CN103367797A - 可充电的纽扣式锂离子电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可充电的纽扣式锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及封装壳体，所述隔膜设置于所述正极片及所述负极片之间，所述正极片由正极集流体以及附着在所述正极集流体上的正极活性材料构成，所述负极片由负极集流体以及附着在所述负极集流体上的负极活性材料构成，所述正极集流体和所述负极集流体各焊接有一导电金属带。本发明还提供一种制造所述的可充电的纽扣式锂离子电池的方法，本发明提供的可充电的纽扣式锂离子电池具有防水、防腐蚀、耐高温及防压的优点，并且体积小，体积容量密度大，使用寿命长。

Description

可充电的纽扣式锂离子电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池及制造方法，尤其涉及可充电的纽扣式锂离子电池及其制造方法。

背景技术

可充电的锂离子电池通常包括电极组件，容纳该电极组件的容器，及电解液。该电极组件包括极性相反的两个电极和隔板。该隔板包括含有陶瓷颗粒簇的多孔膜。该多孔膜是通过用粘结剂粘结颗粒簇形成的。各颗粒簇是通过烧结或者是通过溶解和重结晶全部或部分陶瓷颗粒而形成的。该陶瓷颗粒包含具有带隙的陶瓷材料。各颗粒簇可以具有葡萄串或薄层的形状，并且可以通过层压鳞片或薄片形状的陶瓷颗粒形成。

现有可充电的锂离子电池通常是采用碳材料作为负极材料，电池充电时，锂离子不断从正极迁移到负极，使电池内部电势达到额定水平，完成充电，实现电池的多次反复利用。

由于现有可充电的锂离子电池的负极材料很容易和水发生反应，使得电池对水分非常敏感。为了防止水分渗入电池壳体内部，现有可充电的锂离子电池的壳体一般采用金属(钢、铝)壳体、塑胶壳体或者铝塑膜壳体进行封装，这些壳体在很大程度上阻止了水分进入电池壳体内部，保护了电池的性能。

现有可充电的锂离子电池存在如下缺陷：

1、由于需要防止水分渗入电池壳体内部，现有可充电的锂离子电池对壳体密封的要求很高，从而增加了现有可充电的锂离子电池的制造难度和生产成本；

2、在电池的实际生产中，电池壳体要做到绝对的密封是很困难的，因此现有可充电的锂离子电池存在壳体不密封，造成水分渗入电池壳体内部，导致电池发生气涨，引起电池失效的现象。

3、电池的使用寿命较低，不能满足多次利用的目的。

发明内容

本发明为解决上述电极材料易和水发生反应，从而引起电池失效的现象，提供一种可充电的纽扣式锂离子电池，其电极材料不容易和水发生反应，从而解决了壳体密封困难以及电池容易失效的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种可充电的纽扣式锂离子电池，该电池在相同体积下具有更低的电压以及电容量和更长的使用寿命。

本发明的另一个目的在于提供所述的可充电的纽扣式锂离子电池的制造方法，实现上述可充电的纽扣式锂离子电池的生产制造。

具体的，本发明提供一种可充电的纽扣式锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及封装壳体，所述隔膜设置于所述正极片及所述负极片之间，所述正极片由正极集流体以及附着在所述正极集流体上的正极活性材料构成，所述负极片由负极集流体以及附着在所述负极集流体上的负极活性材料构成，所述正极集流体和所述负极集流体各连接有一导电金属带，其特征在于：

所述正极片及负极片的形状为纽扣形状；所述正极连接的导电金属带为铝带，所述负极连接的导电金属带为镍带；

所述正极活性材料包括含有可逆脱嵌锂离子的锂盐、导电剂和粘结剂；所述含有可逆脱嵌锂离子的锂盐、导电剂和粘结剂的比例为98％∶0.8％∶1.2％；

所述负极活性材料包括含有可逆脱嵌锂离子的化合物与导电剂、增稠剂和粘结剂；所述含有可逆脱嵌锂离子的化合物包括可逆脱嵌的锂离子的锂盐、可逆脱嵌锂离子的氧化物、可逆脱嵌锂离子的硫化物之一或其组合；所述含有可逆脱嵌锂离子的化合物与导电剂、增稠剂和粘结剂的比例为96％∶1％∶1％∶2％；

