專利名稱：鋰離子二次電池的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一種鋰離子二次電池，特別是關于一種具有較高安全性能的鋰離子二次電池。
背景技術：
近年來，隨著各種便攜式電子產品的廣泛使用，鋰離子二次電池以其諸多優越的性能如電壓高、比能量大、自放電小以及無記憶效應等備受青睞。同時，鋰離子電池因其能量密度高，循環性能優越，被視為電動車最佳候選電池。但是，隨著電池容量與體積的增大，電池的機械安全性能出現了明顯的下降。這突出表現為電池在經受反復跌落、振動或大作用力的沖擊后，容易內部短路或斷路，進而引起電池發熱、爆炸等事故。分析故障原因，應為卷芯慣性增大而沖擊力作用點(各引出焊點和卷芯角部)面積基本不變，使局部受力增大所致。
目前，解決鋰離子二次電池的安全性問題仍偏重于熱失控方面。如特開2000-106160、特開2000-182587、特開2000-12082等，提出了幾種不同形式的安全閥。特開平6-283205、特開平6-150968、特開平6-140010等，提出了幾種阻燃電解液。但這僅僅是一些消極的應對措施，并不能避免故障的產生，而且使電池的容量密度明顯下降。
特開2000-173641提出在軟包裝電池卷芯兩端面加厚度0.05-1.00mm的塑膠墊片來增加電池的抗沖擊能力。該方法可以起到加固軟包裝電池外膜的作用，使電池的抗跌落能力達到與金屬殼電池相同的水平。但是，對卷芯自身的抗跌落能力沒有幫助。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種抗機械沖擊性好的鋰離子二次電池。
本實用新型的目的是通過下列技術方案來實現的本實用新型鋰離子二次電池采用電池芯外部注塑加強，即在電池芯的四個角部及與金屬殼的空隙中注入可快速凝固的密封膠，待其凝固后即在角部與電池正極、負極和隔膜紙形成一個整體結構。
所述鋰離子二次電池包括一集電部件，該集電部件包括連接塊、夾片及連接片，所述連接片由多層厚度小于0.1mm金屬箔重疊而成的軟性連接片。
本實用新型的優點在于本實用新型鋰離子二次電池通過將電池芯的外部采用注塑加強，電池芯與電池引出端采用柔軟的結構體連接，以改善電池沖擊作用的薄弱環節，使電池具有較強的抗跌落、沖擊等機械作用，進而提高鋰離子二次電池的安全性。
下面參照附圖結合實例對本實用新型作進一步的說明。
圖1是本實用新型鋰離子二次電池的立體圖。
圖2是本實用新型鋰離子二次電池的連接片的局部放大圖。
圖3是本實用新型鋰離子二次電池的電池芯角部的剖面圖。
具體實施方式請參考圖3，本實用新型鋰離子二次電池采用電池芯外部注塑加強，即在電池芯的四個角部及與金屬殼的空隙中注入可快速凝固的密封膠5，并使少量密封膠5滲入電池芯的正極2、負極3與隔膜4之間的空隙，待其凝固后即在角部與電池正極2、負極3和隔膜4形成一個整體結構。該結構在承受外來沖擊時，可將沖擊力分散到每一片正、負極片上，而不是某些孤立的突出部分，因此電池芯的抗沖擊能力獲得了很大提高。
本實用新型鋰離子二次電池中，密封膠5的物理、化學性能和加工性能對實用新型效果影響很大。密封膠與正、負極片和隔膜紙的浸潤性能決定相互間的結合牢固程度。密封膠固化后的彈性決定沖擊力的有效分散。密封膠的物理、化學和電化學穩定性決定其能否在電池體系內使用。密封膠的快速固化可以避免其流動到電池芯的其他部位，從而影響電池性能。
鑒于以上要求，所選的密封膠可以是丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠、環氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸酯類單體或低分子量聚乙烯、聚丙烯等為主體，再加入其他助劑構成，凝固機理為化學反應聚合、熱熔解冷卻、溶劑揮發或紫外光固化。
