CN200997422Y

CN200997422Y - 一种超薄型、可弯曲高分子锂离子电池

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Publication number: CN200997422Y
Application number: CNU2006200649380U
Authority: CN
Inventors: 黄穗阳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2016-09-27

Abstract

一种超薄型、可弯曲高分子锂离子电池，其主要由四种复合元件构成：负电极复合元件；正电极复合元件；电解质复合元件，其在聚乙烯－丙烯隔膜两侧表面设有凝胶态电解质层，所述凝胶态电解质层将负电极复合元件及正电极复合元件分别粘合于聚乙－丙烯隔膜两侧面；外壳，是由多层聚乙烯膜+铝箔+聚丙烯膜+聚酰胺膜组成的铝塑复合膜外壳；其中，所述负电极复合元件、正电极复合元件及电解质复合元件共同构成电池芯，而所述外壳包裹住所述电池芯。由于凝胶态电解质温度体积效应较小，气化温度较高，在正常使用温度范围－20℃至+90℃内，电池的厚度变化极小，不但可以是超薄型，而且，可以弯曲，以适应超薄型数码移动装置在使用时外形的变化。

Description

一种超薄型、可弯曲高分子锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种超薄型、可弯曲的高分子锂离子电池，或称为聚合物锂离子电池。该电池可以反复充电放电，多次循环使用。

背景技术

使用不锈钢或铝金属外壳的金属壳锂离子电池自1990年问世和1993年规模生产以来，以其它电池(镍镉和镍氢电池)所不可比拟的卓越性能而快速发展，迅速占领了许多市场领域。在全球数百亿美元的数码电池产品市场中，金属壳锂离子电池作为高技术新能源产品已广泛地应用于手机、笔记本电脑、手提电脑、个人数字助理、数码摄像机、数码相机、便携式DVD/VCD/CD和MP3播放机等，已成为各种现代移动通讯装置和电子设备不可缺少的部件，为在移动中从事各种商务活动例如办公、通讯、管理、控制和在移动中娱乐提供了许多方便。但是，随着技术的更新和发展，市场对移动电源提出了更高的要求，例如更薄、更轻、任意形状、更高能量密度、更安全和更低价格等。方形金属壳锂离子电池由于自身结构特点，其电池的厚度不可能小于1毫米，更不可能弯曲变形。在超薄型和可弯曲电池应用领域中出现产品空白。

在市场需求的推动下，使用铝塑复合膜作为外壳的软包装锂离子电池应运而生，改善了锂离子电池使用过程中发生起火和爆炸等安全性问题。然而，从技术性能来说，现有软包装锂离子电池在超薄型和可弯曲电池领域中应用时，存在如下缺陷：

(1)软包装锂离子电池中使用液态电解质，存在于正、负电极片和隔膜之间的电解液，使这三个电池元件处于松散和无粘合力的状态。在环境温度变化时，电解液容易发生体积膨胀，甚至气化，导致电池内部结构厚度急剧增加，正、负电极片和隔膜三者分离。由于软包装锂离子电池的外壳使用的不是刚性金属材料，而是软性铝塑复合膜，这种电池内部结构厚度的急剧增加，在没有刚性外壳的限制下，直接以电池整体厚度的增加反应出来，导致电池外形尺寸的明显超标，超过技术指标要求的几倍甚至十几倍，库存的电池因无法装配而报废，已经装配在移动装置中的电池，可能因电池的体积膨胀损坏周围的元器件。

(2)正、负电极片和隔膜这三个电池元件，在电解液体积膨胀，三者分离时，电池的一系列电化学特性将会变差。例如，电池内阻增加，放电容量减少，循环寿命降低，电池的各项功能将迅速衰退和失效。

(3)超薄电池的表面积较大，容易受到外界的冲击和损坏。使用电解液的软包装锂离子电池容易出现漏液现象，对电池周围的元器件产生化学腐蚀。

因此，金属壳锂离子电池和软包装锂离子电池都不能满足超薄型和可弯曲的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超薄型、可弯曲高分子锂离子电池，在数码移动装置的正常使用温度范围内，电池的厚度变化极小，不但可以是超薄型，而且，可以弯曲，以适应超薄型数码移动装置在使用时外形的变化。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：

一种超薄型、可弯曲高分子锂离子电池，其主要由四种复合元件构成：

1a、负电极复合元件，其在金属铜箔表面涂布有负电极涂层构成负电极片，并以CPP防漏膜包覆的镍极耳为负极引线；

1b、正电极复合元件，其在金属铝箔表面涂布有正电极涂层构成正电极片，并以CPP防漏膜包覆的铝极耳为正极引线；

1c、电解质复合元件，其在聚乙烯-丙烯隔膜两侧表面设有凝胶态电解质层，所述凝胶态电解质层将负电极复合元件及正电极复合元件分别粘合于聚乙-丙烯隔膜两侧面；

1d、外壳，是由多层聚乙烯膜+铝箔+聚丙烯膜+聚酰胺膜组成的铝塑复合膜外壳；

其中，所述负电极复合元件、正电极复合元件及电解质复合元件共同构成电池芯，而所述外壳包裹住所述电池芯。

本实用新型的关键在于采用了凝胶态电解质层，具体是使用本申请人已经获得授权的发明专利(专利号为ZL02108832.2)中提供工艺方法，在正、负电极片和隔膜之间制备凝胶态电解质层，将三者粘接固化在一起，形成一个整体，不仅可以有效克服软包装锂离子电池体积变化、特别是厚度膨胀的问题，而且达到防止电池漏液的目的，以便有效地保证电池的技术性能和外形指标。

