专利名称：锂离子动力电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子动力电池。
背景技术：
现有的锂离子动力电池通常可分为卷绕式及层叠式两类，其包括外壳体、封装于 外壳体内的正极片、负极片、隔膜及电解液。该隔膜设置于正极片与负极片之间。该电解液 充分浸润正极片、负极片及隔膜。所述正极片包括一正极集流体及形成于该正极集流体表 面的正极材料层。所述负极片包括一负极集流体及形成于该负极集流体表面的负极材料层。层叠式的锂离子动力电池可包括多层交叠设置并通过隔膜间隔的正、负极片。为 了减小锂离子动力电池的厚度，正、负极片间的压合较为紧密，从而造成了向正、负极片间 注入电解液较为困难。正、负极片的面积越大，电解液越难以注入。因此，为使电解液能够渗 透并充分浸润至正、负极片的中部，在制造的过程中通常需要将注入电解液后的锂离子动 力电池放置较长时间。这一缺点在动力大电池的制造过程中尤为明显，注入电解液后的动 力大电池往往需要放置十几小时甚至更长时间，大大影响了锂离子动力电池的生产效率。 另外，这种紧密压合的正负极片使充放电过程中锂离子动力电池内部产生的气体不易向外 排出，影响锂离子动力电池的循环性能。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种易于注入电解液且在使用过程中气体易于排出的锂 离子动力电池。一种锂离子动力电池，该锂离子动力电池的功率密度大于等于500瓦/千克，其包 括至少一电池单体，该电池单体包括层叠并间隔设置的正极片及负极片，其中，该正极片具 有多个第一通孔，该负极片具有多个第二通孔，该每个第二通孔都对应一个第一通孔设置。一种锂离子动力电池，该锂离子动力电池的功率密度大于等于500瓦/千克，其包 括至少一电池单体，该电池单体包括多个正极片及多个负极片，该多个正极片与多个负极 片交替层叠并间隔设置，其中，该每个正极片具有多个第一通孔，该每个负极片具有多个第 二通孔，该每个第二通孔都与一个第一通孔对应设置。相较于现有技术，所述锂离子动力电池的正、负极片均具有通孔，使电解液易于从 通孔中进入并渗透至正、负极片中部，并且在充放电过程中，该锂离子动力电池内部产生的 气体易于从通孔排出。
图1为本发明实施例锂离子动力电池中电池单体的外部结构示意图。图2为本发明实施例锂离子动力电池中电池单体的内部结构示意图。图3为图2中的电池单体沿III-III线的剖视示意图。
图4为正极片的通孔与负极片的通孔的配合示意图。图5为电池保护电路板的方框图。主要元件符号说明锂离子动力电池100正极片102负极片104隔膜106外部封装结构108正极集流体112正极材料层122负极集流体114负极材料层124极耳130第一通孔132第二通孔134电池保护电路板140信号采集单元142保护芯片14加电压检测单元1422电流检测单元1424温度检测单元1426控制单元144单片机1440开关单元144具体实施例方式下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的锂离子动力电池作进一步的详细说明。请参阅图1至图4，本发明实施例提供一种锂离子动力电池100，该锂离子动力电 池100的功率密度大于等于500瓦/千克(W/kg)，其包括至少一电池单体，该电池单体包 括正极片102、负极片104、隔膜106、非水性电解液及外部封装结构108。该外部封装结构 108将正极片102、负极片104、隔膜106及非水性电解液封装其间。该正极片102与负极片 104层叠设置，并通过隔膜106相互间隔。该层叠的正极片102、负极片104及隔膜106相 互贴合，优选地，该正、负极片102、104平行设置。可以理解，该锂离子动力电池100可包括 多个正极片102与多个负极片104交替层叠设置，每两个相邻的正极片与负极片之间具有 一隔膜。该正、负极片102，104的数量不限，正、负极片102，104可以分别为1层 100层 或更多层，优选为20层 50层。此外，该锂离子动力电池100的容量可大于等于10安培 小时(Ah)。请参阅图3，该正极片102包括一片状的正极集流体112及形成于该正极集流体112与所述负极集流体114相对的表面的正极材料层122。该负极片104包括一片状的负 极集流体114及形成于该负极集流体114与所述正极集流体112相对的表面的负极材料层 124。优选地，该正极片102具有两个正极材料层122分别形成在该正极集流体112两个相 对表面，该负极片104具有两个负极材料层124分别形成在该负极集流体114两个相对表 面。将所述正极片102与负极片104层叠设置后，该正极材料层122与负极材料层124通 过所述隔膜106间隔，并与所述隔膜106贴合设置。