负极片(3)，正极片(1)的片数/负极片(3)的片数＝N/N+1，N为任意自然数；步骤四：用铝塑复合膜制成外壳包覆电池芯，灌注添加聚合单体和热引发剂的液态电解液后封口；步骤五：将步骤四所得电池在高温热压下使液态电解质凝固成凝胶态电解质；步骤六：对步骤五所得电池进行慢速充电化成，在负电极活性物质表面形成保护膜。

Description

胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法
技术领域
本发明涉及一种胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法，属基本电气元件-电池技术领域。
背景技术
随着电子技术的不断发展，电子产品和设备不断向小型化和便携化发展，功能不断增强，对电池的能量和性能要求也越来越高。锂离子二次电池就是近年来得到广泛应用的高能环保电池。聚合物锂离子二次电池因其高的安全性，高的质量比容量和任意的外形，使其很快成为锂离子电池家族中的重要角色。但是聚合物锂离子电池复杂的生产工艺，高的生产成本，也困扰这一产品的迅速发展。
发明内容
本发明提供一种工艺更加简单，成本更低，能量密度更高的胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法。
本发明的技术方案如下：一种胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法，它是通过如下步骤来实现的：
步骤一：以铝箔为集流体，均匀涂布正极浆料，冲压成正极片；
步骤二：以铜箔为集流体，均匀涂布负极浆料，冲压成负极片；
步骤三：采用连续叠片方式，正极片，隔膜和负极片依次连续叠放构成电池芯，电池芯的两侧外端均为负极片，正极片的片数/负极片的片数＝N/N+1，N为任意自然数；
步骤四：用铝塑复合膜制成外壳包覆电池芯，灌注添加聚合单体和热引发剂的液态电解液后封口；
步骤五：将步骤四所得电池在高温热压下使液态电解质凝固成凝胶态电解质；
步骤六：对步骤五所得电池进行慢速充电化成，在负电极活性物质表面形成保护膜。
本发明的步骤四中所述铝塑复合膜外壳的侧面带有气囊，外壳的内腔与气囊相通；步骤五中的充电化成分为两次，第一次用小电流对电池充电后，刺破铝塑复合膜外壳的气囊除气，然后对电池封装整形，第二次将电池充满电。
本发明所述正极浆料由正极活性物质、导电剂、粘结剂和有机溶剂组成，正极活性物质、导电剂、粘结剂的质量百分比为85-94％∶3-7％∶3-8％，正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂其中的一种或几种混合；所述负极浆料由负极活性物质、导电剂、粘结剂和有机溶剂组成，负极活性物质、导电剂、粘结剂的质量百分比为85-98％∶0-7％∶2-8％，负极活性物质为天然石墨，人工石墨，改性天然石墨或碳微球中的一种；液态电解液由锂盐、有机溶剂、含聚乙二醇或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的聚合单体、含过氧化二苯甲酰或过氧化十二烷酰热的引发剂混合而成。
本发明电解质凝固成凝胶态电解质是在70-110℃热压30-120分钟；第一次化成时用0.1C-0.3C的小电流将电池充电至3.9-4.1V电压；电池芯中间的N-1片负极片两面均匀涂布负极浆料，最外端的两片负极片仅有一面涂料，涂料面向内叠放；正极片在宽度和高度方向上的尺寸略小于负极片对应的尺寸0-3毫米。
本发明的方法在电池芯设计时，采用连续叠片方式，这样的电池芯制作方法工序少，工艺简单，效率高。电池芯外层极片单面涂料的设计也使电芯具有很好的散热性，提高电池的安全性。本发明中的电解液在电池注液封装后，在70-110℃之间热压处理，利用温度促发液态电解液凝胶化，形成胶态电解质。本发明中采用两次化成工艺克服“气胀”现象，第一次化成用小电流(0.1C-0.3C)将电池充电至3.9-4.1V电压，然后刺破电池外壳气囊除气，真空封装，再次化成充满电。在高温处理、老化存放和第一次化成阶段，电池一直装在定型模具中，防止在电解液聚合过程中电池过分变形。该方法简单易行，电池“气胀”现象得到有效解决。依据本发明制造的电池，其电池能量密度可达200Wh/Kg，体积能量密度可达400Wh/L。本发明的方法具有工艺简单，设备投资少，生产成本低，对环境污染小等优点。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图
图2为采用本发明方法制造电池时的极片、隔膜层叠示意图
图3为采用本发明方法制造的电池第一次化成前的结构示意图
具体实施方案
参照附图，本发明的工艺流程为：将正极材料、负极材料分别制浆，正极材料涂布在铝箔上，负极材料涂布在铜泊上，碾压后冲片得正极片1和负极片3。正极片1，隔膜2和负极片3依次连续叠放制成电池芯，电池极片堆叠后所有正极片的极耳位4焊接在一起并连接正极极耳6，所有负极片的极耳位5焊接在一起并连接负极极耳7，电池外壳8由铝塑包装膜制成，形状与电池芯尺寸相同，外壳8的一侧设有气囊9，外壳8的内腔与气囊相通。电池芯经短路测试并经真空干燥后，与外壳装配在一起。先热封外壳8无气囊的侧边和上端边，然后从有气囊9的一侧向电池中注入适量的配制好的电解液，真空热封带气囊9的侧边。将电池装入定型模具中压紧压平，在70-110℃热压30-120分钟，在温度30-60℃的环境中存放6-24小时。第一次化成用小电流(0.1C-0.3C)将电池充电至3.9-4.1V电压，然后从定型模具中取出电池，刺破电池外壳气囊9除气，二次真空封装，整形，再次化成充满电，制成产品。
正极片1表面均匀涂有由钴酸锂(92％正极活性物质)，碳黑(4％导电剂)，聚偏氟乙烯(4％粘结剂)，N-甲基吡咯烷酮(溶剂)按一定比例制成的混合浆料，烘干、压片，裁剪正极片1的尺寸为114mm×29mm×0.18mm(高度×宽度×厚度)。负极片3表面均匀涂上由碳微球(93％负极活性物质)，乙炔黑(2％导电剂)，聚偏氟乙烯(5％粘结剂)，N-甲基吡咯烷酮(溶剂)按一定比例制成的混合浆料，烘干、压片，裁剪负极片3的尺寸为116mm×30mm×0.16mm(高度×宽度×厚度)。
隔膜选用UP3025复合多孔膜，按照图2将极片与隔膜堆叠成型。将极耳焊接到位，装入铝塑复合膜制成的外壳8，组合后电池的外形尺寸为128mm×34mm×6.5mm。真空烘干后，向电池中注入事先配制好的由六氟磷酸锂，碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，聚乙二醇，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，过氧化二苯甲酰等以一定的比例混合的电解液，然后真空封口。
电池静置6小时后，装入定型模具中，在80℃环境中放置45分钟，然后转入老化房(35℃)存放24小时，这时电解质已凝胶化，解剖后无液态电解液流出。第一次化成用0.2C将电池充电至4.0V，然后从定型模具中取出电池，刺破气囊除气，二次真空封装，整形，再次化成充满电，制成产品。
在本发明中正极活性物质可以为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂其中的一种或几种混合，并不限于上述的钴酸锂。负极活性物质可以为天然石墨，人工石墨，改性天然石墨或碳微球中的一种，不限于上述的碳微球。
按照实施例制成的电池内阻小，循环寿命长，性能良好，主要的性能指标见表一：
表一：
尺寸(mm) 重量(g) 0.2C放电容量mAh 1C放电效率(1C/0.2C)％ 2C放电效率(2C/0.2C)％ 体积比能量(Wh/L) 重量比能量(Wh/Kg)
6.5×35×130 60 3400 95％ 88％ 400 200