請參考圖1及圖2，本實用新型鋰離子二次電池包括一集電部件，該集電部件包括連接塊6、夾片7及連接片1，所述連接片1由多層厚度小于0.1mm金屬箔重疊而成的軟性連接片。這樣可使連接點受到的沖擊力由多層導電箔片吸收，從而避免機械破壞。
在本實用新型鋰離子二次電池的正極含有一種鋰與過渡金屬的復合氧化物，它們是具有一定特定結構的活性物質，可以與鋰離子進行可逆的反應。此類活性物質材料的實例包括LixNi1-yCoyO2(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、LixMn2-yByO2(其中，B為過渡金屬，0.4≤x≤1.1，0≤y≤1.0)等。并且正極還含有金屬材質的電極集流體(通常均為鋁箔)、碳系材料導電劑以及將正極材料粘結到電極集流體上的粘合劑。常規碳系材料導電劑的實例包括炭黑、碳纖維和石墨等，粘合劑的實例包括含氟樹脂和聚烯烴化合物如PVDF、PTFE、VDF-HFP-TFE共聚物與SBR等。
本實用新型鋰離子二次電池的負極活性物質為能夠使鋰離子反復嵌入和脫嵌的碳系材料，其實例包括天然石墨、人造石墨、MCMB、MCF等。并且負極還含有金屬材質的電極集流體(通常均為銅箔)以及將負極材料粘結到電極集流體上的粘合劑，粘合劑的實例包括含氟樹脂和聚烯烴化合物如PVDF、PTFE、VDF-HFP-TFE共聚物與SBR等。
正負極漿料是通過將一種合適的粘合劑溶解在特定的溶劑中，再加入活性物質和導電劑，進行充分地分散后制成的。在本實用新型中所述特定的溶劑選自NMP、DMF、DEF、DMSO、THF、以及水和醇類等，可以使用其中之一或其混合物。
本實用新型鋰離子二次電池的電解液為含有鋰鹽的鏈狀酸酯和環狀酸酯的混合溶液。鋰鹽的實例包括LiClO4、LiPF6、LiBF4、鹵化鋰、氯鋁酸鋰、氟烴基氟氧磷酸鋰及氟烴基磺酸鋰等，可以使用其中之一或其混合物。鏈狀酸酯的實例包括DMC、DEC、EMC、MPC、DPC、MA、EA、PA、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機酯類，可以使用其中之一或其混合物。環狀酸酯的實例包括EC、PC、VC、γ-BL、磺內酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環狀有機酯類，可以使用其中之一或其混合物。
正極片的備制過程將一定量的PVDF以一定比率溶解在NMP中，將LiCoO2和乙炔黑加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為LiCoO2∶乙炔黑∶PVDF＝92∶4∶4。將該漿料均勻地涂布在20μm的鋁箔上，于120℃下干燥。壓延后得到厚度為120μm的正極片。再將此正極片端緣的敷料層刮去，露出寬10mm的鋁箔。
負極片的備制過程將一定量的PVDF以一定比率溶解在NMP中，將人造石墨加入該溶液中，充分混合制成漿料，其組成為人造石墨∶PVDF＝95∶5。再將該漿料均勻地涂布在20μm的銅箔，于120℃下干燥。壓延后得到厚度為120μm的負極片。再將此負極片端緣的敷料層刮去，露出寬10mm的銅箔。
