一種薄型鋰離子電池的製作方法

2023-06-18 21:25:36 2

專利名稱：一種薄型鋰離子電池的製作方法
技術領域：
本實用新型一種薄型鋰離子電池屬於二次電池領域，特別是涉及一種薄型的鋰離子電池。
背景技術：
現代社會信息發達,各種磁卡、智慧卡(IC卡)、身份識別卡(ID卡)、銀行卡、射頻卡(電子標籤、RFID)、電子紙等應運而生，以往的卡片不帶電源，信息量小、保密性差，正在發展帶電源的卡片，提高信息量和保密性，對薄型電池提出需求。現在市面上的薄型鋰離子電池厚度多在0. 4±0. 05mm，而標準的卡片厚度為0. 8±0. 04mm，要求薄型鋰離子電池厚度在0. 15^0. 35mm,最優在0. 2^0. 3mm。現在的薄型鋰離子電池只能用於非標的、更厚的卡片。專利號為10L200820093364. 9的中國專利公開了二次超薄電池，使用預封極耳，即在鋁條和鎳條上預先封裝上極耳膠，也可稱為帶膠極耳，將預封極耳金屬體焊在陽極和陰極上，使用鋁塑複合膜做包裝膜，將預封極耳跟鋁塑複合膜封裝在一起，做成超薄電池。該方法有兩個缺點，(I)現有預封極耳的金屬體最薄的為0.07 mm,極耳膠最薄的為0.07mm，專用於鋰離子電池的鋁塑複合膜最薄的是0. 088mm，能做出的最薄的電池是雙層最薄鋁塑複合膜、雙層最薄極耳膠、一層最薄金屬體共0. 386 mm,這樣的厚度對於智慧卡來說太厚了；(2)預封鋁極耳跟正極鋁箔集流體通過超聲點焊，受到超聲振動和擠壓後，正極鋁箔集流體變脆，很容易斷裂，成品率很低。專利號為10L98103781.X的中國專利公開了薄型電池，電極端子亦即極耳有網狀的或多孔的導電構件形成，導電構件材料由碳、鎳、鋁、銅、鎢、不鏽鋼、鐵、銀、金以及它們的合金中任選，介紹從電化學穩定性考慮鋁、金和碳最適合於做正極極耳。實際上是沒有人用金和碳做正極極耳的。該方法用網狀的或多孔的導電構件做極耳，強度更差，需要增加厚度才能可靠地密封而又不斷裂。專利號為10L201020504895. X的中國專利公開了一種薄型電池，使用鋁塑複合膜做薄型鋰離子電池，不用預封極耳，正極片和負極片分別預留出正極耳和負極耳，在極耳需要跟鋁塑複合膜封裝時，在極耳對應的鋁塑複合膜衝孔，使用熱封機將極耳和鋁塑複合膜封裝在一起，鋁塑複合膜衝孔處露出部分正極耳和負極耳，這樣能做出0. 3 mm以下的電池。該方法有三個缺點，(I)正極鋁箔集流體和負極銅箔集流體直接跟鋁塑複合膜封裝，存在鋁箔和銅箔斷裂尤其是內側斷裂、成品率低的問題；(2)正極鋁箔集流體和負極銅箔集流體直接跟鋁塑複合膜封裝，沒有加上極耳膠，光靠鋁塑複合膜的粘合層，粘合不可靠，存在滲漏或水汽、氧氣入侵的機會，電池可靠性差，壽命短；(3)此種做法也不能加極耳膠，膠層加厚更易擠壓封斷極耳，極耳膠又會擋住鋁塑複合膜預衝的孔穴。現有的薄型鋰離子電池，使用鋁箔或鋁網做正極極耳，鋁箔或鋁網熔點低，強度差，尤其是高溫熱封條件下強度差，要做好電池就需要加厚鋁箔，跟想做薄電池形成矛盾；使用正極鋁箔集流體和負極銅箔集流體直接跟鋁塑複合膜封裝，也存在鋁箔和銅箔斷裂、成品率低的問題和粘合不可靠、電池可靠性差、壽命短的問題。