该正极集流体112及负极集流体114 还可分别具有一伸出正极材料层122及负极材料层124外部的极耳130。该极耳130用于 与锂离子动力电池100外部的电路电连接。当多个正极片102与多个负极片104交替层叠 设置时，该多个正极集流体112的极耳130相互重叠，该多个负极集流体114的极耳130相 互重叠，且该正极集流体112的极耳130与该负极集流体114的极耳130分开设置。该正极片102具有至少一第一通孔132，该负极片104具有至少一与所述第一通 孔132相对应的第二通孔134。该第一通孔132与第二通孔134为电解液提供流通通道，使 正、负电极片102，104表面的电解液能够流入正、负电极片102，104之间。优选地，该正极 片102与负极片104均具有多个基本均勻的分布在正、负极片102，104上的第一及第二通 孔132，134。形成在正极片102上的第一通孔132使正极片102两个相对的表面连通，形成 在负极片104上的第二通孔134使负极片104两个相对的表面连通。可以理解，该第一及第 二通孔132，134的数量与正、负极片102，104的面积有关，当锂离子动力电池100较小时， 如每个正、负极片102，104的边长小于等于10厘米时，可仅在正极片102的中心形成一第 一通孔132，并在负极片104的中心形成一与第一通孔132位置对应的第二通孔134。当该 锂离子动力电池100较大时，如当正、负极片102，104的边长大于或等于50厘米时，采用现 有的注入电解液的方式几乎无法将电解液充分注入所述正、负极片102，104之间，因此，可 通过在正、负极片102，104上形成多个第一及第二通孔132，134，从而实现使电解液快速、 充分注入正、负极片102，104之间。此外，当该正、负极片102，104分别为多层时，优选地， 该负极片104的多个第二通孔134与其相邻的正极片102的多个第一通孔132 —一对应设 置。由于该正、负极片102，104整体具有第一及第二通孔132，134，该正极材料层122、 正极集流体112、负极材料层124及负极集流体114也具有通孔，且该正极材料层122的通 孔与正极集流体112的通孔边缘对齐，该负极材料层124的通孔与负极集流体114的通孔 边缘对齐。每个负极片104上的第二通孔134都与一个正极片102上的第一通孔132对应。 亦即，正极片102上的第一通孔132的数量可以多于负极片104的第二通孔134的数量。优 选地，第一通孔132及第二通孔134数量相等。当将正、负极片102，104层叠设置后，该正、 负极片102，104的相互对应的第一及第二通孔132，134的轴线基本对准。然而，该正、负极 片102，104是先各自形成第一及第二通孔132，134后，再与所述隔膜106装配在一起的，因 此设置于所述正、负极片102，104之间的隔膜106为一完整结构，并不具有类似于正、负极 片102，104的第一及第二通孔132，134，从而防止正、负极片102，104之间的短路。该正、负极片102，104的第一及第二通孔132，134形状不限、可以为圆形孔、方形 孔、菱形孔、三角形孔、多边形孔或其组合。该正、负极片102，104相对应的第一及第二通孔 132，134可以具有一致的形状，例如当正极片102上的第一通孔132为圆形孔时，与该第一 通孔132对应的负极片104的第二通孔134也为圆形孔。该每个第一及第二通孔132，134的面积分别约为0. 001平方毫米 13平方毫米，每个第一及第二通孔132，134的边长或直 径约为50微米 4毫米。优选地，该第一及第二通孔132，134为直径1毫米 2毫米的圆 孔。同一正、负极片102，104上相邻的两个第一及第二通孔132，134轴线之间的间隔为1厘 米 50厘米，优选为5厘米。该多个第一及第二通孔132，134可按行及列排列形成阵列， 或以正、负极片102，104的中心为圆心呈发散状排列。该正、负极片102，104的开孔率均优 选小于10%，更为优选小于2%，如至1%。。较小的开孔率一方面可以确保正、负极集流 体112，114表面能够担载更多活性物质，避免影响电池容量；另一方面可以确保正、负电极 集流体112，114具有足够的强度，不致由于挤压而断裂。 请参阅图4，该正极片102的第一通孔132的尺寸可以大于或等于所述负极片104 第二通孔134的尺寸。当该通孔132，134为圆形孔时，该第一通孔132的直径大于或等于第 二通孔134的直径。当该通孔132，134为矩形孔时，该第一通孔132的边长大于或等于第 二通孔134的边长。优选地，该正极片102通孔132的尺寸大于所述负极片104第二通孔 134，从而为负极片104第二通孔134的位置留有余量，易于装配。