专利名称：将铝多层膜用作壳制造电池的方法
技术领域：
本发明涉及制造电池的方法，更具体地涉及将铝多层膜用作壳制 造电池的方法，所述方法用铝多层膜的袋状物制造电池外壳，在袋状 物壳中插入由正才及、隔板和负极组成的电4及组件，密封该外壳，并将 电池的密封部分弯曲一次或两次，从而增强电池的安全性和能量密度。
背景技术：
通常，电池分为一次电池和可充电电池。 一次电池大部分^皮制成 圓柱形，可充电电池被制成圓柱形或棱柱形。棱柱形电池采用金属筒 或铝多层膜的袋状物作为其外壳。
金属筒型圓柱形电池和棱柱形电池均通过与金属壳和盖组件组装
而制造。金属壳用不4秀钢或铝制成。
圓柱形电池如下制造在制造正极、隔板和负极被巻绕的巻绕式 电极组件或棒电极组件之后，将电极组件放入圓柱形筒中，然后向其 中注入电解液。将与正极和负极连接或与棒连接的端子连接到盖组件
和圆柱形筒上。而且，进行巻边和蠕变以便紧紧连接盖组件和圆柱形
拔 同。
棱柱形电池如下制造在制造正极、隔板和负极被巻绕的巻绕式 电极组件或堆叠式电极组件之后，将电极组件放入棱柱形筒中然后将 端子连接到盖组件上。之后，向其中注入电解液，然后将筒密封。
特别地，常规的圆柱形和棱柱形锂基二次电池的劣势在于它们是 通过复杂的工艺制造的，因为与负极和正极连接的盖组件和端子是被 焊接到圆柱形筒上的，等等。而且，当电池由于其故障而突然爆炸时， 金属壳可能对使用者非常危险。
另外，制造电池的常规方法有如下问题筒重量和盖组件的面积 需要牺牲单位重量和体积的能量密度。例如，袋状棱柱形二次电池以这样的方式制造在制造正极、隔板和负极被巻绕的巻绕式电极组件 或堆叠式电极组件之后，将电极组件放入通过浸渍提拉(dip drawing) 在袋状壳内形成的棱柱形凹槽中。之后，将电解液注入袋状壳中。将 端子和袋状壳用热熔法真空密封。然而，由于袋状壳的密封部分和端 子在所制造的棱柱形电池中占据一定的面积，它降低了能量密度。
此外，常规方法很少用于除了棱柱形之外的其它类型的电池。而 且，必须进行真空密封以便向电极组件施加一定的压力。另外，由于 必须通过浸渍提拉形成凹槽，所述浸渍提拉需要向壳施加预定的压力， 因而必须使用厚度恒定的壳以免撕裂，并且在浸渍提拉深度较深时难 以形成凹槽，这是常规方法的缺点。
同时，韩国专利申请No. 10-2004-0083654公开了如下建议，其中 椭圓形和圓柱形电池能够通过浸渍提拉由袋状物制造。然而，由于凹 槽必须在壳受到恒定的压力来进行浸渍提拉的状态下形成，该建议存 在必须使用较厚袋状物的问题。而且，在浸渍提拉深度较深时，该建 -汉仍然7,以形成凹才曹
发明内容
技术问题
因此，根据以上问题提出本发明，而且本发明的目的是提供能量 密度和安全性增强的电池的简单制造方法，其中铝多层膜的袋状物被 用作电池外壳。
技术方案
根据本发明的一方面，以上和其它目的能够通过提供外壳使用铝 多层膜的电池的制造方法来实现。该方法包括制备用电极和隔板层 巻绕的电极组件，所述电极组件由正极、负极和位于正极和负极之间 的隔4反组成；向电才及组件中注入电解液；以及密封净皮注入电解液的电 极组件。
在这里，密封电极组件包括用袋状物包裹电极组件并热粘合袋 状物的包裹端部分；将从电极组件的一侧或从两侧突出的端子、在端子两側上热熔的粘合聚合物和袋状物同时热粘合在一起，并密封它们； 以及将端子和袋状物的密封部分弯曲两次。
而且，密封电极组件可以包括将电极组件放入预先制备的圆柱形 或椭圆形袋状物筒中。
袋状物是指铝多层膜。
优选地，袋状物这样形成将铝层的一侧涂敷形成粘合层，铝层 的另 一侧由于被涂敷单层或多层绝缘材料而形成绝缘层。
