專利名稱：鋰二次電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明鋰二次電池的制造方法屬于電池領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰二次電池的制造方法。
背景技術(shù)：
鋰二次電池是用鋁塑復(fù)合膜、或鋁殼、或鋼殼作為電池殼包裝材料的，形狀可以做成 三角形、方形、圓柱形等，有正極集流體跟正極膜狀材料組成的正極片，負(fù)極集流體與負(fù) 極膜狀材料組成的負(fù)極片。正負(fù)極片之間加一隔膜構(gòu)成基本電池結(jié)構(gòu)——電池坯，在電池 坯的空隙充滿電解質(zhì)就成為電池。盡管鋰二次電池的制造工藝不同，但依電池坯形成的過 程，可把制造工藝分為兩類，第一類是先形成電池坯再加入電解質(zhì)溶液，大多數(shù)采用這類 工藝，本發(fā)明適合這一類。電解質(zhì)溶液非常怕水，除電池材料要深度干燥外，電解質(zhì)溶液 所暴露的環(huán)境也要求露點(diǎn)在-40'C以下。當(dāng)電解質(zhì)溶液跟正負(fù)極片接觸形成電池后，不但怕 水也怕氧。所以涉及電解質(zhì)溶液操作的工藝都必須在無水和無氧的環(huán)境中進(jìn)行，這樣的環(huán) 境人無法介入。能夠達(dá)到這種環(huán)境而人又能介入的最簡單設(shè)備是手套箱。例如
中國專利ZL96114275. 8等中都明確指出封裝和注液是在手套箱中進(jìn)行的；手套箱是能 夠?qū)崿F(xiàn)無水無氧或者有氧無水環(huán)境人可介入的最簡單的設(shè)備，仍然有很多不足。例如
1、 工業(yè)用的手套箱是一種價(jià)格很高的設(shè)備，占地面積大，使用不便，生產(chǎn)效率低。
2、 維持手套箱內(nèi)的無水和無氧環(huán)境或無水和有氧環(huán)境，需要消耗很大能量。
3、 進(jìn)出手套箱的所有物品均需經(jīng)過中間倉特別是進(jìn)物中間倉，要先進(jìn)行抽真空充干 燥的惰性氣體多次使倉內(nèi)氣氛達(dá)到手套箱的氣氛條件下才能從中間倉把物品移入手套箱， 非常不便。
4、 在手套箱內(nèi)人手通過長臂手套操作非常不便，準(zhǔn)確性低，勞動(dòng)效率低，使產(chǎn)品重 復(fù)性差， 一致性差。
5、 影響操作人員健康，特別是人手臂伸入長臂不透氣的手套內(nèi)時(shí)，人體排出的水份 在手套內(nèi)凝結(jié)后，除使人感到不舒服外，還容易引起皮炎和皰疹等疾病。
設(shè)計(jì)高檔的干燥室也能夠?qū)崿F(xiàn)無水無氧環(huán)境或者有氧無水的環(huán)境，但人不可直接介入， 需要特殊的防護(hù)措施，需要穿著象防化服一樣的保護(hù)服，或者使用機(jī)器人完成操作，這樣 的生產(chǎn)條件一般廠家是無法實(shí)現(xiàn)的。要實(shí)現(xiàn)無水無氧或者有氧無水的干燥室，需要巨額的
投資，比手套箱的投資還要高很多，運(yùn)行時(shí)需要很大的能量，生產(chǎn)成本很高。
中國專利ZL200510016706. 8介紹了自然環(huán)境中制造軟包裝鋰離子電池的方法，在電池 袋內(nèi)預(yù)封裝了電池坯和導(dǎo)流環(huán)，預(yù)封電池袋經(jīng)過深度干燥和充入惰性氣體后，迅速在導(dǎo)流 環(huán)上連接上一常閉閥使電池袋內(nèi)保持無水和無氧環(huán)境，并使電池袋成為一個(gè)便于進(jìn)行各種 制造操作的全封系統(tǒng)，以后所必須的抽真空、注入電解液，活化和必要的化學(xué)反應(yīng)、化成、 分檢、真空封裝均在電池袋上進(jìn)行，電池袋內(nèi)跟外界的物質(zhì)交換通過電池袋上的常閉閥進(jìn) 行，這樣制造軟包裝鋰離子電池的全部工藝過程都在大氣環(huán)境中進(jìn)行。