专利名称：一种锂蓄电池和制造锂蓄电池的方法
优先权要求本申请要求享有根据35 U.S.C.§119于2001年9月15日向韩国工业产权局提出申请并给予序列号No.2001-57010的名为“一种锂蓄电池制造方法”专利的全部权益，本申请参考引用该申请的内容。
在制造锂蓄电池的过程中，首先对正电极集电器和负电极集电器涂复一层材料形成正和负电极板，其中涂复材料是通过混合各种电极活性材料，粘结剂和可塑剂制成的。然后，正和负电机板叠在或包围分隔物的两侧，形成具有预定形状的正-负电极组件(果酱卷状)，然后接着将果酱卷状的组件插入电池壳体中，由此形成了电池。
在用挥发性电解液制造锂蓄电池的情况下，由于封闭的电池的容积增加和电解液在60℃(摄氏)或更高的高温条件下汽化，电池的内压可以不正常的升高，导致电池膨胀。因此，使电池外形发生变形。另外，电池的电极板可受到粘结剂的负面影响，可降低电极板在电化学反应过程中的使用效率，导致电池性能的下降。已经知道下列因素可影响暴露在高温下的锂蓄电池的膨胀(1)高温下活性材料和电解液之间的剧烈反应；(2)电解液在高温下汽化导致蒸汽压增加；(3)电池内的水分含量。
题目为“一种锂离子聚合物电池的制造方法”的登记的韩国专利申请No.10-274097公开了向电池组注入电解液之前通过从电池组抽出气体来清除含有杂质的空气，这个工序只是作为向电池组注入电解液的一部分来进行。
如上所述，一般不采用减少压力的步骤。此外，减少压力的步骤已经部分地在电池初步形成工艺之前进行的注入电解液或密封步骤中进行了，或是部分在初步形成工艺之后的抽气步骤中进行。然而，减少压力的作用未能引起注意。压力减少的影响只是通过视力来确认压力低于大气压。因此，包括在高温下电池体积膨胀或电池性能的下降的现有技术所存在的问题未能够得到解决。
另一个目的是提供一种锂蓄电池，其即使暴露在高温下，也可以极大的改善由于膨胀造成的电池外部变形。
还有的一个目的是提供一种锂蓄电池，其可以防止外部条件造成电池性能下降。
为了实现上述和其它目的，提出了一种制造锂蓄电池的方法，包括在正电极和负电极之间插入分隔物形成电极组件，将所述电极组件放入电池壳体内，向所述电池壳体注入电解液，和形成锂蓄电池。其中，在注入所述电解液或形成所述锂蓄电池后还要密封所述锂蓄电池，进行所述密封的同时减少所述锂蓄电池的内压力，并在20kPa到1000Pa的范围保持10到100秒。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括，通过设置与电池壳体一体形成的气体腔室将形成步骤中产生的气体清除。
或者，所述方法还可包括在清除气体步骤进行密封电池，并同时减少电池的内部压力，在20kPa到1000Pa的范围内保持10到100秒。
本发明还提供了采用上述方法制造的锂蓄电池。
图1是根据本发明优选实施例的方法制造的示例性锂蓄电池一部分的剖视图。
参考图1，本发明涉及一种制造电池10的方法。其中电池10使用由金属盒或可在金属板内表面或外表面形成聚合物层的复层材料形成的电池壳体12。该方法包括向电池壳体12内放入产生能量的元件，包括正电极16、负电极18和电解液20；将电池壳体12的内压力减少到低于大气压，密封电池壳体12并保持电池10的内部压力处于低于大气压的状态。图1所示锂蓄电池的结构是个示例。锂蓄电池的其他结构也可应用于根据本发明优选实施例的锂蓄电池制造方法。
如上所述，在使用挥发性电解液的锂蓄电池的情况下，由于封闭的电池的体积增加和在60℃(摄氏)或更高的高温下电解液的蒸发，电池的内压力会不正常地增加，导致电池膨胀。因此，电池的外形出现变形。另外电池的电极板受到粘附性的负面影响，致使电极板在电化学反应期间的使用效率下降，使锂离子的电化学迁移困难。导致电池性能的下降。
一般来讲，如果封闭的空间的压力是20kPa到1000Pa，该值低于大气压，封闭空间的体积减少到1/10到1/1000。这个原理可以应用于电池。即，尽管电池占据的体积是恒定的，由于电池暴露在60℃或更高的高温环境下产生的膨胀致使电池外部形状变形增大可以得到明显的抑制。
