WO2010105565A1 - 锂离子电池的制造方法及锂离子电池的封装袋 - Google Patents

Description

说 明 书 锂离子电池的制造方法及锂离子电池的封装袋

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池的制造方法， 尤其涉及到一种软包装的锂离 子电池的制造方法。 背景技术

锂离子电池自二十世纪九十年代开发成功以来， 由于它具有能量高、 循 环寿命长、 工作电压高、 无污染等独特的优势， 现已广泛应用于移动电话、 数码相机、 笔记本电脑等电子电器中， 并逐步向电动自行车、 电动汽车， 备 用电源等领域拓展应用。 锂离子电池如果按电池壳包装形式可以分为两种， 一种为硬包装锂离子电池， 通常以钢壳或铝壳包装； 另一种为软包装锂离子 电池， 通常以软质铝塑复合膜包装， 还分为液态软包装锂离子电池和聚合物 锂离子电池两类。 软包装锂离子电池因其重量轻、 安全性能好、 成本低已得 到迅速的推广。

软包装锂离子电池所用的铝塑复合膜包装， 一般外层为尼龙， 中间层为 铝箔， 内层为聚丙烯或聚乙烯， 其设计思想主要是利用铝箔的金属原子之间 的致密性来阻隔水分、 氧气等， 从而防止锂离子电池性能劣化； 利用聚丙烯 或聚乙烯的高分子特性， 起到防止电池短路， 便于在一定温度、 压力和时间 的条件下热封（热融合）以密封制作电池的作用。 由于铝塑复合膜特殊的高 性能要求， 铝塑复合膜价格也比较高。

在锂离子电池生产过程中， 水分对电池的性能会产生极大的破坏作用， 因此在电池注液前电池芯要进行深度干燥， 并且在注液时要尽量在无水和无 氧的条件下进行， 中国专利 200510016706. 8对传统的制造工艺进行了改进， 该专利提供了一种电池坯封袋， 并使用该电池坯封袋经过电池坯封袋、 电池 坯封袋打通孔、 深度干燥和充惰性气体、 封闭电池坯封袋的开口、 加电解质 溶液、 放置活化、 化成分检、 终封和分离导流环、 电池整形和打标记的工艺 制造锂离子电池， 实现软包装锂离子电池在该袋内的制造， 虽然可实现在局 部无氧和无水的条件下制造锂离子电池， 但制造程序复杂， 操作繁瑣， 且不 能完全避免电池材料接触到空气中的水分， 以致于影响电池的性能。

电池注液后要开始电解液润湿， 其目的是使电解液均匀分布于极片及隔 膜中， 排出电极材料微孔中的气体， 以提高电池的性能。 现有的制造方法中 需要专用且昂贵的注液和润湿设备才能达到好的润湿效果。

电池润湿后， 锂离子电池首次化成时会在负极表面形成 SEI 膜（Sol id Elec trolyte Interface ), 而在 SEI膜的形成过程中会产生大量气体， 又由 于锂离子电池对水分十分敏感， 少量的水就能对锂离子电池的性能造成致命 性的破坏， 因此形成的大量气体不能直接排放， 否则就会出现电池与空气中 的水分接触， 导致电池性能恶化的结果， 因此传统的软包装锂离子电池的制 造过程中， 如图 1所示， 都是将电池芯 1装入具有一个一定面积的气嚢 3的 铝塑复合膜袋 2内进行热封， 在袋子完全封口前注入电解液。 当电池进行化 成时， SEI膜形成时产生的大量气体进入气嚢 3 , 化成结束后， 再将铝塑复 合膜袋 2放入专用的真空抽气热封设备中，将气嚢 3刺破后将铝塑复合膜袋 2内抽成近似真空， 并在紧靠电池芯 1的一边将铝塑复合膜热合密封， 最后 剪去气嚢 3 , 整形即成封好的电池。 这种制造方法的缺点： 一是作为气嚢的 铝塑复合膜要切除， 作为废料处理， 浪费了昂贵的铝塑复合膜； 另一方面要 用专用的真空抽气热封设备刺破气嚢进行热封， 设备成本高， 通用性低。

为了在化成过程中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， 从而保证高质量 完成电池的化成在负极表面形成致密均勾的 SEI膜，传统方法一般采用在化 成时把电池固定在带加压装置的两块平板间， 然后施加一定的压力从而尽量 使残留的气体排除。 这种方法存在操作麻烦， 压力很难保证均匀， 且化成时 还会有部分气体停留在电池内部。