当正、负极片102，104第 一及第二通孔132，134的位置略有偏差而非精确对准时，在垂直于所述正、负极片102，104 的方向上，该正极片102的第一通孔132包围该负极片104的第二通孔134，使负极片104 的第二通孔134位于正极片102的第一通孔132的范围内，从而使整个正极片102的正极 材料层122均对应有负极片104的负极材料层124。由于正极材料层122含锂，这种设置方 式使从正极片102到负极片104的方向上，由于总有负极材料层124与正极材料层122相 对应，防止锂离子直接以金属锂的形式析出，提高电池的安全性。优选地，该正极片102第 一通孔132的边长或直径为该负极片104第二通孔134的边长或直径的1. 5倍至2倍。本 实施例中，该正极片102第一通孔132的边长或直径为2毫米，该负极片104第二通孔134 的边长或直径为1毫米。当该锂离子动力电池100包括多个正极片102及多个负极片104 相互交叠时，该多个正、负极片102，104中的第一及第二通孔132，134的轴线均相互基本对 准，或至少使所述负极片104的第二通孔134能够位于所述正极片102的第一通孔132的 范围内。该正、负极集流体112，114为金属箔片，该正极集流体112可以为铝箔或钛箔，该 负极集流体114可以为铜箔或镍箔。该正、负极集流体112，114的厚度为1微米 200微米。 该正极材料层122包括均勻混和的正极活性物质、导电剂及粘结剂。该负极材料层124包 括均勻混合的负极活性物质、导电剂及粘结剂。该正极活性物质可以为锰酸锂、钴酸锂、镍 酸锂或磷酸铁锂等，该负极活性物质可以为天然石墨、有机裂解碳或中间相碳微球(MCMB) 等，该导电剂可以为乙炔黑或碳纤维等，该粘结剂可以为聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯 (PTFE)等。可以理解，该正极活性物质、负极活性物质、导电剂及粘结剂也可采用其他常用 的材料。该正极片102的整体厚度约为50微米 300微米，优选为60微米 150微米。该 负极片104的整体厚度约为30微米 200微米，优选为50微米 150微米。所述隔膜106可以为聚丙烯微孔性膜、聚丙烯/聚乙烯复合隔膜或者陶瓷复合隔 膜，所述电解液中的电解质盐可以为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂或双草酸硼酸锂等，所述电解 液中的有机溶剂可以为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯或碳酸二甲酯等。可以理解，所述隔膜106 和电解液也可采用其他常用的材料。另外，所述电解液可以用固体电解质膜或离子液体取 代，当该锂离子动力电池具有固体电解质膜时，该固体电解质膜进一步取代所述隔膜106，设置在所述正极材料层122与负极材料层124之间。所述外部封装结构108可以为硬质电池壳或软封装袋。所述正极集流体的极耳 130和负极集流体的极耳130暴露于所述外部封装结构108之外，从而实现与外部电路的电 连接。进一步地，该锂离子动力电池100可进一步包括多个相互并联或串联的电池单 体。具体为，当该多个电池单体串联时，该多个电池单体之间的正极集流体112的极耳130 与负极集流体114的极耳130交替地电连接，即每个电池单体的正极集流体的极耳130与 另外一个电池单体的负极集流体的极耳130电连接，从而实现多个电池单体相互串联。通 过该多个电池单体的相互串联，使该锂离子动力电池100的额定电压为一个电池单体的整 数倍，而额定容量为一个电池单体的容量。当该多个电池单体并联时，该多个电池单体的正 极集流体112的极耳130相互电连接，该各个电池单体的负极集流体114的极耳相互电连 接，从而实现该各个电池单体相互并联。通过该多个电池单体的相互并联，该锂离子动力电 池100的额定电压为每个电池单体的额定电压，而该锂离子动力电池100的额定容量为每 个电池单体的额定容量的整数倍。以钴酸锂为正极活性物质的电池单体为例，如每个电池 单体的容量为4Ah，且为满足实际应用，需要额定容量为20Ah的动力电池100，则可将5个 电池单体并联。请参阅图5，进一步地，该电池单体可包括一与所述正极集流体的极耳130和负极 集流体的极耳130电连接的电池保护电路板140，所述电池保护电路板140包括信号采集 单元142和控制单元144，所述信号采集单元142包括保护芯片1420、电压检测单元1422、 电流检测单元1424和温度检测单元1426，所述控制单元144包括单片机1440和开关单元 1442。所述电压检测单元1422通过所述每个电池单体的极耳130分别与所述正极片102 和负极片104电连接。所述保护芯片1420与所述电压检测单元1422电连接，并可通过所 述电压检测单元1422检测所述锂离子动力电池100的电压。