實用新型內容本實用新型的目的是針對現有的技術難題，而提供一種更薄的、突破現有厚度極限的一種薄型鋰離子電池。首先分析現有的使用鋁塑複合膜包裝的製作方法，以正極片和負極片直接留出正極耳和負極耳最為方便，而該方法存在封口時封斷極耳的問題。究其原因，是因為鋁箔的熔點較低，強度低，尤其在200°C熱封溫度下，鋁的強度大幅下降，熱熔狀態的極耳膠粘著鋁箔，經受熱封機擠壓，鋁箔拉裂。更具體地，一般熱封頭的寬度<鋁塑複合膜頂封邊寬度<極耳膠寬度，熱封后極耳膠保護極耳金屬體不會跟鋁塑複合膜中鋁金屬體接觸而短路，但是熱封時，熱封頭壓下來，周邊的極耳膠熔融而稍遠的極耳密封膠未熔，對極耳金屬體有拉扯作用，而熱封頭下壓，極耳金屬體被極耳膠拉扯斷裂。試圖加寬鋁箔寬度來增加強度，就需要加寬極耳膠，產生更大拉力，同樣地鋁箔拉裂。只有加厚鋁箔，才能增加強度，抵抗極耳膠和熱封機擠壓力。這就是極耳供應商只能提供0. 07mm厚度以上的鋁極耳的原因，不能 提供更薄的鋁極耳。不用帶膠極耳，自己封裝時加上極耳膠使極耳處密封嚴密，道理是一樣的，鋁箔會拉裂。加厚鋁箔跟需要做薄電池形成矛盾。使用鋁箔做正極集流體兼外包裝膜時，同樣存在熱封機擠壓鋁箔拉裂的問題，除非鋁箔足夠厚。鋁塑複合膜中也有鋁箔，因為有耐高溫的尼龍層保護，熱封溫度下尼龍層是不熔的，能夠保護鋁塑複合膜中的鋁箔不斷
^lPC O再分析有什麼高強度材料可以做電池集流體，見表I。表I.幾種金屬材料的性能參數
￥軍鬥I溶點°Cj抗拉強度MPa I莫氏硬度I密度g/cm3
_660_180_3_2. 702
銅元83250 ~38.920—
鎳 TI53660 ~48.902—
鈦 T 681800 ~64. 506—
鉻 H57689 ~97. I—
不鎊鋼 |l40CTl455IllOO |5. 5\7.93—不鏽鋼之所以不生鏽，是因為在鋼中加入了鎳、鉻或鈦的合金成分。不鏽鋼的主要成分是鐵，在高電位下仍會氧化、溶解，只能做3. 6V以下的電池，比如磷酸鐵鋰-石墨、磷酸鐵鋰-硬碳、磷酸鐵鋰-鈦酸鋰等鋰離子電池的正極集流體，不能做鈷酸鋰-石墨、錳酸鋰-石墨、鎳錳鈷酸鋰-石墨等鋰離子電池的正極集流體。將不鏽鋼做鈍化處理，能夠略為提高其工作電壓，仍跟通常的4. 2V充電的鋰離子電池不相適應，並且鋰離子電池有發展高電壓的趨勢，用不鏽鋼做正極集流體不能適應此種趨勢。在化學性質上，跟常用的正極集流體鋁箔一樣，鈦箔、鈦合金箔和鉻箔也很容易氧化，但氧化產生的氧化膜緻密，能夠保護本體不受腐蝕，為它們做高電壓的正極集流體提供了電化學條件；而在熔點和強度上，鈦箔、鈦合金箔和鉻箔比鋁箔大得多。雖然鈦箔、鈦合金箔和鉻箔比鋁箔貴得多，但對於薄型電池，用量極少，成本不是主要問題。金箔和鉬箔在化學性質上是可用的，在成本上是不可用的。使用鋁塑複合膜做薄型鋰離子電池，可以不使用預封極耳，減少預封極耳跟正極片和負極片的超聲波焊接工序，減少極耳和極片的焊接損傷，直接在正極集流體和負極集流體上引出極耳，在極耳需要跟鋁塑複合膜封裝時，直接在極耳和鋁塑複合膜之間加上極耳膠，使用熱封機將極耳、極耳膠和鋁塑複合膜封裝在一起。使用高熔點高強度的箔材做集流體，就能減薄集流體的厚度從而減薄電池的厚度。本實用新型一種薄型鋰離子電池包括正極片，負極片，電解質、隔膜、極耳膠和包裝膜組成，隔膜將正極片和負極片隔開，隔膜與正極片和負極片之間填充電解質，極耳和包裝膜間加上極耳膠，其特徵是正極片包括正極集流體、正極膏、正極極耳組成，正極集流體採用鈦箔，正極膏黏結在正極集流體上，正極集流體直接引伸出正極極耳，負極片包括負極集流體、負極膏、負極極耳組成，負極集流體採用不鏽鋼箔，負極膏黏結在負極集流體上，負極集流體直接引出負極極耳。