因此用传统方法来制造软包装锂离子电池， 一是浪费昂贵的封装袋材料 铝塑复合膜包装材料； 二是需要昂贵的且通用性低的真空抽气热封设备； 三 是向气嚢内注入电解液时需要严格控制环境水分， 电池注液和润湿设备成本 高； 四是化成时现有的给电池施加压力的方式来排除气体的方法操作麻烦， 并且压力艮难保证均匀， 损坏电池性能。 发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子电池制造方法， 其制造过 程筒单， 不需要昂贵且通用性低的注液设备、 真空抽气热封设备等设备。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下： 一种锂离子电池的制造方 法， 包括以下步骤： 将装有电池芯的封装袋进行预热封， 并将中空管一端开 口封于封装袋内， 另一端开口置于封装袋外， 所述封装袋四周密封， 通过中 空管与外界相通； 抽真空： 将封装袋通过中空管与抽真空设备连接抽真空； 注入电解液， 并静置； 化成、 抽真空； 将电池封口、 整形， 制得锂离子电池 成品。

该方案的有益效果是： 该方法实现了真空排气， 且可节约昂贵的封装袋 材料铝塑复合膜， 工艺流程筒单， 使用一般通用设备即可完成， 该方法不仅 节约成本且有利于提高锂离子电池的性能。

在上述技术方案的基础上， 本发明还可以做如下改进。

进一步， 所述注入电解液为： 注液设备通过所述中空管与电池的封装袋 连接注入电解液。

采用上述进一步方案的有益效果是可实现电池内真空注液， 电解液在外 界大气压的作用下自然均匀注入电池内 ,且完成真空条件的均匀润湿过程应 用通用注液设备即可实现， 操作筒单， 且有利于提高电池性能。

进一步， 化成同时通过所述中空管抽真空的方式排出气体。

进一步， 化成后通过中空管对电池抽真空。

采用上述进一步方案的有益效果是采用通用的真空抽气设备即可实现， 操作筒单， 易实现， 且利于排除电池内残留气体及化成时产生的气体， 有利 于避免由于电池内残留气体而影响电池性能。

本发明解决上述技术问题的技术方案还包括如下： 一种锂离子电池的封 装袋， 袋内装有电池芯， 该封装袋的侧边设有中空管， 该中空管一端的开口 封在封装袋内， 另一端的开口置于该封装袋外， 该中空管与外界相通。

该方案的有益效果是： 具有中空管的锂离子电池封装袋， 可大大改善锂 离子电池的制造工艺， 不需要昂贵且通用性低的注液设备、 真空抽气热封设 备等即可实现电池的制造。

进一步， 所述封装袋的侧边还设有注液孔或注液边。

采用上述进一步方案的有益效果是方便采用现有注液孔或注液边的方 式完成电池的注液过程。

进一步， 所述中空管置于封装袋外的开口处设有胶帽。

采用上述进一步方案的有益效果是在锂离子电池的制造工艺中，抽真空 后使用胶帽封上中空管露在空气中的一端开口，有利于防止在制造过程中空 气通过中空管进入电池内， 从而影响电池性能。

进一步 , 所述中空管与所述封装袋内层具有相同的熔点或材质。

采用上述进一步方案的有益效果是有利于中空管与封装袋接触的部分 密封严密， 防止空气通过中空管与封装袋热封边的密封处进入封装袋内。

进一步， 若所述封装袋的材质为铝塑复合膜， 所述中空管为聚丙烯管或 聚乙烯管。 采用上述进一步方案的有益效果是有利于中空管与封装袋接触的部分 密封严密， 防止空气通过中空管与封装袋热封边的密封处进入封装袋内。

进一步， 所述中空管的数量为至少一根。

采用上述进一步方案的有益效果是方便根据待加工的锂离子电池的容 量、 形状及尺寸等实际情况来设置中空管的数量， 方便电池的加工制造。

进一步， 所述中空管设置在所述封装袋的任一侧或同时设置在多侧。 采用上述进一步方案的有益效果是可根据实际需要安排中空管设置的 位置。 附图说明

图 1为传统的软包装锂离子电池制造方法的示意图；

图 2为本发明锂离子电池的封装袋的结构示意图；

图 3为本发明锂离子电池的制造方法的实施例一的框图；

图 4为本发明锂离子电池的制造方法的实施例二的框图；

图 5为本发明锂离子电池的制造方法的实施例三的框图；

图 6为本发明锂离子电池的制造方法实施例三另一种实现方式的框图。 附图中， 各标号所代表的部件列表如下：

1、 电池芯， 2、 封装袋， 3、 气嚢， 4、 热封边， 5、 中空管， 6、 胶帽 具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述， 所举实例只用于解释本 发明， 并非用于限定本发明的范围。

