专利名称：一种圆柱形锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明属于电池技术领域，涉及一种圆柱形锂离子电池，更具体地说，本发明涉 及一种非金属壳圆柱形锂离子电池。
技术背景众所周知，锂离子电池和聚合物锂离子电池具有能量密度高、比功率大、循环 性能好、无记忆效应、无污染等特点(参见吴宇平，戴晓兵，马军旗，程预江.《锂 离子电池__应用与实践》.北京化学工业出版社，2004年；吴宇平，张汉平，吴 锋，李朝晖，《聚合物锂离子电池》，北京化学工业出版社，2007年)，因此它们的 发展非常迅速。目前圆柱形锂离子电池的用量很大，例如笔记本电脑、电动工具，具 有非常广泛的市场。但是，由于其采用的金属壳和复合膜。对于金属壳而言，由于其耐压性强，尽管采取多种安全部件，然而还是无法保障100%的安全，例如2006年6月21日日本索尼公司生产的笔记本电脑电池用在戴尔笔记本电脑上发生起火；金属 壳的模具加工时间长；金属壳的成本高；金属壳的生产过程的激光焊接和回收将消耗 大量的能源，外观颜色单调。而对于聚合物锂离子电池而言，由于使用的外包装材料 为聚合物与铝膜的复合膜，因此在内压稍高的情况很容易变形，导致聚合物锂离子电 池的电化学性能显著劣化而失效，其中内压产生的主要原因是在充放电过程中，增塑 的有机电解液将缓慢与正极、负极材料发生反应；该复合膜不易制成圆柱形结构；同 时，该复合膜不易回收，且该膜的制备过程要求较高，聚合物锂离子电池的生产合格 率低，易气胀失效，从整体成本而言，聚合物锂离子电池明显高于锂离子电池。因此， 目前采用复合膜作为外壳的圆柱形锂离子电池非常罕见。另外，金属壳锂离子电池和 聚合物锂离子电池的外观颜色不能变化，显得非常单调。因此，为了确保圆柱形锂离 子电池的成本低、容易回收、外观丰富多彩，锂离子电池壳的研制就显得非常重要。 发明内容为了克服目前金属壳圆柱形锂离子电池安全性能差、金属壳的模具加工时间长、 金属壳的成本高、回收成本高和复合膜包装的圆柱形聚合物锂离子电池生产成本高、 合格率低、易气胀以及它们的外观单调等方面的问题，本发明提出了一种非金属壳的 圆柱形锂离子电池，该非金属壳圆柱形锂离子电池具有良好的稳定性， 一方面具有良 好的电化学性能，另一方面具有良好的安全性能；且电池壳的生产成本低，能耗少，回收非常方便，而且其外观的颜色可以根据需要，通过在非金属材料中加入着色剂进 行调整。本发明提供的非金属壳圆柱形锂离子电池，包括电芯和非金属壳。该非金属壳具 有一定的强度，可以保证在较低的内压下(〈5个大气压)不会失效；同时，当内压超过 一定程度(〉5个大气压)时，电池壳会发生破坏，及时释放出内压，防止圆柱形锂离子 电池失控，发生起火和爆炸。该非金属壳圆柱形锂离子电池具有良好的电化学性能和 安全性能，电池壳的生产成本低，能耗少，回收非常方便。本发明提供的非金属壳圆柱形锂离子电池，包括常见的负极、正极、隔膜、电解质 和其它辅助器件。其中所述的负极材料包括负极活性物质、导电剂和粘合剂。所述的 负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳、硅、锡或活性碳，或者这些材 料中几种的复合物或混合物。正极包括正极活性物质、导电剂和粘合剂。所述的正极活性物质包括LiCo02、 LiNi02、 LiMnA或LiFeP04，或者这种些材料的掺杂物、改性物 或其中几种材料的混合物。所述的电解质包括液体电解质和凝胶聚合物电解质。所述 的其它辅助器件包括热温度系数端子(PTC)、热敏电阻。所述非金属壳的材料可以是有机高分子材料，包括塑料、橡胶或纤维，也可以是 有机高分子材料与无机材料的复合物。所述的有机高分子材料可以是烯烃类聚合物或 其共混物，包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、乙丙橡胶、聚(异戊二烯)， 也可以是縮聚物或其共混物，包括尼龙、聚酯、酚醛树脂、环氧树脂、聚硅氧烷。所 述的无机材料可以是功能性填料或添加剂，包括阻燃性、增塑性、导电性、着色性、 增强性、光滑剂、耐磨剂。所述的功能性填料或添加剂包括炭黑、二氧化钛、氧化铝、 氧化硅、碳酸钙、玻璃纤维、色母、滑石粉。所述圆柱形锂离子电池的正极端子和负极端子可以位于电池的同一侧或异侧。本发明认为，由于非金属壳部件的采用，可以达到圆柱形锂离子电池的目的，同 时又具有良好安全性能的目的，而且还达到了降低成本和能耗、保护环境的目的，还 达到了圆柱形锂离子电池外观可以根据需要进行调整的目的。由本发明提供的非金属壳圆柱形锂离子电池，可以用于笔记本电脑、电动工具、 照明等领域。且本发明操作性强，成本较低，重现性好，所得的产品外观颜色多种多 样，质量稳定，性能优良。
具体实施方式