這種方法需要在每 只電池包裝殼上安裝專用的常閉閥，對于大批量生產(chǎn)不是很方便，在安裝專用常閉閥的過 程中電極材料可能吸水，生產(chǎn)效率仍然偏低，并且常閉閥也需要成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種簡單方便的方法，在寬松的環(huán) 境下，在溫度(T40。C、濕度朋6 60%的空氣環(huán)境中進(jìn)行注液和封口操作，方便快捷地制造 鋰二次電池。
實(shí)驗(yàn)表明，吸收速率指的是單位相際傳質(zhì)面上，單位時(shí)間內(nèi)所吸收的溶質(zhì)量。吸收速 率與氣液接觸面積A成正比，與吸收的推動(dòng)力A (吸收質(zhì)的分壓差和濃度差)成正比，比 例系數(shù)是K。其通式為N=KAA。氣體吸收量m跟吸收速率和接觸時(shí)間t成正比。m=N t=KA △t。吸收氣體是指對電池性能有重要的不良影響的水氣和氧氣，特別是水氣。要使注液過 程吸收的水(氧)量m少，就要使氣體分壓差A(yù)小，就要使注液環(huán)境水分少，干燥，露點(diǎn) 低，相對濕度低，真空度高；要使接觸面積A小，需要選擇合適的注液泵，合適的注液口 徑，使注液液柱的表面積盡量?。灰菇佑|時(shí)間t短，也要使用合適的注液泵和合適的注 液口徑，使液柱噴射時(shí)間短，注液后立即真空封口，盡量減小注液后電解液和水(氧)接 觸的時(shí)間。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在25。CRH25W環(huán)境敞開放置lkg電解液，開始120分鐘電解液中水分直 線上升，每10秒上升 0. lppm， 120分鐘后電解液中水分上升速度減緩。因此設(shè)計(jì)注液操 作控制注液室溫度25土5。C，濕度在RH20士5W，每只電池的注液到封口的時(shí)間《60秒，電 解液中水分上升0.6ppm以下。 一般電解液供應(yīng)商的出廠標(biāo)準(zhǔn)是水分《20ppm，實(shí)際水分在 10土2ppm。在控制的環(huán)境溫度25'C、濕度朋25%，每只電池的注液到封口的時(shí)間60秒，電 解液中水分會(huì)變成10.6土2ppm，仍然能夠符合電解液供應(yīng)商的出廠標(biāo)準(zhǔn)，能夠保證電池的 各項(xiàng)性能。 采用先抽真空再注液的方法，電解液接觸的空氣很少，其中的水分更少，接觸時(shí)間更 短，吸收的水分會(huì)更少。
電池使用鋁塑膜、或鋁殼、或鋼殼包裝，它包括正極、負(fù)極和置于其間的隔膜等，正、 負(fù)極都分別包含集流體和電極物質(zhì)，無機(jī)鹽溶解于有機(jī)溶液中構(gòu)成電解液，滲透到正極、 負(fù)極和隔膜各層間，激活電池。該電池的負(fù)極活性物質(zhì)可以是下面各物中的任一種鋰、 鋰合金和嵌入性化合物如天然或人造石墨、焦碳、中間相碳微珠、鈦酸鋰等；正極活性物 質(zhì)可以從LixMnA 、 LiCo02 、 LiNi02 、 LiCo。.5Ni。.502、釩氧化合物、磷酸鐵鋰、其它二元 或三元正極材料中選??；需要的話，可向電極中加入導(dǎo)電劑如碳黑、乙炔黑和粘接劑如聚 偏氟乙烯、聚四氟乙烯；極片是通過將活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘接劑按一定比例充分混合后 制成混合膏體，通過輥涂、刮涂或噴涂等方法涂覆到集流體上，然后干燥及輥壓制成，極 片厚度優(yōu)選為100 400微米；集流體的形狀和厚度取決于電池形狀和極片在電池中如何放 置。