根据本发明的电池10的内压可在20kPa到1000Pa，最好在15kPa到5kPa。如果电池的内压大于或等于20kPa，防止电池膨胀作用很小。如果电池的内压小于1kPa，可能会遇到许多工艺问题，包括长时间的压力下降和电解液蒸发。
本发明采用的减少压力过程所用时间最好在10到100秒的范围内。如果时间少于10秒，压力减少作用很小。如果时间长过100秒，大量的电解液不希望地蒸发。
在本发明中，气体腔室22连接到电池壳体12。在形成步骤期间产生的气体抽到气体腔室22，然后进行密封和切除气体腔室22。
为了更好地了解本发明，现在将通过示例的而不是限制的方式对本发明进行说明。示例11-1使用的材料LiMn2O4(LM4可从日本Nikki化学株式会社得到)用作正电极活性材料，Super-P(比利时MMM碳公司生产)用作正电极16的导电材料，KMFC(日本Furukawa公司生产)用作负电极材料18。所使用的电解液20是通过以体积比41∶49∶10混合乙二醇碳酸酯(EC)、碳酸二甲酯(DEC)和碳酸丙二酯(PC)并添加LiPF6(Hashimoto化学株式会社生产)得到的1.3M的溶液。正电极16的粘结剂是聚偏二氟乙烯(PVDF)(KW 1100可从日本Kurea株式会社得到)。负电极18的粘结剂是聚偏二氟乙烯(PVDF)(KW 1100可从日本Kurea株式会社得到)。使用的电池盒的厚度是110μm(微米)，是由从盒子的中心顺序叠放的由氯化聚丙烯(CPP)、铝箔(AL)和尼龙组成的三层结构构成。分隔物26使用了聚丙烯。1-2电池的制造使用行星式搅拌器将正电极活性材料、导电介质和粘结剂以重量比93∶3∶4在粘结剂溶液中充分混合，其中粘结剂溶液含有溶解在N-甲基-吡咯烷酮(NMP)溶剂中的8％重量的粘结剂，制造出正电极板，正电极板利用涂布机以54.0mg/cm2(每平方厘米毫克)的涂复量设置涂层。然后负电极活性材料和粘结剂以重量比92∶8在粘结剂溶液中混合，其中粘结剂溶液含有溶解在N-甲基-吡咯烷酮(NMP)溶剂中的8％重量的粘结剂，制造出负电极板，负电极板有17.4mg/cm2涂复量的涂层。
带有涂层的板通过压机压制成密度分别为2.79g/cm3和1.64g/cm3(每立方厘米克)，接下来进行切割，干燥负极板，使用棱柱形卷切机进行成形，插入，注入电解液，和熔合电池盒，最后制成所需要的电池。使这样制成的电池稳定，然后是通过重复进行充电和放电对电池容量进行区分和分级的形成工序，在初步形成工序后通过与电池壳体2一体形成的气体腔室22将产生的气体清除。然后，电池壳体12重新进行密封，同时减少压力，并在减少后压力20kPa下保持超过50秒的时间，因而完成了电池10的制造。示例2
通过与图1相同的方式制造电池10，除了减少后压力是10kPa。示例3通过与图1相同的方式制造电池10，除了减少后压力是5kPa。示例4通过与图1相同的方式制造电池10，除了减少压力工序是在注入电解液20步骤后马上进行之外。示例5通过与图1相同的方式制造电池10，除了减少压力工序是在排气步骤之前进行和注入电解液20步骤后马上进行之外。比较示例以与图1相同的方式制造电池，但未进行减少压力工序。测试对从示例1到示例5和比较示例中得到的电池在80℃的高温下进行膨胀测试。测试的结果在表一中显示。在表一中用数字列出的膨胀结果是根据测试电池的厚度与未暴露在80℃的高温条件下的电池厚度所作的比较。
表一
另外的测试显示在超过20kPa的压力范围没有有效果的数据。另外，在1kPa或更低的压力下，需要长时间来减少压力，且电解液易于蒸发。
如上所述，在根据本发明的锂蓄电池10，即使电池10暴露在60℃或更高的高温条件下，由于膨胀造成的电池10外部变形可以极大地得到抑制。因此可以防止电池性能的下降。
尽管已经通过本发明优选实施例对本发明进行了具体地显示和介绍。所属领域的技术人员应当清楚，在不脱离所附权利要求限定的发明精神实质和范围的情况下，可以在形式上和细节上进行各种变化和改进。
