新颖的锂离子电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是涉及一种新颖的锂离子电池。
【背景技术】
[0002] 自从1991年第一个商业化的可充电锂电池上市后，锂离子电池芯（cell)变得相 当普遍并大众化。锂离子电池芯的高能量密度使得它们相当适合用于便携设备，包括移动 电话、可携式计算器及电动式/电动混合式交通工具。
[0003] -个锂离子电池芯是由四个主要组件所构成：阴极、阳极、隔离件及电解质。当该 电池芯充电时，该阴极系氧化以提供锂离子及电子至该阳极。在放电期间，该阴极系还原至 其原始状态，同时该阳极系氧化以提供锂离子及电子。该隔离件避免阴极直接接触阳极而 发生短路。同时，该隔离件让带电离子从阴极通往阳极，反之亦然。该电解质提供锂离子的 信道，以在阴极与阳极之间通行。
[0004] 典型地，上述组件系装载在密封壳体内。该壳体包含安全通气孔以预防锂离子电 池内部在放电、充电期间及短路期间积聚在壳体内的过量压力。锂离子电池芯的壳体有三 种主要型式，即圆筒型、角柱型（prismatic)及袋型。
[0005] 锂离子电池芯典型地会产生3到4伏特的电压。要组构一个高电压电池，必须外 部串联连接个别电池芯以形成具所欲电压的电池组（battery pack)。锂离子电池芯亦可并 联以增加电池组所能提供的电流。
[0006] 典型的锂离子电池组包含电池管理系统。电池管理系统的目的在于避免电池组内 个别电池芯的过充电及过放电。
[0007] 存在对锂离子电池的需求，其相较于现有电池在组装上更为简便且成本较低。
【发明内容】
[0008] 为克服现存锂离子电池的缺点，提供一种包含锂离子电池芯的电池，这些锂离子 电池芯系于壳体内部相连接。
[0009] 该锂离子电池包含复数个彼此平行对剂排列的锂离子电池芯。各个锂离子电池芯 包含阴极，其与正电流集电器电子接触；阳极，其与负电流收集器电子接触；隔离单元，其 将阴极与阳极隔离；及电解质，其与该阴极、该阳极及该隔离单元相接触。该电池亦包含单 头正端子，其与一或多个该正电流集电器直接接触，但未与任何负电流集电器接触；单头负 端子，其与一或多个该负电流集电器直接接触，但未与任何正电流集电器接触；及一或多个 跨接连接器，各与一或多个该正电流集电器及一或多个该负电流集电器电性连接。
[0010] 所有上述组件均含纳于壳体内，该壳体具有封闭该壳体的盖子。前述正端子延伸 通过该盖的第一开口，而该负端子延伸通过第二开口。该壳体包含分隔件（divider)，将该 壳体分成至少两个区块（compartments)，各区块容纳有一或多个锂离子电池芯。
[0011] 另外，各阴极包含锂阴极材料；各阳极包含阳极材料；各隔离单元包含微孔材料； 该电解质是液体、胶体或聚合性单体；该正端子、该负端子、该正电流集电器及该负电流集 电器各包含金属片（metal tab);而该跨接连接器各包含金属条（metal bar)。
[0012] 本发明之一或多个实施方案之细节系于图式及下文中说明。本发明之其他特征、 目的及优势是由该说明及申请专利范围而显明。本文所引用之所有文件的内容以参照方式 将其整体内容纳入本文中。
【附图说明】
[0013] 图1A是12芯锂离子电池的视图，显示该壳体内的锂离子电池芯的内部视图；
[0014] 图1B是图1A所描绘的12芯锂离子电池的视图，显示该壳体内的电池芯的剖视 图，显示电池芯之间的并联及串联连接；
[0015] 图1C是12芯锂离子电池的视图，显示具有外盖的另一实施方案；
[0016] 图1D是12芯锂离子电池的视图，显示另一实施方案的展开图；
[0017] 图1E是12芯锂离子电池的视图，显示图1D所示电池经部份组装的视图；
[0018] 图2A是经配置成12芯并列的24芯锂离子电池的视图，显示电池芯间的并联及串 联连接；
[0019] 图2B是图2A所描绘的24芯锂离子电池的视图，显示该壳体内容之电池芯及电池 芯之间的外部连接；
[0020] 图3A是配置成12芯堆栈在12芯上的24芯锂离子电池的展开图，显示电池芯之 间的并联及串联连接；
[0021] 图3B是图3A所描绘的锂离子电池的底部12电池芯的视图，显示在该下部壳体内 的电池芯及该电池芯之间的外部连接；
[0022] 图3C是图3A所描绘的锂离子电池的上部12电池芯的视图，显示在该上部壳体内 的电池芯及该电池芯之间的外部连接；