优选地，粘合层选自聚烯烃组、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、 聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)和聚环氧乙烷(PEO),或与两种 或多种选自这些的物质混合的化合物。
优选地，绝缘层选自聚对苯二曱酸乙二酯(PET)和尼龙，或与它们 混合的化合物。
粘合层和绝缘层可以根据电池类型由不同组分形成。因此，粘合 层和绝缘层的组分不会限于以上列出的组分。
有益效果
由于本发明的方法能够制造外壳使用袋状物的圆柱形和棱柱形电 池，所以能够简化其制造工艺并增加其能量密度。而且，安全性和成 本效益也增加了。因此，外壳使用金属筒的常规电池被外壳使用袋状 物的电池取^。
附图简述
通过以下与附图相结合的详细描述会更清楚地理解本发明的以上
和其它目的、特征和其它优势，其中
图1 a是说明本发明的包括轴的圓柱形电极组件的透视图lb是说明本发明的棱柱形巻绕式电极组件的透视图1 c是说明本发明的棱柱形堆叠式电极组件的透视图2是依次说明根据本发明实施方案通过袋状物扩展法制造圆柱
形电池的方法过#呈；
图3是依次说明根据本发明实施方案通过袋状物折叠法制造圆柱形电池的方法过禾呈；
图4是依次说明根据本发明另一实施方案通过袋状物扩展法制造 圆柱形电池的方法过程；
图5是依次说明根据本发明另一实施方案通过袋状物折叠法制造 圆柱形电池的方法过程；
图6a是说明根据本发明实施方案通过袋状物扩展法制造的圓柱 形电池的正一见图6b是说明根据本发明实施方案通过袋状物折叠法制造的圆柱 形电池的正^L图7a是说明根据本发明实施方案通过袋状物扩展法制造的圆柱 形电'池的正-见图7b是说明根据本发明实施方案通过袋状物折叠法制造的圆柱 形电池的正^见图8a是说明用于制造本发明的圓柱形电池的袋状物的后视图8b是说明用于制造本发明的棱柱形电池的袋状物的后视图9是根据本发明两步弯曲法的圓柱形电池或棱柱形电池的侧视
图10a是根据本发明袋状物扩展法的图9的圓柱形电池或棱柱形 电池的正-见图lOb是根据本发明袋状物折叠法的图9的圆柱形电池或棱柱形 电池的正一见图11是图10的圆柱形电池或棱柱形电池的正视图，以便描述电
池弯曲端部分的最后处理(ending process);
图12是根据本发明两步弯曲法的图6b的圓柱形电池的正视图； 图13是根据本发明两步弯曲法的图7b的圆柱形电池的正视图； 图14是根据本发明的实施方案1和对比例1制造的AAA尺寸的
圓柱形电池的电压-容量图15是根据本发明的实施方案1制造的AAA尺寸的圓柱形电池
的循环寿命图；以及
图16是根据本发明的实施方案2制造的棱柱形电池的循环寿命图。
<附图符号的简要描述>
1:袋状物
2:电极组件
11:袋状物缠绕端部分
12:袋状物扩展部分
13:袋状物折叠部分
14:电池弯曲端部分
21:端子
22:粘合聚合物
23:弯曲部分
本发明的最佳实施方案
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。
制造电极组件
如图la和lb所示，电极组件具有正极、隔板和负相j皮巻绕的巻 绕式结构。另外，电极组件具有如图lc所示的堆叠式结构。
如图la和lb所示的巻绕式电极组件2以这样的方式制造绕轴 100巻绕电才及和隔板层，然后与轴100分开，从而形成圓柱形。在这 里，可以在轴IOO所在的位置放置定位销。