所述单片机1440与所述保护 芯片1420电连接，并可读取所述保护芯片1420检测到的电压值，并将该检测到的电压值与 该单片机中预设的电压值范围比较，从而控制开关单元1442断开或接通充放电回路。即当 该被检测到的电压值在预设的电压值范围之外时，控制开关单元1442断开锂离子动力电 池100的充放电回路，当该被检测到的电压值在预设的电压值范围之内时，控制开关单元 1442接通该锂离子动力电池100充放电回路。所述预设的电压值范围包括过充电压设定值 范围和过放电压设定值范围。所述电流检测单元1424通过所述每个电池单体的极耳130分别与所述正极片102 和负极片104电连接，同时，该电流检测单元1424也与所述保护芯片1420电连接。所述保 护芯片1420可通过该电流检测单元1424检测所述锂离子动力电池100中的电流，所述单 片机1440可读取所述保护芯片1420所检测到的电流值，并将该检测到的电流值与该单片 机1440中预设的电流值范围比较，从而控制开关单元1442断开或接通充放电回路。即当 该电流值大于或等于电流设定值时，控制开关单元1442断开充放电回路，当断开的持续时 间大于延时设定值时，控制开关单元1442接通充电回路。其中，所述设定电流值范围包括 过流设定电流值范围和短路电流值范围。所述温度检测单元1426通过所述每个电池单体的极耳130分别与所述正极片102和负极片104电连接，同时，该温度检测单元1426也与所述保护芯片1420电连接。该保护 芯片1420可通过该温度检测单元1426检测所述锂离子动力电池100的工作温度，所述单 片机1440可读取该温度值，并根据检测到的温度值通过控制开关单元1442断开充放电回 路。通过所述电池保护板140的设置可避免该锂离子动力电池100由于过充或过放而 引起的锂离子动力电池100的循环寿命下降或充放电效率的下降，或者由于过热而引起的 电池容量的衰减。同时，当该锂离子动力电池100包括多个电池单体时，该电池保护板140 可有效保护每个电池单体，从而避免由于单个电池单体的损害而降低整个锂离子动力电池 100的使用寿命。本发明实施例锂离子动力电池中电池单体的制备方法主要包括以下几个步骤步骤一，提供正极集流体112及负极集流体114 ；
步骤二，分别在该正极集流体112及负极集流体114表面均勻涂布正极材料层122 及负极材料层124，形成正极片102及负极片104 ；步骤三，在正极片102及负极片104上形成位置对应的第一及第二通孔132，134 ； 以及步骤四，将正极片102及负极片104封装至一外部封装结构108中。在上述步骤二中，可通过涂膜机对所述正、负极集流体112，114进行涂膜。具体 地，先将正极活性物质及负极活性物质分别与导电剂及粘结剂溶液混合，形成正极浆料及 负极浆料，再通过涂膜机将正、负极浆料分别涂布于正、负极集流体112，114表面并干燥， 形成正、负极材料层122，124。进一步地，可通过压膜机对涂布的正、负极材料层122，124进 行压实。在上述步骤三中，所述形成第一及第二通孔132，134的方法可以采用冲压法或激 光刻蚀法等方法。通过激光刻蚀法可形成尺寸较小的第一及第二通孔132，134。所述第一及 第二通孔132，134是在形成正、负极材料层122，124之后形成的，从而避免先单独对正、负 极集流体112，114开孔后再进行涂布时产生的浆料渗漏或粘连使第一及第二通孔132，134 堵塞的情况。所述第一及第二通孔132，134是形成在正、负极片102，104对应的位置，具体 地，可通过定位装置将大小相等的正、负极片102，104固定，并在相同的位置进行打孔。当所述锂离子动力电池采用电解液或离子液体时，上述步骤四可进一步包括(1)提供隔膜106，将正极片102与负极片104分别设置于所述隔膜106两侧并压 合；以及(2)通过所述第一及第二通孔132，134向正极片102及负极片104间注入电解质， 并将所述正极片102、负极片104、隔膜106及电解质封装于所述外部封装结构108中。在上述步骤(1)中，可先将所述隔膜106铺设于正极片102表面，再将所述负极 片104覆盖于隔膜106之上，在装配的过程中，应通过定位装置使正极片102上的第一通孔 132与负极片104上的第二通孔134尽量对准。当所述锂离子动力电池包括多个正极片102 及多个负极片104时，可反复多次的依次层叠所述正极片102、隔膜106及负极片104，形成 多层结构。层叠后的正、负极片102，104及隔膜106可通过压膜机相互压紧。在上述步骤⑵中，所述电解液通过所述通孔注入正、负极片102，104之间。由于 所述正、负极片102，104具有第一及第二通孔132，134，通过所述第一及第二通孔132，134，电解液可快速地流入正、负极片102，104之间，迅速浸润整个正极片102、负极片104及隔膜 106，提高了锂离子动力电池的生产效率。