通常，負(fù)極用銅或鎳，正極用鋁，選金屬箔作集電體；軟包裝殼為鋁塑膜，至少由三 層膜構(gòu)成，分別為聚對苯二甲酸乙二醇酯或尼龍層，鋁箔層，聚乙烯或聚丙烯層，最內(nèi)層 聚乙烯或聚丙烯具有熱封性能，在一定溫度及壓力下可粘合，構(gòu)成密實(shí)袋，具有密封性能， 該膜在使用前一般先制成袋狀，包括放置電池的內(nèi)腔和容納化成階段可能產(chǎn)生的氣體的氣 袋；鋁殼或鋼殼需要預(yù)先沖壓成形，洗凈烘干備用。隔膜可采用微孔聚乙烯、微孔聚丙烯 等微孔膜。通過點(diǎn)焊或超聲波焊從極片集流體上引出極耳到鋁塑膜外面、或鋁殼或鋼殼的 正負(fù)極端子上，正極極耳可以是鋁，負(fù)極極耳可為銅、鎳、鍍鎳銅。將隔膜置于正、負(fù)極 之間，巻繞或疊層后放入包裝殼內(nèi)。此時(shí)可以將軟包裝殼三邊(包括升出極耳一邊)用熱封 機(jī)密封，僅留一邊作為注液時(shí)用；鋁殼或鋼殼預(yù)留注液口，制得電池坯。將電池坯真空干 燥，之后充入干燥氣體，可以是干燥氮?dú)?、干燥氬氣、干燥空氣等，然后等待注液?br> 電解液是將電解質(zhì)鹽溶于有機(jī)溶劑中的非水電解質(zhì)。含鋰的電解質(zhì)鹽，例如LiPF6、 LiC104、 LiBF4、 LiAsF6、 LiS03CFj LiN(CF3S02)2。這些電解質(zhì)鹽可以單獨(dú)使用，也可兩個(gè) 或多個(gè)混合使用。有機(jī)溶劑，必須能溶解電解質(zhì)鹽但不溶電極上的粘合劑，且電化學(xué)窗口 足夠?qū)挘芊€(wěn)定存在于鋰離子二次電池中。例如，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、 碳酸二乙酯、碳酸乙甲酯的碳酸酯類，或四氫呋喃、Y-丁內(nèi)酯，環(huán)丁砜、二甲氧基乙垸、 二乙氧基乙烷、乙基二甘醇二甲醚，這些溶劑可以單獨(dú)使用，也可兩個(gè)或多個(gè)混合使用。 通常電解質(zhì)在電解液中的濃度最好為lmol/l，其附近的電導(dǎo)率最高。
鋰二次電池的制造方法是制成正極片和制成負(fù)極片；將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊或
巻繞成電芯，裝入外包裝殼中，裝入電池的軟包裝殼或鋁殼或鋼殼中，經(jīng)過預(yù)封裝制成電 池坯，電池坯上預(yù)留有注液口。電池坯經(jīng)過真空干燥，充入干燥氣體，待注液的電池坯充 入干燥氮?dú)饣蚋稍餁鍤饣蚋稍锟諝?，將真空干燥后待注液的電池坯送到注液的環(huán)境中，環(huán) 境溫度0 40。C、濕度朋6~60%的空氣環(huán)境。在注液的環(huán)境中，工人最好穿著保護(hù)服，戴上 口罩，也可以不穿著保護(hù)服，不戴口罩，使用注液機(jī)向電池坯內(nèi)注入定量電解液，然后立 即進(jìn)行封口。之后使用公知的方法，進(jìn)行化成、分容、檢驗(yàn)、包裝，得到成品。
待注液的電池坯在環(huán)境溫度(T4(rC、濕度RH6 6(m的空氣環(huán)境中；較優(yōu)的環(huán)境條件是 溫度10 3(TC、濕度RHl(T40。/。的空氣環(huán)境；最優(yōu)的環(huán)境條件是溫度15~25°C、濕度朋20~30% 的空氣環(huán)境，使用真空注液封口機(jī)，先對鋰二次電池抽真空，避免空氣中少量水氣和氧氣 的影響，再注液，每只電池的注液到封口的時(shí)間《60秒，電解液中水分上升0.6ppm以下。 每只電池的注液到封口的時(shí)間60秒，電解液中水分會(huì)變成10.6土2ppm左右，仍然能夠符 合電解液供應(yīng)商的出廠標(biāo)準(zhǔn)，能夠保證電池的各項(xiàng)性能。然后馬上在真空狀態(tài)下封口，把 制造鋰二次電池所必須的無水和無氧環(huán)境中的工藝通過抽真空來實(shí)現(xiàn)；或者使用注液機(jī)先 對鋰二次電池注液，然后馬上用真空封口機(jī)抽真空，將鋰二次電池內(nèi)含有少量水氣和氧氣 的氣體抽出電池外，同時(shí)在真空狀態(tài)下封口。注液和封口之后的電池坯，進(jìn)行化成、分容、 檢驗(yàn)、包裝，得到成品。