如图lc所示的堆叠式电极组件2以这样的方式制造正极、隔板 和负极连续重复地堆叠。在这里，可以以位于电极(正极和负才及)之间 的片^R形式形成隔^1。另外，可以以位于电才及之间的连续形式形成隔 板并使隔板呈Z形增加，或绕电极巻绕增加。
注射并浸渍电解液
制备电极组件2之后，将它浸入电解液中或将电解液注入其中。 在这里，注射电解液可以在将电极组件2放入用袋状物制成的圆柱形筒或椭圓形筒中之后进行，这会在下文中描述。 密封
经过注射和浸渍电解液之后，将电极组件2如图6a或7a所示以 这样的方式处理将具有绝缘和熔融性质的粘合聚合物22在50°C至 200。C下涂敷至自电极组件2的一侧突出的端子21上，或涂敷至自电 极组件2的两侧均突出的端子21上。
粘合聚合物22增强了作为自正极向负极传导的导体的端子的粘 合性能。当在50。C以下进行粘合时，粘合聚合物22与端子21不完美 地粘合。但是，当在200。C以上进行粘合时，粘合聚合物22熔化并且 与端子21不规则地粘合。因此，粘合聚合物22的粘合优选在50。C 至200°C下进行。
将通过粘合聚合物22粘合的电极组件2放入预先制造的袋状物1 中。之后，将袋状物1、电极组件2的端子21和粘合聚合物22—起 在100。C至250。C下同时热粘合，然后密封。
当热粘合温度在100。C以下时，粘合部分可能容易因低热而分开。 在另一方面，当热粘合温度在250。C以上时，袋状物l或粘合聚合物 22可能熔化并且不能保持它们的形态。因此，粘合聚合物22的粘合 优选在100°C至250°C下进行。
关于圆柱形或棱柱形电池的制造方法，应用密封方法不涉及弯曲 处理，以下除外
圓柱形电池使用如图8a所示的圓柱形袋状物，并且棱柱形电池使 用如图8b所示的椭圆形袋状物。因此，为了便于描述，密封方法会根 据圆柱形电池来描述。
以下是根据如图2和3或4和5所示的圆柱形电池的密封方法的 详细描述。
如图2或3所示，铝多层膜的袋状物1被制成圆柱形。使用粘合 剂将在圓柱形袋状物1侧面突出地形成的袋状物缠绕端部分11粘合至 袋状物主体。将电极组件2放入圓柱形袋状物1中。使插入电极组件 2的袋状物的一个端部分或两个端部分扩展形成袋状物扩展部分12或折叠形成袋状物折叠部分13。之后，将袋状物扩展部分12或袋状物折叠部分13热粘合以密封电池的两侧。
如图4或5所示，电极组件2被袋状物1缠绕。使用待涂覆的粘合剂，将通过热粘合突出地形成于袋状物1侧面的袋状物缠绕端部分11与袋状物主体粘合。使插入电极组件2的袋状物的一个端部分或两个端部分扩展形成袋状物扩展部分12或折叠形成袋状物折叠部分13。之后，将袋状物扩展部分12或袋状物折叠部分13热粘合以密封其两侧。
如图8所示，袋状物缠绕端部分11用于表明圓柱形袋状物的热粘合位置，其优选位于袋状物相对于电池顶部和底部的热粘合区域的中心。
袋状物1由两侧均被涂敷一层或多层粘合材料(粘合层)和绝缘材料(绝缘层)的铝膜制成，所述材料的组分不与电解液反应。
粘合层选自聚烯烃组、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)和聚环氧乙烷(PEO),或与两种或多种选自这些的物质混合的化合物。
绝缘层选自聚对苯二曱酸乙二酯(PET)和尼龙，或与它们混合的化合物。
由于粘合层和绝缘层可以根据电池类型由不同组分形成，因此粘合层和绝缘层的组分不会限于以上列出的组分。
粘合聚合物22选自聚烯烃组、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚环氧乙烷(PEO)和聚对苯二曱酸乙二酯(PET)，或与两种或多种选自这些的物质混合的化合物。粘合聚合物22用于在50°C至200°C下在电极组件的一侧或两侧粘合端子。只有当材料不与电解液反应并能够进行密封粘合时，它们才能够被用作粘合聚合物22。