所述正、负极片102，104的面积越大，尤其是在动 力大电池中，从通孔处注入电解液的效果越明显。优选地，该正、负极片102，104的面积可 大于400平方厘米。当该正、负极片102，104为矩形时，该正、负极片102，104的边长可大 于等于10厘米，优选为20厘米 100厘米。 当所述锂离子动力电池100采用固体电解质时，可直接将固体电解质膜代替所述 隔膜106设置在正、负极片102，104之间。此外，该制备方法进一步包括一使一电池保护电路板140与所述正、负极片102， 104电连接的步骤。所述锂离子动力电池在使用时，由于所述正、负极片102，104具有第一及第二通 孔132，134，使在正、负极片102，104间电解液或其他物质分解产生的气体能够容易的排出。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精 神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
一种锂离子动力电池，该锂离子动力电池的功率密度大于等于500瓦/千克，其包括至少一电池单体，该电池单体包括层叠并间隔设置的正极片及负极片，其特征在于，该正极片具有多个第一通孔，该负极片具有多个第二通孔，该每个第二通孔都对应一个第一通孔设置。
2.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述锂离子动力电池中每个正 极片和负极片的面积大于等于100平方厘米。
3.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述正、负极片平行设置，且在 垂直于所述正、负极片的方向上，所述相互对应的第二通孔位于所述第一通孔的范围内。
4.如权利要求3所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述相互对应的第一通孔与第 二通孔的轴线基本对准。
5.如权利要求4所述的锂离子动力电池，其特征在于，该相邻的两个第一通孔及相邻 的两个第二通孔的轴线之间的间距为1厘米至50厘米。
6.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，每个所述第一通孔及第二通孔 的面积分别为0. 001平方毫米至13平方毫米。
7.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，该正极片及负极片的开孔率均 小于10%。
8.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，该电池单体进一步包括将该正 极片与该负极片间隔的隔膜、电解质及外部封装结构，所述外部封装结构将所述正极片、负 极片、电解质及隔膜封装于其中。
9.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，该锂离子动力电池包括多个电 池单体，该多个电池单体的正极片与负极片交替地电连接，从而实现该多个电池单体之间 相互串联。
10.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，该锂离子动力电池包括多个电 池单体，该多个电池单体的正极片相互电连接，该多个电池单体的负极片相互电连接，从而 实现该多个电池单体相互并联。
11.如权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，该电池单体包括一与所述正极 片和负极片电连接的电池保护电路板，该电池保护电路板包括信号采集单元及控制单元。
12.—种锂离子动力电池，该锂离子动力电池的功率密度大于等于500瓦/千克，其包 括至少一电池单体，该电池单体包括多个正极片及多个负极片，该多个正极片与多个负极 片交替层叠并间隔设置，其特征在于，该每个正极片具有多个第一通孔，该每个负极片具有 多个第二通孔，该每个第二通孔都与一个第一通孔对应。
13.如权利要求12所述的锂离子动力电池，其特征在于，该每个负极片的多个第二通 孔与其相邻的正极片的多个第一通孔一一对应设置。
全文摘要
本发明涉及一种锂离子动力电池，该锂离子动力电池的功率密度大于等于500瓦/千克，其包括至少一电池单体，该电池单体包括层叠并间隔设置的正极片及负极片，其中，该正极片具有多个第一通孔，该负极片具有多个第二通孔，该每个第二通孔都对应一个第一通孔设置。
文档编号H01M4/13GK101847748SQ20101017099
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者何向明, 李建军, 蒲薇华, 高剑 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司