如图 2所示， 本发明所提供的一种锂离子电池的封装袋， 封装袋 2的三 个侧边为热封边 4 , 袋内装有电池芯 1 , 该电池芯 1由正负极片、 隔膜制成， 在该封装袋的任一热封边 4上设有中空管 5 , 中空管 5—端开口置于封装袋 内， 另一端开口置于封装袋外， 并在该端设有胶帽 6 , 用于抽真空后将中空 管密封， 防止外界气体等进入袋内， 胶帽 6也可用三通阀等代替。 使用时， 将电池芯装入封装袋 2内， 并将封装袋上的两个热封边 4进行热封， 之后再 将中空管 5内插入金属丝， 并置于封装袋 2未封的侧边上， 将该封装边与中 空管热封， 热封后拔掉金属丝， 此时， 该封装袋只通过该中空管 5与外界连 通。 或者在上述热封过程中， 留有一注液边或在任一热封边上预留一注液通 孔， 用于注液。 另外， 可根据实际需要， 在封装袋上设置多个中空管 5 , 且 可根据需要设置在封装袋 2的多个热封边上。该中空管 5的熔点或材质与封 装袋 2内层相同， 从而使得中空管与热封边 4热封更严密。 一般封装袋 2为 铝塑复合膜袋， 中空管则一般采用聚丙烯管较佳， 其次采用聚乙烯管。

中空管 5的长度及尺寸可根据电池的容量、 形状或尺寸来确定， 一般中 空管的内径大约为 0. 4 ~ 1. 6mm, 外径大约为 1. 0 ~ 2. Omm, 中空管长度大约 为 30 ~ 100mm。 例如，制作 100Ah、 长 290mm、 高 240mm、 厚 25mm的液态软包 装锂离子电池， 采用长度为 90mm、 内径 1. 2匪、 外径 1. 6mm的中空管； 制作 50Ah、长 240mm、高 180匪、厚 20mm的聚合物锂离子电池，则使用长度为 60mm、 内径 0. 8mm、 夕卜径 1. 3mm的中空管； 制作 10Ah、 长 215mm、 高 90mm、 厚 9mm 的聚合物锂离子电池， 选取长度为 40mm、 内径 0. 5mm、 外径 1. 0匪的中空管 为宜。

实施例一

如图 3所示， 本发明所提供的锂离子电池的制造方法的实施例一， 包括 以下步骤：

步骤 301 : 封装袋预热封： 将电池芯装入封装袋内， 将封装袋其他热封 边均进行热封严密， 然后将一根中空管的一端开口置于封装袋的热封边内， 另一端开口置于封装袋外， 热封时在中空管内置一金属丝， 封好后将金属丝 去除即可， 使得封装袋只通过中空管与外界相通；

步骤 302: 抽真空： 将中空管与抽真空设备的抽气管道相连接， 对封装 袋抽真空，当封装袋内真空度达到锂离子电池制造工艺要求时，夹住中空管， 断开中空管与真空管道的连接， 并用胶帽或三通阀将中空管密封， 使得封装 袋内为真空， 且不与外界相通；

步骤 303:注液：去除中空管的胶帽或通过三通阀将中空管置于封装袋外 的开口打开并将该端开口与注液设备的注液管道相连接， 由于封装袋内为真 空， 而注液设备处在自然环境中即大气压的环境下， 因此电解液会自然流入 封装袋内， 该注液方式筒单， 所需注液设备筒单； 注液结束后， 将中空管断 开并通过胶帽等密封， 封装袋静置进行润湿， 由于袋内注液前为真空， 因此 电池的润湿更加均匀， 且无需专门的润湿设备； 连接， 化成电池；

步骤 305:化成结束后， 重复步骤 302;

步骤 306: 将设有中空管的热封边进行严密热封， 然后将中空管置于电 池封装袋外的部分去除， 使得封装袋完全密封， 内为真空， 不与外界相通； 密封后， 电池整形， 即制成电池成品。

