专利名称：一种圆柱状锂离子电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及锂离子电池技术领域，具体的说，涉及一种小型圆柱状锂离子电池，尤其是适合LED灯等小电流放电条件下使用的小型圆柱状锂离子电池。
背景技术：
锂离子电池是一种充电电池，它一般采用含有锂元素的材料作为正极，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池是现代高性能电池的代表，也是目前手机、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池，与传统的镍氢、镍镉及铅酸等充电电池相比，具有以下的优点1)高单体电压。单体电池的工作电压高达3. 7-3. 8V (磷酸铁锂3. 2V)，是Ni-Cd、 Ni-H电池的3倍。2)高比能量。目前能达到的实际比能量超过200Wh/kg，3-4倍于Ni-Cd，2-3倍于 Ni-MH。3)循环寿命长。一般均可达到500次以上，甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上。对于小电流放电的电器，电池的使用期限长，将倍增电器的竞争力。4)安全性能好。无公害，无记忆效应。5)自放电小。室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右，大大低于 Ni-Cd 的 25-30%, Ni,MH 的 30-35%。6)可快速充放电。7)工作温度范围高，工作温度为-25-45 ，随着电解液和正极的改进，期望能扩宽到-40-70 0C ο在很多小电流放电领域，对锂离子电池的需求量也很大。如新能源领域的LED照明，近年的发展速度非常惊人。LED (Light-Emitting Diode发光二极管)是一种能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过1501m/W(2010年)。将LED与普通白炽灯、 螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示普通白炽灯的光效为121m/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为601m/ff,寿命小于8000小时，T5荧光灯则为961m/ff, 寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效可以超过1501m/W，寿命可大于 100000小时。由于LED照明功耗低，LED作为应急灯、手电筒、草坪灯等使用时，对配套使用的锂离子电池，如使用18650电池，放电电流仅需要小至数十毫安到数百毫安(相当于 0. 02C-0. 10C)，并不需要大电流放电能力，因此采用涂布工艺制造的可高倍率放电的电池， 对小电流工作的LED照明领域显得有些浪费。因此，本实用新型提供一种小型圆柱状锂离子电池，尤其是适合LED灯小电流放电条件下使用的小型圆柱状锂离子电池。
实用新型内容为克服现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种小型圆柱状锂离子电池，尤其是适合LED灯照明灯小电流放电条件下使用的小型圆柱状锂离子电池。本实用新型所述的圆柱状锂离子电池，包括电池外壳、正极、负极、隔膜、导电棒、 盖帽、密封垫、负极压盖、正极压盖和底垫，其特点在于，所述电池的负极或正极分别为圆柱状电极或环形电极，环形电极位于电池外壳内，其内径与圆柱状电极外径相配合、外径与电池外壳相配合，横截面为同心圆结构；圆柱状电极位于电池的中心，圆柱状电极和环形电极之间为隔膜层。其中，所述隔膜层为1-3层隔膜。