專利名稱:鋰離子二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池,尤其是涉及一種包括由正極、負(fù)極和隔膜組成的電極芯組件,上述組件與非水解電解液一起被封裝在金屬外殼內(nèi)的鋰離子二次電池。
背景技術(shù):
鋰離子二次電池因其具有工作電壓高、比能量高、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),而逐步取代了傳統(tǒng)的鎳隔、鎳氫等二次電池,成為現(xiàn)代移動(dòng)電子設(shè)備和通訊設(shè)備,如手機(jī)、筆記本電腦、手提電腦、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、攝相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等用電器的理想能源。
鋰離子二次電池是一種Li+濃差電池,其正負(fù)極都是鋰離子嵌層式化合物,充電時(shí),Li+從正極化合物中脫出經(jīng)過(guò)電解液嵌入負(fù)極晶格,負(fù)極處于富鋰態(tài),正極處于貧鋰態(tài);放電時(shí),Li+從負(fù)極脫嵌,經(jīng)過(guò)電解液嵌入正極,正極為富鋰態(tài)。從充放電反應(yīng)的可逆性看,鋰離子電池應(yīng)是一種理想的可逆反應(yīng),鋰離子在嵌層式化合物的層間嵌入和脫出,一般只引起層面間距變化,然而,在實(shí)際的充放電過(guò)程中,電解鋰鹽和有機(jī)溶劑在負(fù)極表面上會(huì)發(fā)生反應(yīng)鋰鹽LiPF6的相關(guān)反應(yīng)
有機(jī)溶劑的相關(guān)反應(yīng)
上述反應(yīng)造成鋰源的消耗,致使電池不可逆容量增加,尤其是首次充放電不可逆容量明顯增大,嚴(yán)重影響電池容量及充放電循環(huán)性能。
此外,在電池的制備過(guò)程中水份的引入是難以避免的,將極片從干燥箱中取出,到電池封口前的各個(gè)工序中(比如卷繞、注液等)都有可能將少量的水份帶入電池。此外電解液本身就含有至少30ppm的水份。電池內(nèi)的水份將與電池內(nèi)各組分發(fā)生一系列不利的副反應(yīng),嚴(yán)重影響電池的電化學(xué)性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種循環(huán)性能、儲(chǔ)存性能好,容量高的鋰離子二次電池。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題鋰離子二次電池,包括由正極、負(fù)極和隔膜組成的電極芯組件,上述組件與非水解電解液一起被封裝在金屬外殼內(nèi),其特征在于在所述的金屬外殼內(nèi)還放置有金屬鋰。
金屬鋰可為片狀或者顆粒狀。
金屬鋰可與封裝材料封裝在一起的,該封裝材料具有良好的非透氣性。
上述的封裝材料可以是醋酸纖維素、硝酸纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素或各種纖維素塑料中至少一種。
金屬鋰的用量為電解液重量的0.1%~30%。
更優(yōu)選的用量為電解液重量的0.5%~15%。
上述的金屬鋰可置于電極芯的底部或側(cè)面,或貼附在正/負(fù)極片的表面。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于可補(bǔ)充鋰離子二次電池在充放電過(guò)程中可嵌入/脫出的鋰離子的量,減少電池的不可逆容量,尤其是首次充放電不可逆容量,并改善循環(huán)性能;可有效除去電池制備過(guò)程中電池內(nèi)部的水份,從而提高電池容量,改善儲(chǔ)存性能。
具體實(shí)施方式該鋰離子二次電池包括正極、負(fù)極、隔膜、金屬鋰、非水電解液以及電池外殼。按現(xiàn)有技術(shù)將正、負(fù)極片和隔膜通過(guò)卷繞或疊層方式制成極芯后,將一定質(zhì)量的金屬鋰與極芯同時(shí)收納在電池外殼中,隨后將電解液注入電池殼中,密封,制成鋰離子二次電池。
所述金屬鋰可以為片狀或者顆粒狀,可以置于鋰離子二次電池極芯的底部、側(cè)面,或者貼附在正/負(fù)極片的表面;可以采用直接放入電池殼的方式,也可以在放入電池殼前先將其封裝在一包裝材料中,此封裝材料應(yīng)具有良好的非透氣性,易于溶解在電解液中,且不產(chǎn)生其它對(duì)電池有害的副產(chǎn)物。所述包裝材料可以為醋酸纖維素、硝酸纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素或各種纖維素塑料。優(yōu)選封裝放入。
所述金屬鋰片/鋰顆粒用量為電解液重量的0.1%~30%,優(yōu)選0.5%~15%,過(guò)低不能起到明顯效果,過(guò)高占用電池內(nèi)部有效空間,影響電池性能。
對(duì)電池在上述以外的構(gòu)成上所需部件的選擇沒(méi)有特別的限定。
實(shí)施例1將預(yù)先制成的正、負(fù)極片與隔膜一起卷繞成一個(gè)方型鋰離子二次電池的極芯,將電解液重量0.1%的金屬鋰片封裝后與極芯同時(shí)收納在方形電池外殼中,其中,金屬鋰片被置于方形外殼的底部,封裝材料為乙基纖維素。將預(yù)先制成的電解液注入電池殼內(nèi),密封,制成厚4mm,寬30mm,高48mm的方型鋰離子二次電池。