所述负电极涂层由活性物、导电剂、粘结剂构成，活性物包括无机材料例如碳粉、碳纤维、石墨粉和石墨纤维等，金属合金例如锂合金和金属氧化物例如锡基氧化物和硅基氧化物。

所述正电极涂层由活性物、导电剂、粘结剂构成，活性物包括无机材料例如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂或者它们的化学固溶体和物理混合体；也包括有机高分子材料，例如，四硫代二苯胺、聚已二酸丁二脂(PTMA：poly(2，2，6，6-tetramethylpiperidinyloxy-4-yl methacrylate)等。

本实用新型所述电池芯的各构件可以按正极耳、正极片、隔膜、负极片、负极耳、负极片、隔膜、正极片、正极耳的顺序叠放而构成叠片型电池芯；也可以按负极片、隔膜、正极片、隔膜的顺序叠放，然后卷绕构成卷绕型电池芯。

所述外壳厚度在0.06～0.15mm，不仅可以实现电池超薄、可弯曲的要求，也便于改变外形规格，简化生产流程，降低生产成本。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)使用本实用新型提供的方法，可以制备出超薄型锂离子电池，其厚度在0.3至3.0mm之间任何数值。由于在正、负电极片和隔膜之间，由胶态电解质将三者粘接在一起，形成一个整体电池芯，而不是象液态软包装锂离子电池那样，正、负电极片和隔膜三者是分离和松散的(松散电池芯)。本实用新型所述的胶态电解质有较好的温度稳定性，以及正、负电极片和隔膜三者相互粘接固化，在-20℃～+90℃内体积变化小于3％。因此，按本实用新型制备的超薄型电池，当环境温度改变时，电池厚度将保持恒定，不会膨胀。相反，液态软包装锂离子电池在上述温度范围内，由于电解液的体积膨胀，以及正、负电极片和隔膜三者的分离和松散组合方式，电池厚度将会随温度上升而发生巨大的变化，明显增加。

(2)电池可以根据安装需要，被弯曲和变形。在装配进移动电子装置内后，在外力作用下，也可以随移动电子装置一同弯曲和变形。

(3)电池使用的大多数材料是有机高分子材料，电池中不含任何有毒重金属，例如：铬、镉、铅和汞等，是完全环保的电池。

这种超薄型、可弯曲高分子锂离子电池(或称为聚合物锂离子电池)具有广泛的应用前景。例如：

(1)第二代银行卡或信用卡。第一代银行卡是被动式，靠卡上的磁条记忆卡主的个人信息。其缺点是①个人信息容易被偷窃，保密性差；②卡上的磁条在反复多次刷卡后，容易损坏失效；③使用人必须将磁卡插入刷卡机，效率低速度慢。第二代银行卡是主动式的，有电池、中央处理芯片(CPU)和天线等其它零件，相当于一台小电脑，保密性强，信息容量大，非接触式，工作效率高，使用寿命长。

(2)超薄型玩具用电源。

(3)便携式保健/医疗用电源。

(4)机场安全用的遥控行李追踪标签。

(5)军事装备和特殊装置。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步的详细描述：

图1是本实用新型实施例电池的截面结构示意图。图中：铝塑复合膜外壳11，正极集流体12，正电极涂层13，胶态电解质14，隔膜15，负电极涂层16，负极集流体17。

图2是本实用新型实施例电池的正电极结构示意图。图中：铝极耳21，CPP防漏胶带22，铝箔集流体23，正电极片24。

图3是本实用新型实施例电池的负电极结构示意图。图中：镍极耳31，CPP防漏胶带32，铜箔集流体33，负电极片34。

具体实施方式

图1、图2和图3所示为本实用新型的实施例，其中外壳11为铝塑复合膜软外壳，为由多层聚乙烯膜、铝箔、聚丙烯膜、聚酰胺膜组成的铝塑复合膜，其厚度为0.09mm。在厚度为0.016mm的正极集流体12表面，涂覆正电极涂层13，其厚度为0.05mm。正电极涂层的组成为钴酸锂、导电剂和粘结剂，其重量百分比配比为93∶3∶4。在正负电极片之间有0.02mm厚的聚乙烯-丙烯隔膜15。在隔膜二表面上有胶态电解质层14，其厚度非常薄(可忽略不及)，象胶片一样将正电极片、负电极片与隔膜粘合在一起。负电极涂层16为0.045mm被涂覆在厚度为0.0lmm的负电极集流体17表面。负电极涂层的组成为石墨粉、导电剂和粘结剂，其重量百分比配比为94∶1∶5。使用超声波点焊机，将正极铝极耳21与正电极集流体铝箔23焊接在一起。通过电阻点焊机，将负极镍极耳31与负电极集流体铜箔33焊接在一起。按本实用新型的实施例制备出的电池总厚度为0.32mm。

Claims

1、一种超薄型、可弯曲高分子锂离子电池，其特征是：其主要由四种复合元件构成：

2、如权利要求1所述的一种超薄型、可弯曲高分子锂离子电池，其特征是：电池的厚度在0.3至3.0毫米，在-20℃～+90℃温度范围内，电池体积变化小于3％。