Claims (9)

1、一种胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法，它是通过如下步骤来实现的：
步骤一：以铝箔为集流体，均匀涂布正极浆料，冲压成正极片(1)；
步骤二：以铜箔为集流体，均匀涂布负极浆料，冲压成负极片(3)；
步骤三：采用连续叠片方式，正极片(1)，隔膜(2)和负极片(3)依次连续叠放构成电池芯，电池芯的两侧外端均为负极片(3)，正极片(1)的片数/负极片(3)的片数＝N/N+1，N为任意自然数；
步骤四：用铝塑复合膜制成外壳包覆电池芯，灌注添加聚合单体和热引发剂的液态电解液后封口；
步骤五：将步骤四所得电池在高温热压下使液态电解质凝固成凝胶态电解质；
步骤六：对步骤五所得电池进行慢速充电化成，在负电极活性物质表面形成保护膜。
2、根据权利要求1所述锂离子二次电池的制造方法，其特征在于步骤四中所述铝塑复合膜外壳(8)的侧面带有气囊(9)，外壳(8)的内腔与气囊(9)相通；步骤五中的充电化成分为两次，第一次用小电流对电池充电后，刺破铝塑复合膜外壳的气囊(9)除气，然后对电池封装整形，第二次将电池充满电。
3、根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于所述正极浆料由正极活性物质、导电剂、粘结剂和有机溶剂组成，正极活性物质、导电剂、粘结剂的质量百分比为85-94％∶3-7％∶3-8％，正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂其中的一种或几种混合。
4、根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于所述负极浆料由负极活性物质、导电剂、粘结剂和有机溶剂组成，负极活性物质、导电剂、粘结剂的质量百分比为85-98％∶0-7％∶2-8％，负极活性物质为天然石墨，人工石墨，改性天然石墨或碳微球中的一种。
5、根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于液态电解液由锂盐、有机溶剂、含聚乙二醇或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的聚合单体、含过氧化二苯甲酰或过氧化十二烷酰热引发剂混合而成。
6、根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于电解质凝固成凝胶态电解质是在70-110℃热压30-120分钟。
7、根据权利要求2所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于第一次化成时用0.1C-0.3C的小电流将电池充电至3.9-4.1V电压。
8、根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于电池芯中间的N-1片负极片(3)两面均匀涂布负极浆料，最外端的两片负极片(3)仅有一面涂料，涂料面向内叠放。
9、根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于正极片(1)在宽度和高度方向上的尺寸略小于负极片(3)对应的尺寸0-3毫米。
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