[0023] 图3D是图3A所示之24芯锂离子电池经完整组装的全视图；
[0024] 图4是4芯锂离子电池的组构的展开图，显示该电池芯之间的串联连接；而
[0025] 图5是8芯锂离子电池的组构的展开图，显示该电池芯之间的并联及串联连接。
【具体实施方式】
[0026] 如前所述，存在对锂离子电池的需求，其相较于既存电池在组装上更为简便且成 本较低。
[0027] 为了满足该需求，提供一种包含复数个锂离子电池芯的锂离子电池，这些锂离子 电池芯彼此平行对齐排列于单一密封壳体中。该锂离子电池芯可以串联、并联或两者均有 的方式电性连接。有利地，该个别锂离子电池芯之间的连接，可在以壳体盖密封该壳体之前 在壳体内部完成。于另一实施方案中，该锂离子电池芯是在该壳体外部串联、并联连接或两 者均有。
[0028] 有利地，在该电池内的各锂离子电池芯并非个别包装在密封容器内。因此不需要 先制作个别的密封电池芯然后再将它们连接以形成电池。再者，所欲电池之电压系于最早 期的设计时间即纳入考虑。例如，可按照产生所欲电压及电流容量所需要的电池芯数量来 选择壳体尺寸。相较于传统锂离子电池，此方案需要较少的材料并降低了制造成本。
[0029] 该阳极通过涂覆阳极材料于负电流集电器上而形成。该阳极材料可为例如锂钛氧 化物（LiTi409)、娃、及娃/氧化娃/碳，或这些材料之混合物。附加的适当阳极材料详述于 文献Materials, 6 :156-183。该负电流集电器可包括铜、镍、镀镍钢材、不锈钢、或钛。较佳 地，该负电流集电器由铜所形成。
[0030] 与阳极相似，该阴极通过涂布阴极材料于正电流集电器上而形成。该阴极材料可 为锂钴氧化物（LiC 〇02 ;LC0)、锂镍氧化物（LiNi02 ;LN0)、锂锰氧化物（LiMn204 ;LM0)、磷酸 锂铁（LiFeP04 ;LFP)、及锂（镍，锰，钴）氧化物（Li(Ni，Mn，C〇)02 ;NMC)、或这些材料的混合 物，但不限于此。可使用其它的阴极材料详述于文献Chemical Reviewsl04 :4271-4301及 Material# : 156-183。于一较佳实施方案中，该阴极材料是LFP。
[0031] 该正电流集电器可为镍、不锈钢或铝所形成。于一较佳实施方案中，该正电流集电 器是铝所形成。
[0032] 至于该隔离件材料，此材料可为微孔聚合物膜、无纺布垫、或无机复合膜。微孔聚 合物膜的实例包括但不限于：聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、PE-PP掺混物、及高密度聚乙烯及 超高分子量聚乙烯掺混物。该无纺布垫可为例如下列物质所形成：纤维素、化学改性纤维 素、聚烯烃、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚氟偏乙烯、聚氯偏乙烯、聚氯乙烯及聚酯。该无机复合 膜可为例如陶瓷粒子等超细无机粒子结合于用了少量黏结剂的介质而形成的孔状垫。例 如，无机复合膜可为由以下所形成：结合至聚对苯二甲酸乙酯无纺支持介质的Al 203/Si02。 附加的适当隔离件材料详述于文献J. Power Sourcesl64:351-364。于一较佳实施方案中， 该隔离件材料是微孔聚合物膜。
[0033] 该电解质可为液体、胶体、或聚合性固体。例如，液体电解质可为溶于有机溶剂 的锂盐。锂盐的实例包括LiPF 6、LiBF4&LiC104。可使用的有机溶剂包含但不限于：碳 酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲酯、碳酸丙烯酯及碳酸二乙酯。该有机溶剂可相互结 合以形成二元、三元、四元及五元混合物。附加的适当锂盐及有机溶剂详述于美国专利案 US6, 245, 464。
[0034] 于另一实施方案中，可使用以聚氧乙烯（P0E)为主的复合电解质。可使用高分 子量P0E以制作用于干式锂高分子电池芯的固态电解质。于另一替代方案中，可使用 低分子量P0E于湿式锂离子电池芯用电解质。附加的适当电解质详述于文献Chemical Reviewsl04 :4303-4417。
[0035] 各单位电池芯可由下述所构成：以隔离件材料彼此隔离的多重平面阳极板及多重 平面阴极板。在此构形中，所有的阳极板彼此电性连接，而所有的阴极板亦同样彼此电性连 接。极板数量可依所欲之电池电流容量作选择。
[0036] 为