密封过程可以以这样的方式进行袋状物1和粘合聚合物22在100°C至250。C下通过真空密封处理被热粘合。
电解液注射过程和密封过程可以在受控制的气氛中进行(例如，在充满惰性气体的手套箱中或在干燥室中)，如果需要这样的气氛来抑制-、曰么
/业气o
弯曲端子
如图6a和6b或图7a和7b所示，当形成袋状物扩展部分12或袋状物折叠部分13，然后被完全密封时，将自电池的一侧或两侧伸出的端子21与袋状物1粘合。然而，端子21与袋状物l之间的粘合部分的问题在于它们降低电池的能量密度。为解决这一问题，用弯曲机器将粘合部分弯曲 一次或两次。
如图6a或7a所示，形成袋状物扩展部分12之后，通过弯曲机器将电池一侧或两侧的粘合部分弯曲两次。
如图6b或7b所示，形成袋状物折叠部分13之后，通过弯曲机器将电池一侧或两侧的粘合部分弯曲一次。因此，通过经过袋状物折叠部分13的形成而制造的电池不具有突出部分。
以下是参照附图的弯曲过程的详细描述。
如图9所示，首先将电池的粘合部分弯曲90。以形成弯曲部分23。在图10a和10b中描述了电池的弯曲部分23的正 J图。
如图10a所示，当形成袋状物扩展部分并将粘合部分弯曲90°时，电池弯曲端部分14向外突出从而减小能量密度。为解决这一问题，将向外突出的电池弯曲端部分14沿如图11所示的箭头方向弯曲180°。
相反，当形成袋状物折叠部分13时，电池不具有突出部分，如图10b所示。在那种情况下，将电池的该部分弯曲一次。
另外，用强粘合剂将弯曲的袋状物1和包括端子21的弯曲部分23紧紧粘附于电池主体。
如上所述，能够解决由弯曲粘合部分引起的能量密度减小的问题。虽然弯曲处理是有效的，但是考虑到与其它装置相关的连接，它是可以省略的。而且，当袋状物折叠部分13形成时，该部分仅被弯曲一次以制造电池。然而，当袋状物折叠部分13被制造得较长以便于制造时，可以如图12和13所示将该部分弯曲两次。
通过如下的实施方案1和对比例1，本发明可以变得更容易理解。实施方案l:制造外壳使用袋状物的圆柱形锂离子电池 正极以这样的方式制造正极活性材料使用石墨，正极衬底使用 铜箔。负极以这样的方式制造负极活性材料使用锂钴氧化物LiCo02， 负极衬底使用铝箔。另外，隔板使用聚乙烯(PE)多孔膜。将这些正极、 负极和隔板绕巻绕装置的轴巻绕。在130°C下以聚丙烯聚合物作为粘 合聚合物将分别自正极和负极的顶部和/或底部突出的单独的端子热 粘合，从而制备电极组件。
将电极组件浸入电解液(lMLiPF6于EC/DEC (50:50 v。/。)中)中，然 后在180°C下用袋状物膜巻绕以便向其粘合末端部分，从而制造包括 电极组件的圆柱形筒。用聚丙烯的粘合聚合物在180。C下将两侧的端 子和袋状物热粘合，然后进行密封，从而制造AAA尺寸(10.5x44.5) 的电池。
基于0.2 C的电流变化率对密封的电池进行充电和放电测试。如 图14所示，结果表明其容量为510 mAh，而且其能量密度较高，如 540 Wh/1和208 Wh/kg。另外，图15显示它在基于1 C的电流变化率 充电和;故电时的循环寿命图。
实施方案2:制造外壳使用袋状物的棱柱形锂离子电池 如实施方案1的方法制备棱柱形电极组件。
将棱柱形电才及组件浸入电解液(l M LiPF6于EC/DEC (50:50 v%) 中)中，然后在180°C下用袋状物膜巻绕以便向其粘合末端部分，从而 制造包括电极组件的椭圓形筒。用聚丙烯的粘合聚合物在180。C下将 两侧的端子和袋状物热粘合，然后进行密封，从而制造某种尺寸 (5.2(T，mm)x34(W,mm)x50(L，mm))的电池。