實(shí)施例2使用與實(shí)施例1類似的方法,但是加入電解液重量0.5%的金屬鋰片。
實(shí)施例3使用與實(shí)施例1類似的方法,但是加入電解液重量2%的金屬鋰片。
實(shí)施例4使用與實(shí)施例1類似的方法,但是加入電解液重量8%的金屬鋰片。
實(shí)施例5使用與實(shí)施例1類似的方法,但是加入電解液重量15%的金屬鋰片。
實(shí)施例6使用與實(shí)施例1類似的方法,但是加入電解液重量30%的金屬鋰片。
實(shí)施例7使用與實(shí)施例4類似的方法,但是金屬鋰片貼附在正極表面。
實(shí)施例8使用與實(shí)施例4類似的方法,但是金屬鋰片貼附在負(fù)極表面。
實(shí)施例9使用與實(shí)施例4類似的方法,但是采用的是金屬鋰粉。
實(shí)施例10使用與實(shí)施例4類似的方法,但是采用醋酸纖維素為封裝材料。
比較例1使用與實(shí)施例1類似的方法,但是沒(méi)有使用金屬鋰。
電池特性測(cè)試1.容量測(cè)試室溫條件下,將實(shí)施例及比較例電池分別以1CmA電流充電至4.2V,在電壓升至4.2V后以恒定電壓充電,截至電流減小到0.05CmA,擱置5分鐘,得到電池以1CmA電流放電至3.0V的容量。測(cè)試結(jié)果如表1所示
表2.循環(huán)性能測(cè)試室溫條件下,準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)施例及比較例電池的內(nèi)阻及厚度,然后將上述電池分別以1CmA電流充電至4.2V,在電壓升至4.2V后以恒定電壓充電,截至電流減小到0.05CmA,擱置5分鐘;電池以1CmA電流放電至3.0V,擱置5分鐘。重復(fù)以上步驟300次,得到電池300次循環(huán)后1CmA電流放電至3.0V的容量,再次準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)施例及比較例電池的內(nèi)阻及厚度,并計(jì)算電池循環(huán)前后內(nèi)阻變化率及容量維持率。測(cè)試結(jié)果如表2所示
表3.電池儲(chǔ)存性能測(cè)試室溫條件下,分別以1CmA對(duì)實(shí)施例及比較例電池恒流恒壓充電,要求上限電壓為3.8V,截止電流0.05CmA,擱置5分鐘,準(zhǔn)確測(cè)量電池電壓值;然后擱置28天,采用同一萬(wàn)用表再次準(zhǔn)確測(cè)量電池電壓值,測(cè)試結(jié)果如表3所示
表3根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果可見(jiàn),實(shí)施例的方型鋰離子二次電池與未作改善的比較例1相比,電池具有更高的容量,且循環(huán)、儲(chǔ)存性能明顯改善。
權(quán)利要求
1.鋰離子二次電池,包括由正極、負(fù)極和隔膜組成的電極芯組件,上述組件與非水解電解液一起被封裝在金屬外殼內(nèi),其特征在于在所述的金屬外殼內(nèi)還放置有金屬鋰。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池,其特征在于所述的金屬鋰為片狀或者顆粒狀。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池,其特征在于所述的金屬鋰是與封裝材料封裝在一起的,該封裝材料具有良好的非透氣性。
4.如權(quán)利要求3所述的鋰離子二次電池,其特征在于所述的封裝材料為纖維素或纖維素塑料。
5.如權(quán)利要求3所述的鋰離子二次電池,其特征在于所述的封裝材料是醋酸纖維素、硝酸纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素或羥丙基甲基纖維素中至少一種。
6.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池,其特征在于所述的金屬鋰的用量為電解液重量的0.1%~30%。
7.如權(quán)利要求6所述的鋰離子二次電池,其特征在于所述的金屬鋰的用量為電解液重量的0.5%~15%。
8.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池,其特征在于所述的金屬鋰是置于電極芯的底部或側(cè)面。
9.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池,其特征在于所述的金屬鋰貼附在正/負(fù)極片的表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池,包括由正極、負(fù)極和隔膜組成的電極芯組件,上述組件與非水解電解液一起被封裝在金屬外殼內(nèi),在所述的金屬外殼內(nèi)還放置有金屬鋰。該金屬鋰可以與封裝材料封裝在一起。本發(fā)明可補(bǔ)充鋰離子二次電池在充放電過(guò)程中可嵌入/脫出的鋰離子的量,減少電池的不可逆容量,尤其是首次充放電不可逆容量,并改善循環(huán)性能??捎行Сル姵刂苽溥^(guò)程中電池內(nèi)部的水份,從而提高電池容量,改善儲(chǔ)存性能。
文檔編號(hào)H01M10/38GK1773762SQ20041005221
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月9日
發(fā)明者沈晞, 張小兵, 凡明文 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司