所述圆柱状电极以导电棒为芯，导电棒位于圆柱状电极的中心位置；所述导电棒可选用本领域常用的材料，当正极为圆柱状电极时，选用纯铝或铝合金丝为导电棒；当负极为圆柱状电极时，选用铜丝作为导电电棒；所述电池钢壳内还包括石墨乳层。另外，所述圆柱状电极还包括极耳，所述极耳可选择本领域常用的极耳，优选的， 所述极耳采用螺旋状金属。当电池的负极为圆柱状电极时，螺旋状金属为纯铝或铝合金；电池的正极为圆柱状电极时，螺旋状金属为紫铜或纯铝。其中，所述正极粉末粉料包括LiCoO2 (钴酸锂)、LiMn2O4 (锰酸锂)、LiNiO2 (镍酸锂)、Li (Ni1/3C0l/3Mni/3) O2 (三元材料)、LiFePO4 (磷酸铁锂)等目前常用的所有锂离子电池正极材料，还包括本领域常用的导电剂。所述负极粉末材料包括天然石墨、天然改性石墨、人造石墨、中间相碳微球及各类金属氧化物负极材料等目前常用的锂离子电池负极材料，还包括本领域常用的导电剂。特别的，本实用新型所述的电池可采用下述方法制备1)正极的制备将正极粉料混合，搅拌均勻后加入乙醇或N-甲基吡咯烷酮(NMP)， 搅拌均勻，压制成环状或圆柱状电极；所述圆柱状电极以导电棒为芯，导电棒位于圆柱状电极的中心位置；2)负极的制备将负极粉料混合，搅拌均勻后加入乙醇或N-甲基吡咯烷酮(NMP)， 搅拌均勻，压制成与正极相配的圆柱状或环状电极；所述圆柱状电极以导电棒为芯，导电棒位于圆柱状电极的中心位置；3)装配将环状电极装入钢壳，在圆柱状电极的外侧面包上隔膜，插入环状电极的中间，直接组装成电池。当然，步骤幻也可以如下进行在圆柱状电极的外侧面包上隔膜，插入环状电极的中间，然后将环状电极装入钢壳，直接组装成电池。步骤1)和2、中，所述压制可采用本领域常用的方法进行，优选采用打环机来实现。所述打环机是一种粉末成型设备，一般由压力机和所需的模具组成，就本实用新型来说，采用环状模具和圆柱状模具以及常用的压机组成。步骤3)中，还包括将所述钢壳内喷涂石墨乳，以增加正极粉环或负极粉环与钢壳的接触，减少接触电阻。另外，在步骤幻之后，本实用新型所述的方法还包括装上正极和负极压盖后，滚槽封口，然后在圆柱状电极上焊上弹簧状极耳后与顶盖或底盖焊接，在烘箱中烘干后，注入电解液，待电解液吸收后机械封口，然后经过化成和分选后即可制成电池成品。其工艺流程示意图如图1所示本实用新型的电池可为反极式或常规结构，采用顶部或底部滚槽封口，其结构形式见附图2、3所示。小型圆柱电池可采用反极式结构(外壳带正电)或传统的电池结构 (外壳带负电)，采用反极式结构时，正极粉末材料采用打环机压制成环状，而负极材料则压制成圆柱状，而采用传统结构时则相反。电池钢壳内喷涂石墨乳，以增加正极粉环或负极粉环与钢壳的接触，减少接触电阻。与目前传统生产工艺不同，本实用新型所述的电池，正极和负极均不采用在铝箔或铜箔上涂布成型的方法制造，而是直接将正极粉末材料或负极粉末材料加上导电剂混合均勻后，用打环机先压成环状或圆柱状，然后在其外包上隔膜后插入环状电极的中间装入钢壳中直接组装成电池，可降低电池内阻，提高电池容量。本实用新型所述的小型圆柱状锂离子电池，其制造方法取消了传统锂离子电池和浆、涂布、对辊、分条、制片和卷绕等复杂的生产环节，而是采用固体粉末直接成型工艺制造正极或负极电极，简化传统锂离子电池的复杂生产工艺，大幅度提高了生产效率，而且降低设备投资2/3以上，电池的生产和人工成本也大幅度降低1/2以上，适合于低成本快速制造适合LED灯等使用的小电流放电的各类锂离子电池。
