專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鋰離子電池制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種大容量、高安全性磷酸鐵鋰電池及其 制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池自1990年在日本Sony公司被成功研制后，就以其工作電壓高(3. 7V)、 比能量高(8(Tl40wh/kg)、自放電率低(5%/月)、無(wú)記憶效應(yīng)和對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受到了 電池界的普遍青睞。在世界范圍內(nèi)掀起了鋰離子電池研究和產(chǎn)業(yè)化熱潮。由于鋰離子電池 迎合了通信及信息技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)電池小型化、輕量化、高能化的發(fā)展要求，各級(jí)用戶(hù)對(duì) 其需求量也節(jié)節(jié)攀升。1996年日本鋰離子電池銷(xiāo)售額達(dá)12億美元，已超過(guò)了 MH — Ni電池 和Ni-Cd電池的銷(xiāo)售額。到2002年，鋰離子電池在小型二次電池中已經(jīng)占據(jù)絕對(duì)的統(tǒng)治地 位。但是，鋰離子電池的大型化，一直受制于制造工藝和安全性。鋰離子電池采用薄形化電極，集流體采用鋁箔和銅箔，小容量電池如手機(jī)、筆記本 電腦用電池，采用單極耳即可滿(mǎn)足使用要求，帶極耳卷繞工藝是目前鋰離子二次電池行業(yè) 的一個(gè)主流生產(chǎn)工藝；但是對(duì)于大容量、大功率型鋰離子二次電池而言，由于工作電流較 大，必須采用多極耳工藝，如果先焊接極耳后再卷繞，由于極片厚度公差的存在，極耳在卷 繞后的位置很難一致重疊，而且多極耳和導(dǎo)電極柱的連接也很難處理。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池制備方法，旨在解決目前的鋰離子二次電 池產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝所存在的制造難題及缺陷。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟 去除銅箔和鋁箔表面的油漬；
取磷酸鐵鋰粉末和導(dǎo)電劑，置于黏結(jié)劑的N-甲基吡咯烷酮溶液中，混勻形成正極活性 材料；
取人造石墨和導(dǎo)電劑，置于活性材料的水溶液中，混勻形成負(fù)極活性材料； 將混勻的正極活性材料涂敷于已處理過(guò)的鋁箔上，制成正極極片，在正極極片的兩側(cè) 預(yù)留不涂正極活性材料的第一條條形空箔部位和第二條條形空箔部位；
將混勻的負(fù)極活性材料涂敷于已處理過(guò)的銅箔上，制成負(fù)極極片，在負(fù)極極片的兩側(cè) 預(yù)留不涂負(fù)極活性材料的第三條條形空箔部位和第四條條形空箔部位；
將正極極片和負(fù)極極片分別烘干、碾壓、分條成一定寬度的正極極片和負(fù)極極片； 將正極極片、負(fù)極極片和隔膜卷繞成圓柱形的電芯，電芯的中心形成容納電解液的收 容空間，電芯的兩端分別為正極端和負(fù)極端；將鋁導(dǎo)電盤(pán)和電芯的正極端用激光焊接連接； 將鎳導(dǎo)電盤(pán)和電芯的負(fù)極端用激光焊接或者用電阻焊焊接；
將鍍鎳鋼筒的一端滾槽，將已經(jīng)連接好導(dǎo)電盤(pán)的電芯放入鍍鎳鋼筒，電芯的負(fù)極端先 入，再將鍍鎳鋼筒的另一端滾槽；
用電阻焊焊接方式將鎳導(dǎo)電盤(pán)上的鎳極耳和負(fù)極帽蓋連接在一起，將負(fù)極帽蓋壓入， 采用機(jī)械封口方式進(jìn)行封口；
將配置好的電解液注入到電芯的收容空間內(nèi)；
用激光焊的焊接方式將鋁導(dǎo)電盤(pán)上的鋁極耳和正極帽蓋連接在一起，將正極帽蓋壓 入，采用機(jī)械封口方式進(jìn)行封口 ；
