一种高容量纽扣式磷酸铁锂可充电锂电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种高容量纽扣式磷酸铁锂可充电锂电池。
【背景技术】
[0002]目前随着市场对于锂离子电池的性能要求的不断提高，用户要求锂离子电池的能量密度更高，各扣式可充锂离子电池制造厂家针对以上客户要求，不断进行技术改进。在电池原材料日趋成熟的今天，提高扣式锂离子电池能量密度和电化学性能的方法是是如何减少电池无效的空间，来增加活性物质(正负极材料)的填充量。但现有通行的采用涂布电极进行卷绕的技术虽然可以很大程度上降低电池的内阻但由于电极形状是正方形，对于扣式电池内部空间的利用不充分，导致电池的容量偏低，同时由于扣式电池的无大电流充放电使用工况的特点，内阻的降低意义不大。故现有扣式磷酸铁锂锂电池容量普遍很小，同时由于卷绕电极的结构特点，电池的外径一般大于1mm以上，很难做到9mm和6mm直径体系的可充电锂电池。
[0003]针对提高扣式锂电池能量密度的要求，目前大多数扣式锂电池制造厂家都是通过采用更薄的集流体和隔膜；加大电极活性物质的涂布量以提高活性物质的有效利用率。由于电化学反应本身为一种三维传质过程，通过基本的电化学常识可知与目前使用的箔类如铜箔、铝箔相比，采用金属泡沫作为锂离子电池的集流体，显著提高了锂离子电池的容量和倍率放电性能。由于泡沫金属内存在着高孔率的三维孔隙，可以使得活性物质填充在该孔隙内，而不是像箔体集流体那样只能涂敷在其表面。而活性物质填充在泡沫金属内的高孔率三维孔隙内后，不但增大了填充率，而且由于泡沫金属本身的三维孔隙结构和高孔率更有利于电流密度的均匀分布和电解液渗透、均匀分布，从而可以提高锂离子电池的活性物质利用率，提高锂离子电池的容量和倍率放电性能。相反，对于金属箔材，活性物质只能分布在集流体的表面。转化成化学能的电能主要靠集流体传递给活性物质，靠近集流体的活性物质和远离集流体的活性物质在电能的分配上差异很大，越靠近集流体，其所分配的电能越多同时也越均匀，越远离集流体，其所分配的电能越少。可以看出由于锂离子电池集流体采用的金属箔材导致了锂离子电池活性物质输入和输出以及在转化过程中能量的不均匀性，影响到了活性物质利用率的提高。由于锂电池常用的负极石墨类材料的导电性能优异，同时容量(一般>300mAh/g)也远高于正极磷酸铁锂材料(一般<135mAh/g)，所以扣式锂电池的负极可以做得很薄，对电池的整体内阻和充放电反应不构成瓶颈；但正极的磷酸铁锂的电导率很低，容量也只有负极的一半左右，同时压实密度也较负极低，要做成和负极容量匹配的做成片式电极其厚度将达到负极的2倍以上，带来极片的内阻很大，充放电传质过程困难。加上锂电池正极集流体一般选用铝，做成三维导电集流体需要通孔泡沫铝材料，正如CN200610154100专利中所示。而用于电池的泡沫铝材料尚未实现商品化，大规模商品化的泡沫金属有泡沫铜和泡沫镍，铜的氧化电位很低不适合做正极集流体，而镍的理论氧化电位约为3.8V，接近于磷酸铁锂的限制电压3.65V，但实际应用中由于镍表面的非理性状态，导致其氧化电位降低，所以纯泡沫镍未曾应用于商品化的磷酸铁锂体系锂电池中。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种使用三维导电材料使电池电极的活性物质含量加大，同时有效利用了电池内部的空间的一种高容量纽扣式磷酸铁锂可充电锂电池。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]一种高容量纽扣式磷酸铁锂可充电锂电池，其特征是:隔膜上设有负极片，隔膜下设有正极片，负极片上设有负极壳体，负极壳体外圈设有密封圈，正极片下设有正极壳体，正极壳体外圈通过挤压包住密封圈。
[0007]所述的负极壳体外圈带有钩体。
[0008]正极片为三维导电骨架复合活性物质所成的圆片形冲切电极，正极片所用的三维导电骨架为具有通孔结构的泡沫镍，正极片所用的泡沫镍导电骨架表面涂覆有可电子导电的保护涂层。
[0009]本发明通过使用具有三维导电骨架的电极，从而使有效利用电池空间的圆片型电极在可充电磷酸铁锂扣式电池中得以使用，同时为改善磷酸铁锂体系3.65V限制电压下泡沫镍可能出现的腐蚀现象，其正极导电骨架上涂覆有可电子导电的保护涂层，稳定了集流体在高电压下的使用。从而使该结构的电池得到实际的应用。本发明是通过提高电池有效空间的利用率来提升电池的能量密度，更有效地发挥电池的活性物质的电化学活性，提高其有效利用率，从而使电池容量得以大幅度提升，本发明的容量可以做到20mAh，容量较之现有的技术水平提高55%以上，同时也能轻易做成9mm和6mm直径体系的可充电锂电池。
[0010]本发明中由于采用了导电保护涂层涂覆镍骨架表面，一方面隔离了电解液对镍表面非理想洁净状态的浸蚀，同时由于保护涂层中粘接剂与电池正极活性物质相容性较好，有效降低了电极活性物质和集流体的接触内阻，提高了电极的综合性能。使泡沫镍的应用得以实现，也使较厚厚度(2.5-0.5mm)性能优良的圆片型可充电电极得以实现。为使正极圆片化成为可能，本发明通过大量试验得出了以下解决方案。利用本方案的可充电扣式锂电池包含以下部分:磷酸铁锂正极片，隔膜，负极片，电解液和扣式电池壳体。其中正极片为三维导电骨架的泡沫镍复合磷酸铁锂冲切圆片。负极采用常规制造工艺制成薄片，隔膜和电解液为常规锂离子电池所用。电池通过正极片/隔膜/负极片的常规三明治结构方式进行装配；在本发明的一个优选实施方案中，泡沫镍采用拉浆工艺与保护涂层进行预涂覆，充分干燥后采用拉浆工艺或膜复合工艺与磷酸铁锂进行复合形成正极成品，对辊碾压至设计厚度和压实密度后进行冲切之合适直径。负极采用常规成膜工艺进行成膜后冲切之与正极一致的直径。充分干燥后注入电解液装配成扣式锂电池。除泡沫镍和保护涂层外其余原材料均为锂电池制造行业公知体系和配方。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的结构示意图；
[0012]图2为本实用新型实实施例2的放电特性示意图。
[0013]附图中，1、负极壳体；2、密封圈；3、正极壳体；4、负极片；5、隔膜