本發(fā)明整個(gè)生產(chǎn)過程無需手套箱，無需無水和無氧干燥室的防護(hù)措施和高能耗，實(shí)現(xiàn) 低成本高效率生產(chǎn)鋰二次電池。操作過程中，操作人員可以穿著防護(hù)服，也可以不穿防護(hù) 服；最好戴上口罩，有利工人健康。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體例子對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1
使用公知的方法，將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑、黏合劑、溶劑一起配成漿料，涂布到鋁箔上， 烘干，輥壓，裁切，焊極耳，制成正極片；將石墨、導(dǎo)電劑、黏合劑、溶劑一起配成漿料， 涂布到銅箔上，烘干，輥壓，裁切，焊極耳，制成負(fù)極片；將正極片、隔膜、負(fù)極片巻繞 成電芯，裝入軟包裝殼中，經(jīng)過頂封、側(cè)封制成電池坯。電池坯經(jīng)過真空干燥，充入干燥 氮?dú)?，將真空干燥后待注液的電池坯送到注液環(huán)境中，溫度22土3。C、濕度RH22士3。/。的空 氣環(huán)境。在注液的環(huán)境中，工人不穿保護(hù)服，戴上口罩，使用同時(shí)具備抽真空、注液、封 口功能的真空注液封口機(jī)，先對鋰二次電池坯抽真空，避免空氣中少量水氣和氧氣的影響，
再注液，然后馬上在真空狀態(tài)下進(jìn)行真空一次封口。之后使用公知的方法，進(jìn)行化成、真 空二次封口、檢驗(yàn)、包裝，得到成品。按照此方法生產(chǎn)的343944型520mAh軟包裝鋰二次 電池以0. 5C作循環(huán)檢測情況在空氣中，室溫度22土3。C和濕度在朋22±3%條件注液的電 池循環(huán)第150次容量平均是首次的93. 0%，第300次容量平均是首次的86. 6%。對照實(shí)驗(yàn)， 手套箱中，溫度22士3。C，濕度在RH2士W，注液電池循環(huán)第150次容量平均是首次的92.6 %，第300次容量平均是首次的85.8%。另外，對手套箱注液和注液環(huán)境電池的容量、平 臺(tái)、內(nèi)阻、自放電、電池首次充放電效率、電池充電時(shí)間差異，電池荷電高溫90'C6h性能 差異、電池荷電高溫60'C7天性能差異、電池不荷電高溫6(TC7天性能差異、電池半荷電 (3.8V)室溫28天性能差異、電池長期貯存的氣脹情況做對比測試，基本上沒差別。 實(shí)施例2
使用公知的方法，將磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑、黏合劑、溶劑一起配成漿料，涂布到鋁箔上， 烘干，輥壓，沖切，制成正極片；將石墨、導(dǎo)電劑、黏合劑、溶劑一起配成漿料，涂布到 銅箔上，烘干，輥壓，沖切，制成負(fù)極片；將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊成電芯，焊接正 極耳和負(fù)極耳，裝入軟包裝殼中，經(jīng)過頂封、側(cè)封制成電池坯。電池坯經(jīng)過真空干燥，充 入干燥氮?dú)?，將真空干燥后待注液的電池坯送到注液的環(huán)境中，溫度25土3t:、濕度RH20 ±3%的空氣環(huán)境。在注液的環(huán)境中，工人穿著保護(hù)服，戴上口罩，使用注液機(jī)向電池坯內(nèi) 注入定量電解液，然后立即送入真空封口機(jī)，進(jìn)行真空一次封口。之后使用公知的方法， 進(jìn)行化成、真空二次封口、檢驗(yàn)、包裝，得到成品。