所述电解液包括电解质和溶剂，所述电解质为可溶性锂盐或氢氧化锂，所述溶剂为有机溶剂。

优选的，所述电解质的可溶性锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂或硝酸锂。

优选的，所述隔膜的表面涂覆有能够增强导电性的三氧化二铝。

所述隔膜的厚度为12um。

优选的，所述导电炭剂为纳米碳管。

优选的，所述正极活性材料中的含有可逆脱嵌锂离子的锂盐为磷酸钒锂、磷酸铁锂、磷酸钴锂、磷酸镍锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、锂钴镍锰氧化物或钒酸锂中的一种或几种。

优选的，所述含有可逆脱嵌锂离子的化合物中的可逆脱嵌锂离子的锂盐为碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料、纳米级负极材料或纳米氧化物负极材料中的一种或几种；所述可逆脱嵌锂离子的氧化物为碳负极材料；所述可逆脱嵌锂离子的硫化物为二硫化亚铁或硫化铜；所述含锂过渡金属氮化物负极材料为LiV₃O₈，LiNb₂O₅，LiFe₅O₈，LiMn₂O₄或LiMn₄O₉中的一种或多种；所述碳负极材料为人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳中的一种或多种。

优选的，所述正极活性材料的容量为143mAh/g，压实为4.1g/cm³；所述负极活性材料的容量为360mAh/g，压实为1.65g/cm³。

优选的，所述封装壳体为热塑性聚氨酯材料的软胶防水保护壳。

一种所述的可充电的纽扣式锂离子电池的制作方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤1：将含有可逆脱嵌锂离子的锂盐、导电剂和粘结剂按比例制成正极活性材料，将得到的正极活性材料涂覆在正极集流体的表面上，干燥、辊压，分切后，制成正极片；

将可逆脱嵌锂离子的锂盐、可逆脱嵌锂离子的氧化物、可逆脱嵌锂离子的硫化物之一或其组合与导电剂、增稠剂和粘结剂按比例制成负极活性材料，将得到的负极活性材料涂覆在负极集流体的表面上，干燥、辊压，分切后，制成负极片；

步骤2：根据相应正负极片的尺寸制造相应尺寸的涂覆有能够增强导电性的三氧化二铝的隔膜；

步骤3：将电解质溶于溶剂内制作电解液；

步骤4：组装：首先用隔膜将负极片呈袋状封装，之后按照正极片、隔膜封装的负极片依次按顺序循环叠放；将正极片用铝带包住，超声焊接固定连接；再将负极片用镍带包住，超声焊接固定连接；后装入封装壳体，并注入电解液，组装成可充电的纽扣式锂离子电池。

本发明具有以下优点：

(1)本发明采用不容易和水发生反应的电极材料及软胶防火保护壳，具有防水、耐腐蚀、耐高温及防震的功能，增强了电池的使用寿命。

(2)本发明采用纳米碳管作为导电剂，在相同的电池体积内，增加了锂盐的容量，提高了电池的电容量，单次充电，增加了电池的使用时间。

(3)正极片及负极片的形状为纽扣形状，减小了锂离子电池的体积。

附图说明

图1为本发明的可充电的纽扣式锂离子电池的正负极片示意图；

图2为本发明的可充电的纽扣式锂离子电池的制作方法流程图；

图3为本发明的可充电的纽扣式锂离子电池的极片切片示意图。

具体实施方式

一种可充电的纽扣式锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及封装壳体，隔膜设置于正极片及负极片之间，正极片由正极集流体以及附着在正极集流体上的正极活性材料构成，负极片由负极集流体以及附着在负极集流体上的负极活性材料构成，正极集流体和负极集流体各连接有一导电金属带，正极集流体连接的导电金属带为铝带，负极集流体连接的导电金属带为镍带；

如图1所示，正极片及负极片的形状为近似圆形的纽扣形状；

正极活性材料包括含有可逆脱嵌锂离子的锂盐、导电剂和粘结剂；含有可逆脱嵌锂离子的锂盐、导电剂和粘结剂的比例为98％∶0.8％∶1.2％；

负极活性材料包括含有可逆脱嵌锂离子的化合物与导电剂、增稠剂和粘结剂；含有可逆脱嵌锂离子的化合物包括含有可逆脱嵌锂离子的锂盐、可逆脱嵌锂离子的氧化物、可逆脱嵌锂离子的硫化物之一或其组合；含有可逆脱嵌锂离子的化合物与导电剂、增稠剂和粘结剂的比例为96％∶1％∶1％∶2％；