本實用新型的正極集流體可以採用鈦合金箔或鉻箔。本實用新型的負極集流體可以採用銅箔或鎳箔或鈦箔或鈦合金箔或鉻箔。本實用新型的包裝膜採用鋁塑複合膜。本實用新型的正極集流體厚度為0. OOfO. 1mm，優選厚度為0. Of0. 025mm。本實用新型的負極集流體厚度為0. 00r0. 1_，優選厚度為0. OrO. 025_。正極集流體所用箔材厚度和負極集流體所用箔材厚度為0. 00f0. 015mm時，直接從集流體引出的極耳，跟鋁塑複合膜封裝時可以用極耳膠也可以不用極耳膠，優選地使用極耳膠密封更可靠。採用鈦箔或鈦合金箔或鉻箔做正極集流體並直接引出極耳、鋁塑複合膜做包裝膜，可做出0.3±0. Imm的薄型鋰離子電池，可根據所需容量設計不同的厚度。本實用新型採用鈦箔或鈦合金箔或鉻箔做正極集流體，其抗氧化能力強，所做薄型鋰離子電池在高電壓下自放電小，儲存和使用穩定可靠，使用壽命長；箔材熔點高，強度大，可以減薄箔材厚度，直接從集流體引出極耳，熱封時不斷裂，可以做出更薄的薄型鋰離子電池；採用極耳膠密封極耳部位，成品率高，可靠性高，適應智慧卡、銀行卡、電子標籤等薄型產品的需要；適應現有聚合物、軟包裝鋰離子電池的生產流程和設備，容易實施。

附圖I是本實用新型的正極片的正視圖。附圖Ib是本實用新型的正極片的截面圖。附圖2是本實用新型的負極片的正視圖。附圖2b是本實用新型的負極片的截面圖。附圖3是本實用新型的包裝膜頂封位加上極耳膠的正視圖，包裝膜的熱封面向上。附圖4是本實用新型的包裝膜加上極耳膠再加上負極片的正視圖，負極片有膏面向上。附圖5是本實用新型的包裝膜加上極耳膠、負極片再加上隔膜的正視圖。附圖6是本實用新型的包裝膜加上極耳膠、負極片、隔膜再加上正極片的正視圖，正極片有膏面向下。附圖7是本實用新型的包裝膜包裹極耳膠、負極片、隔膜和正極片的側面視圖。、[0033]附圖8是本實用新型的薄型鋰離子電池完成頂封的正視圖。附圖9本實用新型的薄型鋰離子電池完成側封的正視圖。[0035]附圖10本實用新型的薄型鋰離子電池完成真空封口的正視圖。
具體實施方式
下面結合具體例子對本實用新型作進一步說明。圖中正極集流體01，正極膏02，正極極耳03，負極集流體04，負極膏05，負極極耳06，極耳膠07，隔膜08，包裝膜09，摺痕10，頂封邊11，側封邊12，真空封口邊13。如附圖I、附圖Ib所示，本實用新型的正極片包括正極集流體01，正極膏02，正極極耳03組成，正極集流體採用鈦箔或鈦合金箔或鉻箔，正極膏02黏結在正極集流 體01上，正極集流體直接引伸出正極極耳03，正極集流體厚度為0. OrO. 025mm。將粘合劑加入溶劑中攪拌溶成膠水，將正極活性物質和導電劑加入膠水中，高速攪拌成正極漿料，採用鈦箔或鈦合金箔或鉻箔做正極集流體，將正極漿料均勻印刷或塗布在正極集流體的一面，正極集流體一邊預留出空白位做極耳，將正極片烘乾，輥壓，衝切出帶空白位極耳的正極片；清潔正極極耳。如附圖2、附圖2b所示，本實用新型的負極片包括負極集流體04，負極膏05，負極極耳06組成，負極集流體採用不鏽鋼箔或銅箔或鎳箔或鈦箔或鈦合金箔或鉻箔，負極膏05黏結在負極集流體04上，負極集流體直接引出負極極耳06。負極集流體厚度為