在上述方法进行的过程中， 所使用的抽真空设备采用一般的真空泵即可 实现， 不需要使用昂贵且通用性低的真空设备， 可大大减小制造锂离子电池 的设备成本； 注液采用筒单设备即可完成， 注液后的润湿过程也无需专用的 润湿设备即可实现均匀润湿， 不仅降低设备成本， 电池的制作过程筒单易操 作， 且制得的电池性能稳定； 化成后对电池进行抽真空可有效避免电池内残 留气体从而影响电池寿命或使用效果。

实施例二

如图 4所示， 本实施例与上述实施例一所述的方法其他步骤相同， 所不 同的是：

步骤 401 : 预热封过程中， 封装袋除通过中空管与外界相通外， 还预留 一热封边作为注液边或在一热封边预留一注液通孔， 用于注液； 步骤 402: 抽真空： 将中空管用胶帽密封， 后通过预留的注液边或注液 通孔将抽真空设备与封装袋连接， 进行抽真空；

步骤 403则为： 充入干燥的气体， 然后通过预留的注液边或注液通孔完 成注液过程， 注液结束后， 将该注液边或注液通孔热封。

步骤 405 : 将中空管的胶帽打开， 使用如实施例一中步骤 302所述方法 进行抽真空。

实施例三

如图 5、 图 6所示， 本实施例与上述实施例一或实施例二所述的方法其 他步骤相同， 所不同的是： 化成的步骤中化成电池的同时抽真空， 从而可在 化成的同时将电池内残留的气体以及化成过程中新生成的气体排出， 实现真 空状态下的化成。 电池化成时压力均勾， 且有效避免电池内残留气体或化成 产生的气体积蓄在电池内， 从而达到提高电池性能的效果。

上述锂离子电池的制造方法， 适用于各种容量、 形状及尺寸的软包装锂 离子电池的制作， 工艺筒单， 设备成本低， 可有效节省包装袋的使用材料， 且有利于提高电池性能。 上述实施例中的电池芯可在封装袋热封装入， 也可 根据实际生产流程改为先将封装袋含中空管的部分侧边热封，后将电池芯通 过未封侧边装入， 使得该封装袋只通过中空管或注液孔或注液边与外界相 通。

以上所述仅为本发明的较佳实施例， 并不用以限制本发明， 凡在本发明 的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims

权 利 要 求 书

1. 一种锂离子电池的制造方法， 其特征在于包括以下步骤：

将装有电池芯的封装袋进行预热封， 并将中空管一端开口封于封装袋 内， 另一端开口置于封装袋外， 所述封装袋四周密封， 通过中空管与外界相 通；

抽真空： 将封装袋通过中空管与抽真空设备连接抽真空；

注入电解液， 并静置；

化成、 抽真空；

电池封口、 整形， 制得锂离子电池成品。

2. 根据权利要求 1所述的制造方法， 其特征在于， 所述注入电解液为： 注液设备通过所述中空管与电池的封装袋连接注入电解液。

3. 根据权利要求 1所述的制造方法， 其特征在于， 化成同时通过所述 中空管抽真空的方式排出气体。

4. 根据权利要求 1所述的制造方法， 其特征在于， 化成后通过中空管 对电池抽真空。

5. 一种锂离子电池的封装袋， 袋内装有电池芯， 其特征在于， 该封装 袋的侧边设有中空管， 该中空管一端的开口封在封装袋内， 另一端的开口置 于该封装袋外， 该中空管与外界相通。

6. 根据权利要求 5所述的封装袋， 其特征在于， 所述封装袋的侧边还 设有注液孑 L或注液边。

7. 根据权利要求 5所述的封装袋， 其特征在于， 所述中空管置于封装 袋外的开口处设有胶帽。

8. 根据权利要求 5所述的封装袋， 其特征在于， 所述中空管与所述封 装袋内层具有相同的熔点或材质。

9. 根据权利要求 8所述的封装袋， 其特征在于， 若所述封装袋的材质 为铝塑复合膜， 所述中空管为聚丙烯管或聚乙烯管。

10.根据权利要求 5所述的封装袋， 其特征在于， 所述中空管的数量为 至少一根。

11.根据权利要求 5至 10任一所述的封装袋， 其特征在于， 所述中空管 设置在所述封装袋的任一侧或同时设置在多侧。