對(duì)電芯進(jìn)行活化、化成和分容處理。所述的鋰離子電池，其中，所述第一條條形空箔部位的寬度是0.20-1. Omm;所述 第二條條形空箔部位的寬度是5. 0-30mm。所述的鋰離子電池，其中，所述第三條條形空箔部位的寬度是0.20-1. 0mm;所述 第四條條形空箔部位的寬度是5. 0-30mm。所述的鋰離子電池，其中，所述鋰離子電池的正極蓋帽含有電流阻斷裝置和不可 逆泄壓閥；負(fù)極蓋帽含有可逆的瀉壓裝置。所述的鋰離子電池，其中，所述正極活性材料為磷酸亞鐵鋰系活性材料。本發(fā)明的有益效果從工藝上實(shí)現(xiàn)了大型鋰離子電池的生產(chǎn)制造問(wèn)題，而且工藝 簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)成本低；特殊的極片結(jié)構(gòu)制備工藝，可以提高鋰離子電池的大 電流充放電性能；特殊的機(jī)械封口結(jié)構(gòu)制備工藝，極大地提高了大型鋰離子電池的安全性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池的正極極片的示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池滾槽結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池封口后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池的正極蓋帽結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池的負(fù)極蓋帽結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池的負(fù)極底面示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì) 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的大容量、高安全性圓柱形鋰離子電池，包括正極帽蓋、負(fù)極帽蓋、鋁導(dǎo)電 盤(pán)、鎳導(dǎo)電盤(pán)、鍍鎳鋼筒、電芯，正極帽蓋和負(fù)極帽蓋設(shè)置在鍍鎳鋼筒的兩端，用于將電芯封 裝在鍍鎳鋼筒內(nèi)，電芯包括正極極片、負(fù)極極片、隔膜、電解液，隔膜夾在正極極片和負(fù)極極 片之間，正極極片、負(fù)極極片和隔膜卷繞形成容納電解液的收容空間，電芯的兩端分別為正 極端和負(fù)極端，電芯的正極端和鋁導(dǎo)電盤(pán)連接，電芯的負(fù)極端和鎳導(dǎo)電盤(pán)連接，鎳導(dǎo)電盤(pán)和負(fù)極帽蓋連接，鋁導(dǎo)電盤(pán)和正極帽蓋連接。所述正極極片和負(fù)極極片分別采用鋁箔2和銅箔6做集流體，如圖1所示，在涂敷 活性材料涂層時(shí)在正極極片的兩側(cè)預(yù)留不涂活性材料的第一條條形空箔部位8和第二條 條形空箔部位9 第一條條形空箔部位8的寬度在0. 20-1. Omm范圍內(nèi)；第二條條形空箔部 位9的寬度在5.0-30mm范圍內(nèi)。相應(yīng)的，在涂敷活性材料涂層時(shí)在負(fù)極極片的兩側(cè)預(yù)留不 涂活性材料的第三條條形空箔部位和第四條條形空箔部位第三條條形空箔部位的寬度在 0. 20-1. Omm范圍內(nèi)；第四條條形空箔部位的寬度在5. 0-30mm范圍內(nèi)。預(yù)留第一條條形空箔部位8和第三條條形空箔部位的作用是為了避免成卷極片 分切時(shí)切到涂層而產(chǎn)生毛刺和局部掉料，提高電池安全性。極片分切毛刺的形成與極片涂 層里的高硬度無(wú)機(jī)活性材料對(duì)刀具的磨損有很大關(guān)系，當(dāng)采用本發(fā)明的方法，分切極片時(shí) 僅僅分切到純的鋁箔或銅箔時(shí)，對(duì)刀具的磨損很輕微，上述毛刺可大大降低，因此可以提高 大容量電池的安全性。預(yù)留第二條條形空箔部位9和第四條條形空箔部位的作用是便于不帶焊接的多 條極耳而實(shí)現(xiàn)高效率卷繞。是為了將正極極片、隔膜、負(fù)極極片連續(xù)卷繞后在此部位與引出 用集電體相連接，正極極片與負(fù)極極片的引出用集電體分別位于極組的兩側(cè)，正極極片空 箔端與鋁導(dǎo)電盤(pán)11采用激光焊接連接，鋁導(dǎo)電盤(pán)11與正極蓋帽采用激光焊接連接。