电解液包括电解质和溶剂，电解质为不和水发生反应的可溶性锂盐或氢氧化锂，溶剂为水或有机溶剂。

所述电解质的可溶性锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂或硝酸锂。

优选的，隔膜的表面涂覆有能够增强导电性的三氧化二铝，隔膜的厚度为12um。

优选的，导电炭剂为纳米碳管；

正极活性材料中的含有可逆脱嵌锂离子的锂盐为磷酸钒锂、磷酸铁锂、磷酸钴锂、磷酸镍锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、锂钴镍锰氧化物或钒酸锂中的一种或几种。

含有可逆脱嵌锂离子的化合物中的可逆脱嵌锂离子的锂盐为碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料、纳米级负极材料或纳米氧化物负极材料中的一种或几种；

含锂过渡金属氮化物负极材料为LiV₃O₈，LiNb₂O₅，LiFe₅O₈，LiMn₂O₄或LiMn₄O₉中的一种或多种；

可逆脱嵌锂离子的氧化物为碳负极材料；

碳负极材料为人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳中的一种或多种；

可逆脱嵌锂离子的硫化物为二硫化亚铁或硫化铜。

优选的，正极活性材料的容量为143mAh/g，压实为4.1g/cm³；负极活性材料的容量为360mAh/g，压实为1.65g/cm³。

封装壳体为软胶防水保护壳，封装壳体的材料为热塑性聚氨酯。

如图2及图3所示，一种制造所述可充电的纽扣式锂离子电池的方法，其包括以下步骤：

S1：将正极可逆脱嵌锂离子的锂盐、导电炭剂和粘结剂按比例制成正极活性材料，将得到的正极活性材料涂覆在正极集流体的表面上，干燥、辊压，分切，制成正极片；

将负极可逆脱嵌锂离子的锂盐、可逆脱嵌锂离子的氧化物、可逆脱嵌锂离子的硫化物之一或其组合与导电炭剂和粘结剂按比例制成负极活性材料，将得到的负极活性材料涂覆在负极集流体的表面上，干燥、辊压，分切后，制成负极片；

S2：根据相应正负极片的尺寸制造相应尺寸的正负隔膜，并在隔膜上涂覆能够增强导电性的三氧化二铝；隔膜的厚度为12um；

S3：将电解质溶于溶剂内制作电解液；

S4：首先用隔膜将负极片呈袋状封装，之后按照正极片、隔膜封装的负极片依次按顺序循环叠放；将正极片用铝带包住，超声焊接固定、连接；再将负极片用镍带包住，超声焊接固定、连接；后装入封装壳体，并注入电解液，组装成可充电的纽扣式锂离子电池。

本发明所涉及的可充电的纽扣式锂离子电池具体的封装过程如下，首先将负极片通过袋装工艺用隔膜形成袋状装起来；

在开始叠片时，先放正极的单面极片(极片上只有一面涂覆有正极材料)，使正极片没有涂覆正极活性材料的一面朝下，再放隔膜袋装好的负极，再放正极片(极片两面都有正极材料)，再放隔膜袋装好的负极………，最上一层为隔膜袋装好的单面负极(极片只有一面涂覆有负极材料)，负极片没有涂覆负极活性材料的一面朝上；

层叠完毕后，用0.03mm厚度胶纸侧边包裹固定；后将正极片极耳摆放齐整，用铝带包住，超声焊接固定、连接；

将负极片，用镍带横向包住，超声焊接固定、连接；后将叠片体放入负极壳内；

再将固定负极片极耳的镍带的另一端超声焊接在负极壳上，从而起到导通的做用；

烘烤除水后，注入电解液到负极壳内(浸润到叠片体内)，后盖上正极盖，通过冲压模具，将壳体扣牢固；

使用前进行第一次充电活化，就制成了可充电的纽扣式锂离子电池。

本发明具有以下优点：

(1)本发明采用不容易和水发生反应的电极材料及软胶防火保护壳，具有防水、耐腐蚀、耐高温及防震的功能，增强了电池的使用寿命。

(2)本发明采用纳米碳管作为导电剂，在相同的电池体积内，增加了锂盐的容量，提高了电池的电容量，单次充电，增加了电池的使用时间。

(3)正极片及负极片的形状为纽扣形状，减小了锂离子电池的体积。

所属技术领域的技术人员应当理解：在不脱离本发明的基本原理的情况下，可以对本发明进行各种修改、润饰、组合、补充或技术特征的替换，这些等同替换方式或明显变形方式均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可充电的纽扣式锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及封装壳体，所述隔膜设置于所述正极片及所述负极片之间，所述正极片由正极集流体以及附着在所述正极集流体上的正极活性材料构成，所述负极片由负极集流体以及附着在所述负极集流体上的负极活性材料构成，所述正极集流体和所述负极集流体各连接有一导电金属带，其特征在于：