0.OrO. 025_。使用石墨或硬碳或鈦酸鋰或矽或氧化錫等做負極，將粘合劑加入溶劑中攪拌溶成膠水，將負極活性物質和導電劑加入膠水中，高速攪拌成負極漿料，採用不鏽鋼箔或銅箔或鎳箔或鈦箔或鈦合金箔或鉻箔做負極集流體，將負極漿料均勻印刷或塗布在負極集流體的一面，負極集流體一邊預留出空白位做極耳，將負極片烘乾，輥壓，衝切出帶空白位極耳的負極片；清潔負極極耳；製得負極片。如附圖3、附圖4、附圖5、附圖6、附圖7所示，本實用新型的包裝膜09頂封位上設置極耳膠07，使用鋁塑複合膜做包裝膜，隔膜08可以使用聚烯烴微孔膜，或PVDF-HFP凝膠膜或固體電解質膜。將隔膜裁切成比負極大的小片。將鋁塑複合膜裁切成合適尺寸，鋁塑複合膜09的熱封面向上；在極耳熱封位置貼上極耳膠07，對摺出摺痕10 ;將負極片安裝到鋁塑複合膜上，負極片的有膏面向上；加上隔膜08 ;將正極片疊放在隔膜上，正極片的有膏面向下；將鋁塑複合膜沿摺痕10對摺，包裹住負極片、隔膜和正極片。如附圖8、附圖9、附圖10所示，使用熱封機將鋁塑複合膜、極耳膠、極耳熱封在一起，完成頂封；將鋁塑複合膜側邊熱封在一起，完成側封，製得電池胚；將電池胚真空乾燥。在乾燥箱中，使用液體電解質的情況，滴加液體電解質，在真空狀態下將電池胚的注液邊封閉。按照公知的做法，需要進行充放電，進行活化和分容，再檢驗電壓、內阻和尺寸，得到薄型鋰離子電池成品。薄型鋰離子電池的正極可以是鈷酸鋰或錳酸鋰或鎳錳鈷酸鋰或磷酸鐵鋰或磷酸釩鋰或磷酸錳鋰等。薄型鋰離子電池的負極可以是石墨或硬碳或鈦酸鋰或矽或氧化錫等。薄型鋰離子電池的電解質可以是液態電解質或凝膠態電解質或固體電解質。薄型鋰離子電池的隔膜可以是聚烯烴微孔膜或無紡布或紙或凝膠態電解質兼做隔膜或固體電解質兼做隔膜。正極集流體所用箔材厚度和負極集流體所用箔材厚度為0. 00r0. Imm,正極箔材厚度和負極箔材厚度可以相等也可以不相等；優選地所用箔材厚度為0. OrO. 025mm,正極箔材厚度和負極箔材厚度是相等的。正極集流體所用箔材厚度和負極集流體所用箔材厚度為0. OOrO. 015mm時，直接從集流體引出的極耳，跟鋁塑複合膜封裝時可以用極耳膠也可以不用極耳膠，優選地使用極耳膠密封更可靠。
實施例使用TC4型鈦合金(Ti-6A1-4V)箔做正極集流體、SUS430型不鏽鋼箔做負極集流體、鋁塑複合膜做包裝膜，鎳錳鈷酸鋰做正極、石墨做負極、聚丙烯微孔隔膜、液體電解質。將3gPVDF加入50gNMP溶劑中攪拌溶成膠水，將95g鎳錳鈷酸鋰和2g導電碳黑加入膠水中，高速攪拌成正極漿料，採用20 ii m厚的TC4型鈦合金箔做正極集流體，將正極漿料塗布在正極集流體一面上，控制塗布面密度160g/m2，邊緣留出空白以便衝出正極耳；烘乾極片；棍壓至厚度為66 ii m ;衝切出正極片，正極片主體為18mm*20mm的長方形，寬度一側預留的空白的沒有塗膏的正極耳；清潔正極極耳；製得正極片。將2gCMC粘合劑加入120g水中攪拌溶成膠水，加入4g含量50%的SBR，攪勻成混合膠水；將94§石墨和2g導電碳黑加入膠水中，高速攪拌成負極漿料，採用20iim厚的SUS430型不鏽鋼箔做負極集流體，將負極漿料均勻塗布在負極集流體一面，控制塗布面密度80g/m2，邊緣留出空白以便衝出負極耳；烘乾極片；輥壓至厚度為70 ;衝切出負極片，負極片主體為的長方形,寬度一側預留空白的沒有塗膏的負極耳,清潔負極極耳；製得負極片。