負(fù)極 極片空箔端與鎳導(dǎo)電盤(pán)21采用激光焊接，鎳導(dǎo)電盤(pán)21與負(fù)極蓋帽采用電阻焊連接。同時(shí)， 采用導(dǎo)電盤(pán)和條條形空箔部位的連接，也是最佳的集流方式，有利于大電流放電。如圖2、圖3所示，在鍍鎳鋼管7的兩端采用機(jī)械滾槽工藝，正極、負(fù)極蓋帽采用機(jī) 械封口方式密封，鍍鎳鋼管7不帶電。鍍鎳鋼管7的雙端機(jī)械滾槽、機(jī)械封口，實(shí)現(xiàn)了大容 量鋰離子電池的生產(chǎn)，也增加了大容量鋰離子電池的安全性。如圖4、圖5和圖6所示，正極蓋帽含有CID (電流阻斷裝置)、PTC (大功率電池可 以不含)和不可逆泄壓閥；負(fù)極蓋帽含有可逆的瀉壓裝置。這樣也極大的提高了大容量電 池的安全性。本發(fā)明的目的還在于提供上述電池的制備方法，該方法制造成本低，效率高，且實(shí) 用易行，亦無(wú)需電池間的串并聯(lián)組合和連接保護(hù)裝置，就可達(dá)到大容量和高安全的目的。本 發(fā)明大容量鋰離子電池的制備方法的具體制備過(guò)程如下
(1)、集流體的處理去除銅箔6和鋁箔2表面的油漬，增強(qiáng)活性物質(zhì)和箔材的結(jié)合力； O)、正極活性材料的制備取磷酸鐵鋰粉末和導(dǎo)電劑，置于黏結(jié)劑的N-甲基吡咯烷酮 溶液中，混勻形成共聚物；
(3)、負(fù)極活性材料的制備取人造石墨和導(dǎo)電劑，置于活性材料的水溶液中，混勻形成 共聚物；
、正極極片的涂敷將混勻的正極活性材料涂敷于已處理過(guò)的鋁箔2上，在極片的 兩側(cè)預(yù)留不涂活性材料的條形空箔部位；
(5)、負(fù)極極片的涂敷將混勻的負(fù)極活性材料涂敷于已處理過(guò)的銅箔6上，在極片的 兩側(cè)預(yù)留不涂活性材料的條形空箔部位；
(6)、正、負(fù)極片的制備將正、負(fù)極片烘干、碾壓、分條成一定寬度的極片；
(7)、電芯的卷繞在卷繞機(jī)上，將正、負(fù)極片和隔膜卷繞成圓柱形的電芯。電芯的中心 形成容納電解液的收容空間，電芯一端是正極端(正極極片的端部)，另一端是負(fù)極端(負(fù)極極片的端部)；
(8)、導(dǎo)電盤(pán)和電芯的連接將鋁導(dǎo)電盤(pán)11(鋁導(dǎo)電盤(pán)上帶有鋁極耳12)和電芯的正極 端用激光焊接連接。將鎳導(dǎo)電盤(pán)21 (鎳導(dǎo)電盤(pán)上有鎳極耳22)和電芯的負(fù)極端用激光焊接 或者用電阻焊焊接；
(9)、電芯的裝配將鍍鎳鋼筒一端滾槽，將已經(jīng)連接好導(dǎo)電盤(pán)的電芯放入鍍鎳鋼筒，負(fù) 極端先入，再將另一端滾槽；
(10)、負(fù)極端封口用電阻焊接方式將鎳極耳和負(fù)極帽蓋連接在一起，將帽蓋壓入，采 用機(jī)械封口方式，將負(fù)極端封口 ；
(11)、電芯的注液將配置好的電解液注入到電芯中。(12)、正極端封口 用激光焊的焊接方式將鋁極耳和正極帽蓋連接在一起，將帽蓋 壓入，采用機(jī)械封口方式，將正極端封口 ；
(13)、電芯的化成分容電芯注液、封口完成后，即可進(jìn)行活化、化成和分容。本發(fā)明的大容量、高安全性圓柱形鋰離子電池，正極活性材料采用磷酸亞鐵鋰系 活性材料制造。磷酸亞鐵鋰Lii^e (M)PO4 (M為攙雜的Nb、Mn、Co等)系正極材料中P043—四面體非 常穩(wěn)定，在充放電過(guò)程中起到結(jié)構(gòu)支撐作用，尤其是在過(guò)充、過(guò)熱情況下不會(huì)釋放高活性的 氧原子，不存在像LiCoO2, LiNiCoMnO2, LiMn2O4等正極材料那樣的劇烈氧化、爆炸反應(yīng)；同時(shí) 由于在充放電過(guò)程中，LiFePO4和完全脫鋰狀態(tài)下的FePO4都為正交結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)只有微 小變化，電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能。因此采用Lii^ePO4S正極材料的鋰離子電池可以有效避 免爆炸反應(yīng)，有潛力滿(mǎn)足目前電動(dòng)汽車(chē)或電動(dòng)玩具對(duì)高容量、大功率動(dòng)力電池的性能需求。本發(fā)明的有益效果是