將上述的正、負極片與25μm厚的聚丙烯微孔性隔膜卷繞成一個方型鋰離子二次電池的電芯，電池芯角部采用注塑加強。再用20層鋁箔連接正極引出端和電池芯以形成集電結構。將電芯裝入電池殼中，隨后將LiPF6按1mol/dm3的濃度溶解在EC/DMC＝1∶1的混合溶劑中所形成的電解液注入電池殼中，密封，制成方形鋰離子二次電池。比較例1使用與實施例1所類似的方法，但是卷芯角部沒有注塑加強。比較例2使用與實施例1所類似的方法，但是采用0.6mm厚的鋁帶連接正極引出端和卷芯集流體鋁箔。電池特性測試抗跌落性能將按上述方法制成的1870125方型鋰離子二次電池以7500mA的恒定電流充電至4.2V，在電壓升至4.2V后以恒定電壓充電，截至電流100mA；再以7500mA的恒定電流放電100分鐘，然后在卷繞軸方向作高度為1.2m的往返跌落，記錄電池發生短路發熱或斷路的跌落次數。抗沖擊特性將按上述方法制成的1870125方型鋰離子二次電池以7500mA的恒定電流充電至4.2V，在電壓升至4.2V后以恒定電壓充電，截至電流100mA；再以7500mA的恒定電流放電100分鐘，然后在卷繞軸方向作10G加速度的沖擊測試，記錄電池短路發熱或斷路的概率。短路安全測試將按上述方法制成的1870125方型鋰離子二次電池以7500mA的恒定電流充電至4.2V，然后連接到回路電阻小于30mΩ的電路中作短路測試。若電池不冒煙、著火、爆炸，則通過短路測試。
方型鋰離子二次電池性能測試結果
權利要求1.一種鋰離子二次電池，由正極片、隔膜和負極片卷繞成電池芯并收納于電池殼中，其特征在于所述電池芯的角部及與金屬殼的空隙中注入可快速凝固的密封膠，待其凝固后在角部與電池正極、負極和隔膜紙形成一個整體結構。
2.根據權利要求1的鋰離子二次電池，其特征在于所述電池芯的集流部件采用軟性導電體連接，該軟性導電體為多層厚度小于0.1mm的導電箔片層疊組成。
3.根據權利要求1的鋰離子二次電池，其特征在于所述的密封膠可以是丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠、環氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸酯類單體或低分子量聚乙烯、聚丙烯等為主體，再加入其他助劑構成。
4.根據權利要求1的鋰離子二次電池，其特征在于所述正極含有一種鋰與過渡金屬的復合氧化物，該復合氧化物包括下述化學式所表示的活性物質材料LixNi1-yCoyO2(其中，0.9≤x≤1.1，0≤y≤1.0)、LixMn2-yByO2(其中，B為過渡金屬，0.4≤x≤1.1，0≤y≤1.0)。
5.根據權利要求1的鋰離子二次電池，其特征在于所述負極含有一種能夠使鋰離子反復嵌入和脫嵌的碳系材料，該碳系材料包括天然石墨、人造石墨、MCMB、MCF。
6.根據權利要求1的鋰離子二次電池，其特征在于所述電解液包含選自LiClO4、LiPF6、LiBF4、鹵化鋰、氯鋁酸鋰、氟烴基氟氧磷酸鋰及氟烴基磺酸鋰的鋰鹽，可以使用其中之一或其混合物。
7.根據權利要求1的電池，其中所述電解液包含鏈狀酸酯和環狀酸酯的混合溶劑，鏈狀酸酯選自DMC、DEC、EMC、MPC、DPC、MA、EA、PA、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機酯類，可以使用其中之一或其混合物。環狀酸酯選自EC、PC、VC、γ-BL、磺內酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環狀有機酯類，可以使用其中之一或其混合物。
專利摘要一種鋰離子二次電池，包括正極、負極、電解液及隔膜。該電池采用電池芯外部注塑加強，即在電池芯的四個角部及與金屬殼的空隙中注入可快速凝固的密封膠，待其凝固后即在角部與電池正極、負極和隔膜紙形成一個整體結構。該鋰離子二次電池包括一集電部件，該集電部件包括連接塊、夾片及連接片，所述連接片由多層厚度小于0.1mm金屬箔重疊而成的軟性連接片。
文檔編號H01M4/58GK2605668SQ03224638
公開日2004年3月3日 申請日期2003年3月21日 優先權日2003年3月21日
發明者周耀華, 王傳福, 朱建華, 董俊卿 申請人:比亞迪股份有限公司