对密封的电池进行充电和放电测试。结果表明其容量为1,050 mAh,而且其能量密度4交高，如440Wh/l和215 Wh/kg。同时，图16 显示它在基于1 C的电流变化率充电和放电时高达100次循环的循环 寿命图。
对比例1:制造外壳使用不锈钢的圓柱形锂离子电池如实施方案1的方法制备电极组件。
将电极组件放入AAA不锈钢圆柱形筒中。之后，将电解液(l M LiPF6f EC/DEC (50:50 v。/o)中)倒入筒中。接着，将顶部和底部的每一 端子与盖和圆柱形筒焊接。然后，对圆柱形电池进行密封和巻边和蠕
变，从而制造AAA尺寸(10.5x44.5)的圓柱形电池。
基于0.2 C的电流变化率对使用不锈钢的圓柱形电池进行充电和 放电测试。如图14所示，结果表明其容量为420mAh,而且其能量密 度为403 Wh/1和160 Wk/kg。
因此，与通过金属外壳制造的常规电池相比，本发明的方法能够 使用比金属筒薄、比金属筒轻、而且没有与盖相应的部分的袋状物制 造电池，从而增加每体积和每重量的能量密度。
尽管为了说明的目的已经公开了本发明的优选实施方案，本领域 技术人员会理解，可以作出多种修饰、增加和替换而不偏离如所附权 利要求中公开的本发明的范围和精神。
工业实用性
如上所述，由于本发明的方法用袋状物制造电池外壳，它能够简 化电池制造工艺，增加能量密度，并因此增加安全性。相反，本发明 的方法能够降低制造成本。因此，外壳使用金属筒的常规电池能够被 外壳使用袋状物的电池取代。
权利要求
1. 制造外壳使用铝多层膜的电池的方法，所述方法包括制备被电极和隔板层卷绕的电极组件2，所述电极组件2由正极、负极和位于所述正极和所述负极之间的隔板组成；将电解液注入所述电极组件2中；以及密封被注入所述电解液的所述电极组件2，其中密封电极组件2包括用袋状物1缠绕所述电极组件2并将所述袋状物1的缠绕端部分热粘合，或将所述电极组件2放入预先制备的圆柱形或椭圆形袋状物筒中；将从所述电极组件2的一侧或从两侧突出的端子21、在端子两侧上热熔的粘合聚合物22和所述袋状物1同时热粘合在一起，并密封它们；以及将端子21和袋状物的密封部分弯曲两次。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述袋状物1以这样的方式形 成将所述铝层的一侧涂敷形成粘合层，所述铝层的另一侧由于被涂 敷单层或多层绝缘材料而形成绝缘层。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述粘合层选自聚烯烃组、聚 酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA) 和聚环氧乙烷(PEO)，或与两种或多种选自这些的物质混合的化合物。
4. 如权利要求2所述的方法，其中所述绝缘层选自聚对苯二曱酸 乙二酯(PET)和尼龙，或与它们混合的化合物。
全文摘要
本发明公开了用铝多层膜的袋状物制造电池的方法。铝多层膜的袋状物被用作电池的外壳。该方法包括将由正极、隔板和负极组成的电极组件插入袋状物中；密封电极组件；以及将电池的密封部分弯曲一次或两次。因此，本发明能够增加电池的安全性和能量密度。
文档编号H01M2/02GK101485009SQ200780025099
公开日2009年7月15日 申请日期2007年6月28日 优先权日2006年7月14日
发明者李钟龙, 柳时喆 申请人:Bps株式会社