权利要求
1.一种制造锂蓄电池的方法，包括在正电极和负电极之间插入分隔物形成电极组件；将所述电极组件放入电池壳体内；向所述电极壳体注入电解液；形成所述锂蓄电池；和在注入所述电解液或形成所述锂蓄电池后还要密封所述锂蓄电池，进行所述密封时减少所述锂蓄电池的内压力，并在20kPa到1000Pa的范围保持10到100秒钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过设置与所述电池壳体一体形成的气体腔室将所述形成步骤产生的气体清除。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括在所述清除气体步骤密封所述锂蓄电池，进行密封所述锂蓄电池时减少所述锂蓄电池的内压，并在20kPa到1000Pa的范围保持10到100秒钟。
4.用权利要求1所述方法制造的一种锂蓄电池。
5.用权利要求2所述方法制造的一种锂蓄电池。
6.用权利要求3所述方法制造的一种锂蓄电池。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锂蓄电池的内压力保持在15kPa到5kPa。
8.一种制造锂蓄电池的方法，包括在正电极和负电极之间插入分隔物形成电极组件；将所述电极组件放入电池壳体内；向所述电极壳体注入电解液；形成所述锂蓄电池；和密封所述锂蓄电池，同时减少所述锂蓄电池的内压力，并在20kPa到1000Pa的范围保持预定的时间。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定的时间是在10到100秒的范围内。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在进行所述密封锂蓄电池步骤的同时减少所述锂蓄电池内压力是在注入所述电解液之后进行。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在进行所述密封锂蓄电池步骤的同时减少所述锂蓄电池内压力是在形成所述锂蓄电池之后进行。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括通过设置与所述电池壳体一体形成的气体腔室将所述形成步骤产生的气体清除。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在进行所述密封锂蓄电池步骤的同时减少所述锂蓄电池内压力在所述清除气体步骤进行。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述锂蓄电池的内压力保持在15kPa到5kPa。
15.用权利要求9所述方法制造的一种锂蓄电池。
16.用权利要求10所述方法制造的一种锂蓄电池。
17.用权利要求11所述方法制造的一种锂蓄电池。
18.用权利要求12所述方法制造的一种锂蓄电池。
19.用权利要求13所述方法制造的一种锂蓄电池。
20.一种制造锂蓄电池的方法，包括向电池壳体注入电解液；形成所述锂蓄电池；通过设置与所述电池壳体一体形成的气体腔室将形成所述锂蓄电池期间产生的气体清除；和密封所述锂蓄电池，同时减少所述锂蓄电池的内压力，并在20kPa到1000Pa的范围保持10到100秒钟。
全文摘要
本发明公开了一种锂蓄电池和制造锂蓄电池的方法，该方法包括在正电极和负电极之间插入分隔物形成电极组件，将电极组件放入电池壳体内，向电极壳体注入电解液，和形成电池。在注入电解液或形成电池后还要进行密封，进行密封的同时减少电池的内压力，并在一定压力范围内保持一定时间。这种锂蓄电池可防止电池外形由于高温条件下膨胀而变形，可防止电池性能下降。
文档编号H01M10/40GK1409429SQ02142790
公开日2003年4月9日 申请日期2002年9月16日 优先权日2001年9月15日
发明者慇莹赞, 赵圭雄 申请人:三星Sdi株式会社