图1为本实用新型所述方法的工艺流程图。图2为外壳为负极(反极式)的圆柱锂离子电池结构示意图；其中1-外壳2-正极环3-隔膜层4-负极5-负极导电棒6-负极盖帽7-密封垫8-正极压盖9-负极压盖 10-底垫。图3为外壳为正极的圆柱锂离子电池结构示意图；其中1-外壳2’ -负极环 3-隔膜层4’-正极5’-正极导电棒6’-正极盖帽7-密封垫8’-负极压盖9’-正极压盖10-底垫。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述。如无特别指明，本实用新型所用的原料均为市购。实施例1 18650型锰酸锂电池的制备正极配比90% (重量比)LiMn204+8%乙炔黑+2导电石墨，干粉搅拌均勻，然后添加10%正极粉料总重的NMP，继续搅拌均勻，电解液为lMLiPF6+EC+DME+DMC(l 1 1)。搅拌好的锰酸锂粉料在自制的打环机中压制成正极粉环，每节电池中加三个粉环，粉环的尺寸为外径17. 5mm,内径8. 0mm，高度为19. 0mm，每个粉环的重量为 30. 0 士0. 5g ；负极棒外径8. 0mm，高度为58. 0mm，每个粉环的重量为14. 0 士0. 5g。在负极棒外包裹上2层20微米厚的聚丙烯隔膜，装入正极粉环中，然后注入9. Og电解液，经滚槽封口后，常温下搁置M小时，然后进行化成和分选处理。[0040]化成和分选的工艺为①电池先以0.05C充电2小时，然后以0. IC充电到4. 2V; ②初步充电后的电池在烘箱内搁置12、18、M小时，温度为35-40°C ；③将电池从烘箱内取出，待冷至常温后，以0. IC倍率放电至2. 5V ；④以0. 2C倍率恒流恒压充电到4. 2V、，然后以 0. 2C放电至1. OV ；⑤反复充放电2次，然后分选电池。制备了 3节电池，结构如图2所示，外壳1内涂覆石墨乳，装入正极环2 ；圆柱状电极为负极4，其中心为负极导电棒5，外周包裹三层隔膜，这三层隔膜形成隔膜层3，圆柱状电极位于正极环2中；滚槽封口，正极环2设置正极压盖8 ；圆柱状电极为负极4，设置负极压盖9，在圆柱状电极上焊上弹簧状极耳后与顶盖或底盖焊接，在烘箱中烘干后，注入电解液，待电解液吸收后后在电池顶部增加密封垫7，设置负极盖帽6，底部增加底垫10，机械封口，然后经过化成和分选后制成电池成品。实验结果如表1所示表 权利要求1.一种圆柱状锂离子电池，包括电池外壳、正极、负极、隔膜、导电棒、盖帽、密封垫、负极压盖、正极压盖和底垫，其特征在于，所述电池的负极或正极分别为圆柱状电极或环形电极，环形电极位于电池外壳内，其内径与圆柱状电极外径相配合、外径与电池外壳相配合， 横截面为同心圆结构；圆柱状电极位于电池的中心，圆柱状电极和环形电极之间为隔膜层。
2.根据权利要求1所述的圆柱状锂离子电池，其特征在于，所述隔膜层为1-3层隔膜。
3.根据权利要求1所述的圆柱状锂离子电池，其特征在于，所述圆柱状电极以导电棒为芯，导电棒位于圆柱状电极的中心位置。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的圆柱状锂离子电池，其特征在于，所述电池钢壳内还包括石墨乳层。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的圆柱状锂离子电池，其特征在于，所述圆柱状电极还包括极耳，所述极耳采用螺旋状金属。
6.根据权利要求5所述的圆柱状锂离子电池，其特征在于，电池的负极为圆柱状电极时，所述螺旋状金属为纯铝或铝合金；电池的正极为圆柱状电极时，所述螺旋状金属为紫铜或纯铝。
专利摘要本实用新型涉及一种小型圆柱状锂离子电池，尤其是适合于LED灯小电流放电条件下使用的圆柱状锂离子电池，所述电池的负极或正极分别为圆柱状电极或环形电极，环形电极的内径与圆柱状电极外径相配合、外径与电池钢壳相配合，圆柱状电极位于电池的中心，圆柱状电极和环形电极之间为隔膜层。与目前传统的电池不同，本实用新型所述的电池，正极和负极均直接将正极材料或负极材料与导电剂的混合物用打环机压制成环状或圆柱状，然后在圆柱状电极外包上隔膜后插入环状电极的中，装入钢壳中直接组装而成，结构简单，电池容量高。
文档编号H01M10/0525GK202217740SQ201120337600
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者吕焕祥, 张立军, 甘永平, 钱灵超, 陶新永 申请人:浙江吉能电池科技有限公司