下面将通过实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。对比例1采用铝壳作为圆柱形锂离子电池的壳，型号为圆柱形14450(直径为14mm，高度 为45ram)。以LiCo02(湖南瑞翔有限公司，产品型号为757)为正极的主要活性物质，以 人造石墨(日本大阪煤气公司的MCMB-2628)为负极的主要活性成分，以Celgard 2400 为隔膜，组装成电池芯。将电池芯放入到上述圆柱形的14450铝壳中，并加入具有安 全性能的PTC端子和热敏电阻，然后加入液体电解液，化成，搁置，封口。电池外观 为金属铝的光泽。安全测试将上述充满电的14450圆柱形锂离子电池置于8(TC的热箱中，结果发 现经过1小时，电池发生爆炸。电化学性能测试将封口后的14450圆柱形锂离子电池在室温下进行循环，先以 1C充电到4.2V，然后在4.2V恒流充电，终止电流为O. OIC。搁置5分钟，然后以1C 放电，放电终止电压为2. 75V。结果表明500次循环后，残留容量为92%。 实施例1采用加有二氧化钛填料的聚乙烯壳作为圆柱形锂离子电池的壳，型号为圆柱形 14450(直径为14mm，高度为45mm)。电池芯的组成与对比例1相同。将电池芯放入到 上述圆柱形的14450非金属壳中，并加入具有安全性能的PTC端子和热敏电阻，正极 端子与负极端子位于顶部。然后加入电解液，化成，搁置，封口。电池外观为非透明 的白色。安全测试将上述充满电的圆柱形14450圆柱形锂离子电池置于8(TC的热箱中， 结果发现电池经过1小时后，发现明显变形；经过10小时，也未发生爆炸。电化学性能测试与对比例l相同。结果表明500次循环后，与对比例l一样，残 留容量为92%。 对比例2采用钢壳作为圆柱形锂离子电池的外壳，型号为圆柱形的24650 (直径为24mm， 高为65mm)。以LiFeP04(北大先行有限公司的产品)为正极的主要活性成分，以天然石 墨(河南思维能源材料有限公司的产品)为负极的主要活性成分，以Celgard 2400为隔 膜，组装成电池芯。将电池芯放入到上述圆柱形24650钢壳中，然后加入电解液，化 成，搁置，封口。电池外观为金属钢的光泽。安全测试将上述充满电的圆柱形24650圆柱形锂离子电池置于12(TC的热箱中， 结果发现经过3小时，电池发生轻微爆炸。电化学性能测试与对比例l相同。结果表明500次循环后，残留容量为94%。对比例3采用铝塑复合膜作为圆柱形锂离子电池的外壳，经过冲压，得到大小(直径为 24mm，高为65mm)与上述对比例2相同的外壳。除封口采用热压封口以外，其它与对 比例2相同。测试结结果表明，该铝塑膜圆柱形锂离子电池的合格率为82%。安全测试将上述充满电的铝塑膜圆柱形锂离子电池置于12(TC的热箱中，结果 发现经过3小时，电池发生明显的破裂，并起火。电化学性能测试与对比例1相同。结果表明500次循环后，残留容量为94%。 实施例2采用加有尼龙纤维增强和红色色母的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)共混物制为圆柱 形锂离子电池的壳，壳的大小和电池芯的组成与对比例2相同。将电池芯放入到上述 非金属壳中，正极端子与负极端子分别位于电池的顶部和底部。然后加入电解液，化 成，搁置，封口。电池外观为红色。测试结结果表明，该非金属壳圆柱形锂离子电池 的合格率为100%。安全测试将上述充满电的圆柱形24650圆柱形锂离子电池置于120。C的热箱中， 结果发现电池经过3小时后，电池未发生明显的变形；经过10小时，也未发生爆炸。电化学性能测试与对比例l相同。结果表明500次循环后，与对比例2—样，残 留容量为94%。通过上述对比例1与实施例1、对比例2和3与实施例2的对比，可以看出本发 明的非金属壳圆柱形锂离子电池不仅具有良好的电化学性能，合格率高，还具有良好的 安全性能，可以防止气胀、起火和爆炸；且外观的颜色可以根据需要进行调整。
权利要求
1.一种圆柱形锂离子电池，由负极、正极、隔膜、电解质和其它辅助器件组成，其特征在于采用非金属外壳，该非金属外壳的材料是有机高分子材料，或有机高分子材料与无机材料的复合物。
2. 根据权利要求1所述的圆柱形锂离子电池，其特征在于所述无机材料是功能性 填料或添加剂，包括阻燃剂、增塑剂、导电剂、着色剂、增强剂、光滑剂和耐磨剂。
3. 根据权利要求1或2中任意一项所述的圆柱形锂离子电池，其特征在于所述的 负极包括负极活性物质、导电剂和粘合剂，其中负极活性物质包括人造石墨、天然石 墨、硬碳、软碳、硅、锡或活性碳，或者这些材料中的几种复合物或混合物。
4. 根据权利要求1或2中任意一项所述的圆柱形锂离子电池，其特征在于所述的 正极包括正极活性物质、导电剂和粘合剂，其中正极活性物质为LiCo02、LiNi02、LiMn204 或LiFePO,，或者这些材料的掺杂物、改性物，或其中几种的混合物。
5. 根据权利要求1或2中任意一项所述的圆柱形锂离子电池，其特征在于所述的 电解质为液体电解质或聚合物电解质。
6. 根据权利要求1-5中任意一项所述的圆柱形锂离子电池，其特征在于所述的辅 助器件包括正温度系数端子和热敏电阻。
7. 根据权利要求1-6中任意一项所述的圆柱形锂离子电池，其特征在于正极端子 和负极端子位于电池的同一侧或异侧。
全文摘要
本发明属于电池技术领域，具体为一种圆柱形锂离子电池。该圆柱形锂离子电池的外壳采用非金属壳。该圆柱形锂离子电池具有良好的安全性能，能防止气胀、爆炸和燃烧。本发明操作性强，成本较低，重现性好，产品质量稳定。
文档编号H01M2/30GK101241975SQ200810034549
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者吴宇平, 鹏 张, 张汉平 申请人:复旦大学