专利名称：胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法，属基本电气元件-电池技术领域。
背景技术：
随着电子技术的不断发展，电子产品和设备不断向小型化和便携化发展，功能不断增强，对电池的能量和性能要求也越来越高。锂离子二次电池就是近年来得到广泛应用的高能环保电池。聚合物锂离子二次电池因其高的安全性，高的质量比容量和任意的外形，使其很快成为锂离子电池家族中的重要角色。但是聚合物锂离子电池复杂的生产工艺，高的生产成本，也困扰这一产品的迅速发展。
发明内容
本发明提供一种工艺更加简单，成本更低，能量密度更高的胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法。
本发明的技术方案如下一种胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法，它是通过如下步骤来实现的步骤一以铝箔为集流体，均匀涂布正极浆料，冲压成正极片；步骤二以铜箔为集流体，均匀涂布负极浆料，冲压成负极片；步骤三采用连续叠片方式，正极片，隔膜和负极片依次连续叠放构成电池芯，电池芯的两侧外端均为负极片，正极片的片数/负极片的片数＝N/N+1，N为任意自然数；步骤四用铝塑复合膜制成外壳包覆电池芯，灌注添加聚合单体和热引发剂的液态电解液后封口；步骤五将步骤四所得电池在高温热压下使液态电解质凝固成凝胶态电解质；步骤六对步骤五所得电池进行慢速充电化成，在负电极活性物质表面形成保护膜。
本发明的步骤四中所述铝塑复合膜外壳的侧面带有气囊，外壳的内腔与气囊相通；步骤五中的充电化成分为两次，第一次用小电流对电池充电后，刺破铝塑复合膜外壳的气囊除气，然后对电池封装整形，第二次将电池充满电。
本发明所述正极浆料由正极活性物质、导电剂、粘结剂和有机溶剂组成，正极活性物质、导电剂、粘结剂的质量百分比为85-94％∶3-7％∶3-8％，正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂其中的一种或几种混合；所述负极浆料由负极活性物质、导电剂、粘结剂和有机溶剂组成，负极活性物质、导电剂、粘结剂的质量百分比为85-98％∶0-7％∶2-8％，负极活性物质为天然石墨，人工石墨，改性天然石墨或碳微球中的一种；液态电解液由锂盐、有机溶剂、含聚乙二醇或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的聚合单体、含过氧化二苯甲酰或过氧化十二烷酰热的引发剂混合而成。
本发明电解质凝固成凝胶态电解质是在70-110℃热压30-120分钟；第一次化成时用0.1C-0.3C的小电流将电池充电至3.9-4.1V电压；电池芯中间的N-1片负极片两面均匀涂布负极浆料，最外端的两片负极片仅有一面涂料，涂料面向内叠放；正极片在宽度和高度方向上的尺寸略小于负极片对应的尺寸0-3毫米。
本发明的方法在电池芯设计时，采用连续叠片方式，这样的电池芯制作方法工序少，工艺简单，效率高。电池芯外层极片单面涂料的设计也使电芯具有很好的散热性，提高电池的安全性。本发明中的电解液在电池注液封装后，在70-110℃之间热压处理，利用温度促发液态电解液凝胶化，形成胶态电解质。本发明中采用两次化成工艺克服“气胀”现象，第一次化成用小电流(0.1C-0.3C)将电池充电至3.9-4.1V电压，然后刺破电池外壳气囊除气，真空封装，再次化成充满电。在高温处理、老化存放和第一次化成阶段，电池一直装在定型模具中，防止在电解液聚合过程中电池过分变形。该方法简单易行，电池“气胀”现象得到有效解决。依据本发明制造的电池，其电池能量密度可达200Wh/Kg，体积能量密度可达400Wh/L。本发明的方法具有工艺简单，设备投资少，生产成本低，对环境污染小等优点。
图1为本发明的工艺流程示意2为采用本发明方法制造电池时的极片、隔膜层叠示意3为采用本发明方法制造的电池第一次化成前的结构示意图具体实施方案参照附图，本发明的工艺流程为将正极材料、负极材料分别制浆，正极材料涂布在铝箔上，负极材料涂布在铜泊上，碾压后冲片得正极片1和负极片3。正极片1，隔膜2和负极片3依次连续叠放制成电池芯，电池极片堆叠后所有正极片的极耳位4焊接在一起并连接正极极耳6，所有负极片的极耳位5焊接在一起并连接负极极耳7，电池外壳8由铝塑包装膜制成，形状与电池芯尺寸相同，外壳8的一侧设有气囊9，外壳8的内腔与气囊相通。电池芯经短路测试并经真空干燥后，与外壳装配在一起。先热封外壳8无气囊的侧边和上端边，然后从有气囊9的一侧向电池中注入适量的配制好的电解液，真空热封带气囊9的侧边。将电池装入定型模具中压紧压平，在70-110℃热压30-120分钟，在温度30-60℃的环境中存放6-24小时。第一次化成用小电流(0.1C-0.3C)将电池充电至3.9-4.1V电压，然后从定型模具中取出电池，刺破电池外壳气囊9除气，二次真空封装，整形，再次化成充满电，制成产品。
正极片1表面均匀涂有由钴酸锂(92％正极活性物质)，碳黑(4％导电剂)，聚偏氟乙烯(4％粘结剂)，N-甲基吡咯烷酮(溶剂)按一定比例制成的混合浆料，烘干、压片，裁剪正极片1的尺寸为114mm×29mm×0.18mm(高度×宽度×厚度)。负极片3表面均匀涂上由碳微球(93％负极活性物质)，乙炔黑(2％导电剂)，聚偏氟乙烯(5％粘结剂)，N-甲基吡咯烷酮(溶剂)按一定比例制成的混合浆料，烘干、压片，裁剪负极片3的尺寸为116mm×30mm×0.16mm(高度×宽度×厚度)。