1.從工藝上實(shí)現(xiàn)了大型鋰離子電池的生產(chǎn)制造問(wèn)題，而且工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 化，生產(chǎn)成本低；
2.特殊的極片結(jié)構(gòu)，可以提高鋰離子電池的大電流充放電性能； 3.特殊的機(jī)械封口結(jié)構(gòu)，極大地提高了大型鋰離子電池的安全性。本發(fā)明的大容量電池特指額定容量(IC)在5Ah以上，尤其是IOAh以上的鋰離子 二次電池，高容量電池里包括容量型電池和大功率型電池，容量型電池的最大放電倍率在 2C以下，大功率型電池特指最小放電倍率在3C以上的大功率型電池，根據(jù)具體使用要求， 做適當(dāng)工藝調(diào)整按本發(fā)明的方法既可以生產(chǎn)純粹高容量的電池，也可以生產(chǎn)高容量、大功 率兼?zhèn)涞碾姵?。?yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可 以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 去除銅箔和鋁箔表面的油漬；取磷酸鐵鋰粉末和導(dǎo)電劑，置于黏結(jié)劑的N-甲基吡咯烷酮溶液中，混勻形成正極活性 材料；取人造石墨和導(dǎo)電劑，置于活性材料的水溶液中，混勻形成負(fù)極活性材料； 將混勻的正極活性材料涂敷于已處理過(guò)的鋁箔上，制成正極極片，在正極極片的兩側(cè) 預(yù)留不涂正極活性材料的第一條條形空箔部位和第二條條形空箔部位；將混勻的負(fù)極活性材料涂敷于已處理過(guò)的銅箔上，制成負(fù)極極片，在負(fù)極極片的兩側(cè) 預(yù)留不涂負(fù)極活性材料的第三條條形空箔部位和第四條條形空箔部位；將正極極片和負(fù)極極片分別烘干、碾壓、分條成一定寬度的正極極片和負(fù)極極片； 將正極極片、負(fù)極極片和隔膜卷繞成圓柱形的電芯，電芯的中心形成容納電解液的收 容空間，電芯的兩端分別為正極端和負(fù)極端；將鋁導(dǎo)電盤(pán)和電芯的正極端用激光焊接連接； 將鎳導(dǎo)電盤(pán)和電芯的負(fù)極端用激光輝接或者用電阻焊焊接；將鍍鎳鋼筒的一端滾槽，將已經(jīng)連接好導(dǎo)電盤(pán)的電芯放入鍍鎳鋼筒，電芯的負(fù)極端先 入，再將鍍鎳鋼筒的另一端滾槽；用電阻焊焊接方式將鎳導(dǎo)電盤(pán)上的鎳極耳和負(fù)極帽蓋連接在一起，將負(fù)極帽蓋壓入， 采用機(jī)械封口方式進(jìn)行封口；將配置好的電解液注入到電芯的收容空間內(nèi)；用激光焊的焊接方式將鋁導(dǎo)電盤(pán)上的鋁極耳和正極蓋帽連接在一起，將正極帽蓋壓 入，采用機(jī)械封口方式進(jìn)行封口 ；對(duì)電芯進(jìn)行活化、化成和分容處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池制備方法，其特征在于，所述第一條條形空箔部 位的寬度是0. 20-1. Omm ；所述第二條條形空箔部位的寬度是5. 0_30mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池制備方法，其特征在于，所述第三條條形空箔部 位的寬度是0. 20-1. Omm ；所述第四條條形空箔部位的寬度是5. 0_30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子電池的制備方法，本發(fā)明鋰離子電池制備工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)成本低；特殊的極片結(jié)構(gòu)制備工藝，可以提高鋰離子電池的大電流充放電性能；特殊的機(jī)械封口結(jié)構(gòu)制備工藝，極大地提高了大型鋰離子電池的安全性。
文檔編號(hào)H01M10/0587GK102136606SQ201010564879
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者劉華福, 劉方 申請(qǐng)人:珠海金峰航電源科技有限公司