權(quán)利要求
1、一種鋰二次電池的制造方法，制成正極片和制成負(fù)極片，將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊或卷繞成電芯，裝入外包裝殼中，經(jīng)過預(yù)封裝制成電池坯，電池坯經(jīng)過真空干燥，充入干燥氣體，將真空干燥后待注液的電池坯送到注液的環(huán)境中注液和封口，進(jìn)行化成、分容、檢驗(yàn)、包裝，得到成品，其特征是注液的環(huán)境溫度0~40℃、濕度RH6~60％的空氣環(huán)境，在注液的環(huán)境中，使用注液機(jī)向電池坯內(nèi)注入定量電解液，然后封口。
2、 根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰二次電池的制造方法，其特征是注液環(huán)境溫度10 3(TC、濕度 RH10 40。/。的空氣環(huán)境。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰二次電池的制造方法，其特征是注液環(huán)境溫度15 25。C、濕度 RH2(T30。/。的空氣環(huán)境。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰二次電池的制造方法，其特征是電池的注液到封口的時(shí)間《60 秒。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰二次電池的制造方法，其特征是電池的注液到封口的時(shí)間《20 秒。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰二次電池的制造方法，其特征是電池的注液到封口的時(shí)間《10 秒。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰二次電池的制造方法，其特征是電池的外包裝殼是軟包裝殼或 鋁殼或鋼殼。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰二次電池的制造方法，其特征是待注液的電池坯充入干燥氣體 是干燥氮?dú)饣蚋稍餁鍤饣蚋稍锟諝狻?br> 全文摘要
本發(fā)明鋰二次電池的制造方法屬于電池領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰二次電池的制造方法，制成正極片和制成負(fù)極片，將正極片、隔膜、負(fù)極片層疊或卷繞成電芯，裝入軟包裝殼、或鋁殼、或鋼殼中，經(jīng)過預(yù)封裝制成電池坯，電池坯經(jīng)過真空干燥，充入干燥氮?dú)?，將真空干燥后待注液的電池坯送到注液的環(huán)境中，環(huán)境溫度0～40℃、濕度RH6～60％的空氣環(huán)境，在注液的環(huán)境中，使用注液機(jī)向電池坯內(nèi)注入定量電解液，然后立即進(jìn)行封口，再進(jìn)行化成、分容、檢驗(yàn)、包裝，得到成品。本發(fā)明整個(gè)生產(chǎn)過程無需手套箱，無需無水和無氧干燥室的防護(hù)措施和高能耗，實(shí)現(xiàn)低成本高效率生產(chǎn)鋰二次電池。
文檔編號(hào)H01M10/40GK101350427SQ20081002944
公開日2009年1月21日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者張翠芬, 曾石華 申請人:廣州豐江電池新技術(shù)有限公司