使用16 y m厚的聚丙烯微孔膜做隔膜，將隔膜裁切成21mm*23mm的長方形。使用87 U m厚的鋁塑複合膜做包裝膜，將鋁塑複合膜裁切成25mm*50mm的長方形，在鋁塑複合膜兩個寬度方向邊緣、設定的極耳熱封位置貼上0. 07*2*18mm的極耳膠，將鋁塑複合膜在長度方向對摺，將負極片安裝到鋁塑複合膜上，加上隔膜，將正極片疊放在隔膜上，使用熱封機將鋁塑複合膜、極耳膠、極耳熱封在一起，完成頂封；將鋁塑複合膜側邊熱封在一起，完成側封；製得電池胚。將電池胚真空乾燥。在乾燥箱中，使用液體電解質的情況，滴加0. 03g液體電解質，在真空狀態下將電池胚的注液邊封閉。使用5V10mA量程的化成櫃，2mA恆流充電到4. 2V轉恆壓充電至0. 2mA截止；2mA恆流放電到3V，循環2次，再2mA恆流充電到4. 2V轉恆壓充電至0. 2mA截止。電池放出8mAh容量。檢驗電壓4. 15V和內阻1450mQ，得到成品，電池厚度為0. 33mm、寬度25mm、長度 25 mm。
權利要求1.一種薄型鋰離子電池，包括正極片，負極片，電解質、隔膜、極耳膠和包裝膜組成，隔膜將正極片和負極片隔開，隔膜與正極片和負極片之間填充電解質，極耳和包裝膜間加上極耳膠，其特徵是正極片包括正極集流體、正極膏、正極極耳組成，正極集流體採用鈦箔或鈦合金箔或鉻箔，正極膏黏結在正極集流體上，正極集流體直接引伸出正極極耳，負極片包括負極集流體、負極膏、負極極耳組成，負極集流體採用不鏽鋼箔或銅箔或鎳箔或鈦箔或鈦合金箔或鉻箔，負極膏黏結在負極集流體上，負極集流體直接引出負極極耳。
2.根據權利要求I所述的一種薄型鋰離子電池，其特徵是包裝膜採用鋁塑複合膜。
3.根據權利要求I所述的一種薄型鋰離子電池，其特徵是正極集流體厚度為.0. 001^0. 1_。
4.根據權利要求I所述的一種薄型鋰離子電池，其特徵是負極集流體厚度為.0. 001^0. 1_。
5.根據權利要求I所述的一種薄型鋰離子電池，其特徵是正極集流體厚度為.0. 01 0. 025mm,負極集流體厚度為0. OTO. 025mm。
專利摘要本實用新型提供的一種薄型鋰離子電池屬於二次電池領域。一種薄型鋰離子電池包括正極片，負極片，電解質、隔膜、極耳膠和包裝膜組成,其特徵是正極片包括正極集流體，正極膏，正極極耳組成，正極集流體採用鈦箔或鈦合金箔或鉻箔，正極膏黏結在正極集流體上，正極集流體直接引伸出正極極耳，負極片包括負極集流體，負極膏，負極極耳組成，負極集流體採用不鏽鋼箔，負極膏黏結在負極集流體上，負極集流體直接引出負極極耳。採用鈦箔做正極集流體，其抗氧化能力強，所做薄型鋰離子電池在高電壓下自放電小，儲存和使用穩定可靠，使用壽命長；箔材熔點高，強度大，可以減薄箔材厚度，直接從集流體引出極耳，熱封時不斷裂，可以做出更薄的薄型鋰離子電池。
文檔編號H01M10/0525GK202503065SQ201220041680
公開日2012年10月24日 申請日期2012年2月9日 優先權日2012年2月9日
發明者曾石華 申請人:廣州豐江電池新技術股份有限公司