所述正极片及负极片的形状为纽扣形状；所述正极连接的导电金属带为铝带，所述负极连接的导电金属带为镍带；

所述正极活性材料包括含有可逆脱嵌锂离子的锂盐、导电剂和粘结剂；所述含有可逆脱嵌锂离子的锂盐、导电剂和粘结剂的比例为98％∶0.8％∶1.2％；

所述负极活性材料包括含有可逆脱嵌锂离子的化合物与导电剂、增稠剂和粘结剂；所述含有可逆脱嵌锂离子的化合物包括可逆脱嵌的锂离子的锂盐、可逆脱嵌锂离子的氧化物、可逆脱嵌锂离子的硫化物之一或其组合；所述含有可逆脱嵌锂离子的化合物与导电剂、增稠剂和粘结剂的比例为96％∶1％∶1％∶2％；

所述电解液包括电解质和溶剂，所述电解质为可溶性锂盐或氢氧化锂，所述溶剂为有机溶剂。

2.根据权利要求1所述的可充电的纽扣式锂离子电池，其特征在于：所述电解质的可溶性锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂或硝酸锂。

3.根据权利要求1所述的可充电的纽扣式锂离子电池，其特征在于：所述隔膜的表面涂覆有能够增强导电性的三氧化二铝。

4.根据权利要求1或3所述的可充电的纽扣式锂离子电池，其特征在于：所述隔膜的厚度为12um。

5.根据权利要求1所述的可充电的纽扣式锂离子电池，其特征在于：所述导电炭剂为纳米碳管。

6.根据权利要求1所述的可充电的纽扣式锂离子电池，其特征在于：所述正极活性材料中的含有可逆脱嵌锂离子的锂盐为磷酸钒锂、磷酸铁锂、磷酸钴锂、磷酸镍锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、锂钴镍锰氧化物或钒酸锂中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的可充电的纽扣式锂离子电池，其特征在于：所述含有可逆脱嵌锂离子的化合物中的可逆脱嵌锂离子的锂盐为碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料、纳米级负极材料或纳米氧化物负极材料中的一种或几种；所述可逆脱嵌锂离子的氧化物为碳负极材料；所述可逆脱嵌锂离子的硫化物为二硫化亚铁或硫化铜；所述含锂过渡金属氮化物负极材料为LiV₃O₈，LiNb₂O₅，LiFe₅O₈，LiMn₂O₄或LiMn₄O₉中的一种或多种；所述碳负极材料为人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的可充电的纽扣式锂离子电池，其特征在于：所述正极活性材料的容量为143mAh/g，压实为4.1g/cm³；所述负极活性材料的容量为360mAh/g，压实为1.65g/cm³。

9.根据权利要求1所述的可充电的纽扣式锂离子电池，其特征在于：所述封装壳体为热塑性聚氨酯材料的软胶防水保护壳。

10.一种根据权利要求1所述的可充电的纽扣式锂离子电池的制作方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤1：将含有可逆脱嵌锂离子的锂盐、导电剂和粘结剂按比例制成正极活性材料，将得到的正极活性材料涂覆在正极集流体的表面上，干燥、辊压，分切后，制成正极片；

将可逆脱嵌锂离子的锂盐、可逆脱嵌锂离子的氧化物、可逆脱嵌锂离子的硫化物之一或其组合与导电剂、增稠剂和粘结剂按比例制成负极活性材料，将得到的负极活性材料涂覆在负极集流体的表面上，干燥、辊压，分切后，制成负极片；

步骤2：根据相应正负极片的尺寸制造相应尺寸的涂覆有能够增强导电性的三氧化二铝的隔膜；

步骤3：将电解质溶于溶剂内制作电解液；

步骤4：组装：首先用隔膜将负极片呈袋状封装，之后按照正极片、隔膜封装的负极片依次按顺序循环叠放；将正极片用铝带包住，超声焊接固定连接；再将负极片用镍带包住，超声焊接固定连接；后装入封装壳体，并注入电解液，组装成可充电的纽扣式锂离子电池。

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