隔膜选用UP3025复合多孔膜，按照图2将极片与隔膜堆叠成型。将极耳焊接到位，装入铝塑复合膜制成的外壳8，组合后电池的外形尺寸为128mm×34mm×6.5mm。真空烘干后，向电池中注入事先配制好的由六氟磷酸锂，碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，聚乙二醇，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，过氧化二苯甲酰等以一定的比例混合的电解液，然后真空封口。
电池静置6小时后，装入定型模具中，在80℃环境中放置45分钟，然后转入老化房(35℃)存放24小时，这时电解质已凝胶化，解剖后无液态电解液流出。第一次化成用0.2C将电池充电至4.0V，然后从定型模具中取出电池，刺破气囊除气，二次真空封装，整形，再次化成充满电，制成产品。
在本发明中正极活性物质可以为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂其中的一种或几种混合，并不限于上述的钴酸锂。负极活性物质可以为天然石墨，人工石墨，改性天然石墨或碳微球中的一种，不限于上述的碳微球。
按照实施例制成的电池内阻小，循环寿命长，性能良好，主要的性能指标见表一表一
权利要求
1.一种胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法，它是通过如下步骤来实现的步骤一以铝箔为集流体，均匀涂布正极浆料，冲压成正极片(1)；步骤二以铜箔为集流体，均匀涂布负极浆料，冲压成负极片(3)；步骤三采用连续叠片方式，正极片(1)，隔膜(2)和负极片(3)依次连续叠放构成电池芯，电池芯的两侧外端均为负极片(3)，正极片(1)的片数/负极片(3)的片数＝N/N+1，N为任意自然数；步骤四用铝塑复合膜制成外壳包覆电池芯，灌注添加聚合单体和热引发剂的液态电解液后封口；步骤五将步骤四所得电池在高温热压下使液态电解质凝固成凝胶态电解质；步骤六对步骤五所得电池进行慢速充电化成，在负电极活性物质表面形成保护膜。
2.根据权利要求1所述锂离子二次电池的制造方法，其特征在于步骤四中所述铝塑复合膜外壳(8)的侧面带有气囊(9)，外壳(8)的内腔与气囊(9)相通；步骤五中的充电化成分为两次，第一次用小电流对电池充电后，刺破铝塑复合膜外壳的气囊(9)除气，然后对电池封装整形，第二次将电池充满电。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于所述正极浆料由正极活性物质、导电剂、粘结剂和有机溶剂组成，正极活性物质、导电剂、粘结剂的质量百分比为85-94％∶3-7％∶3-8％，正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂其中的一种或几种混合。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于所述负极浆料由负极活性物质、导电剂、粘结剂和有机溶剂组成，负极活性物质、导电剂、粘结剂的质量百分比为85-98％∶0-7％∶2-8％，负极活性物质为天然石墨，人工石墨，改性天然石墨或碳微球中的一种。
5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于液态电解液由锂盐、有机溶剂、含聚乙二醇或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的聚合单体、含过氧化二苯甲酰或过氧化十二烷酰热引发剂混合而成。
6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于电解质凝固成凝胶态电解质是在70-110℃热压30-120分钟。
7.根据权利要求2所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于第一次化成时用0.1C-0.3C的小电流将电池充电至3.9-4.1V电压。
8.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于电池芯中间的N-1片负极片(3)两面均匀涂布负极浆料，最外端的两片负极片(3)仅有一面涂料，涂料面向内叠放。
9.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其特征在于正极片(1)在宽度和高度方向上的尺寸略小于负极片(3)对应的尺寸0-3毫米。
全文摘要
本发明公开了一种胶态电解质聚合物锂离子二次电池的制造方法，它是通过如下步骤来实现的步骤一以铝箔为集流体，均匀涂布正极浆料，冲压成正极片(1)；步骤二以铜箔为集流体，均匀涂布负极浆料，冲压成负极片(3)；步骤三采用连续叠片方式，正极片(1)，隔膜(2)和负极片(3)依次连续叠放构成电池芯，电池芯的两侧外端均为负极片(3)，正极片(1)的片数/负极片(3)的片数＝N/N+1，N为任意自然数；步骤四用铝塑复合膜制成外壳包覆电池芯，灌注添加聚合单体和热引发剂的液态电解液后封口；步骤五将步骤四所得电池在高温热压下使液态电解质凝固成凝胶态电解质；步骤六对步骤五所得电池进行慢速充电化成，在负电极活性物质表面形成保护膜。
文档编号H01M10/40GK1713443SQ200510041050
公开日2005年12月28日 申请日期2005年7月18日 优先权日2005年7月18日
发明者赵兵, 陈献华 申请人:赵兵, 陈献华