專利名稱：一種圓柱形鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種圓柱形鋰離子電池，更具體地說，本發(fā)明涉 及一種非金屬殼圓柱形鋰離子電池。
技術(shù)背景眾所周知，鋰離子電池和聚合物鋰離子電池具有能量密度高、比功率大、循環(huán) 性能好、無記憶效應(yīng)、無污染等特點(diǎn)(參見吳宇平，戴曉兵，馬軍旗，程預(yù)江.《鋰 離子電池__應(yīng)用與實(shí)踐》.北京化學(xué)工業(yè)出版社，2004年；吳宇平，張漢平，吳 鋒，李朝暉，《聚合物鋰離子電池》，北京化學(xué)工業(yè)出版社，2007年)，因此它們的 發(fā)展非常迅速。目前圓柱形鋰離子電池的用量很大，例如筆記本電腦、電動工具，具 有非常廣泛的市場。但是，由于其采用的金屬殼和復(fù)合膜。對于金屬殼而言，由于其耐壓性強(qiáng)，盡管采取多種安全部件，然而還是無法保障100%的安全，例如2006年6月21日日本索尼公司生產(chǎn)的筆記本電腦電池用在戴爾筆記本電腦上發(fā)生起火；金屬 殼的模具加工時間長；金屬殼的成本高；金屬殼的生產(chǎn)過程的激光焊接和回收將消耗 大量的能源，外觀顏色單調(diào)。而對于聚合物鋰離子電池而言，由于使用的外包裝材料 為聚合物與鋁膜的復(fù)合膜，因此在內(nèi)壓稍高的情況很容易變形，導(dǎo)致聚合物鋰離子電 池的電化學(xué)性能顯著劣化而失效，其中內(nèi)壓產(chǎn)生的主要原因是在充放電過程中，增塑 的有機(jī)電解液將緩慢與正極、負(fù)極材料發(fā)生反應(yīng)；該復(fù)合膜不易制成圓柱形結(jié)構(gòu)；同 時，該復(fù)合膜不易回收，且該膜的制備過程要求較高，聚合物鋰離子電池的生產(chǎn)合格 率低，易氣脹失效，從整體成本而言，聚合物鋰離子電池明顯高于鋰離子電池。因此， 目前采用復(fù)合膜作為外殼的圓柱形鋰離子電池非常罕見。另外，金屬殼鋰離子電池和 聚合物鋰離子電池的外觀顏色不能變化，顯得非常單調(diào)。因此，為了確保圓柱形鋰離 子電池的成本低、容易回收、外觀豐富多彩，鋰離子電池殼的研制就顯得非常重要。 發(fā)明內(nèi)容為了克服目前金屬殼圓柱形鋰離子電池安全性能差、金屬殼的模具加工時間長、 金屬殼的成本高、回收成本高和復(fù)合膜包裝的圓柱形聚合物鋰離子電池生產(chǎn)成本高、 合格率低、易氣脹以及它們的外觀單調(diào)等方面的問題，本發(fā)明提出了一種非金屬殼的 圓柱形鋰離子電池，該非金屬殼圓柱形鋰離子電池具有良好的穩(wěn)定性， 一方面具有良 好的電化學(xué)性能，另一方面具有良好的安全性能；且電池殼的生產(chǎn)成本低，能耗少，回收非常方便，而且其外觀的顏色可以根據(jù)需要，通過在非金屬材料中加入著色劑進(jìn) 行調(diào)整。本發(fā)明提供的非金屬殼圓柱形鋰離子電池，包括電芯和非金屬殼。該非金屬殼具 有一定的強(qiáng)度，可以保證在較低的內(nèi)壓下(〈5個大氣壓)不會失效；同時，當(dāng)內(nèi)壓超過 一定程度(〉5個大氣壓)時，電池殼會發(fā)生破壞，及時釋放出內(nèi)壓，防止圓柱形鋰離子 電池失控，發(fā)生起火和爆炸。該非金屬殼圓柱形鋰離子電池具有良好的電化學(xué)性能和 安全性能，電池殼的生產(chǎn)成本低，能耗少，回收非常方便。本發(fā)明提供的非金屬殼圓柱形鋰離子電池，包括常見的負(fù)極、正極、隔膜、電解質(zhì) 和其它輔助器件。其中所述的負(fù)極材料包括負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑。所述的 負(fù)極活性物質(zhì)包括人造石墨、天然石墨、硬碳、軟碳、硅、錫或活性碳，或者這些材 料中幾種的復(fù)合物或混合物。正極包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑。所述的正極活性物質(zhì)包括LiCo02、 LiNi02、 LiMnA或LiFeP04，或者這種些材料的摻雜物、改性物 或其中幾種材料的混合物。所述的電解質(zhì)包括液體電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)。所述 的其它輔助器件包括熱溫度系數(shù)端子(PTC)、熱敏電阻。所述非金屬殼的材料可以是有機(jī)高分子材料，包括塑料、橡膠或纖維，也可以是 有機(jī)高分子材料與無機(jī)材料的復(fù)合物。所述的有機(jī)高分子材料可以是烯烴類聚合物或 其共混物，包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、乙丙橡膠、聚(異戊二烯)， 也可以是縮聚物或其共混物，包括尼龍、聚酯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚硅氧烷。所 述的無機(jī)材料可以是功能性填料或添加劑，包括阻燃性、增塑性、導(dǎo)電性、著色性、 增強(qiáng)性、光滑劑、耐磨劑。所述的功能性填料或添加劑包括炭黑、二氧化鈦、氧化鋁、 氧化硅、碳酸鈣、玻璃纖維、色母、滑石粉。所述圓柱形鋰離子電池的正極端子和負(fù)極端子可以位于電池的同一側(cè)或異側(cè)。本發(fā)明認(rèn)為，由于非金屬殼部件的采用，可以達(dá)到圓柱形鋰離子電池的目的，同 時又具有良好安全性能的目的，而且還達(dá)到了降低成本和能耗、保護(hù)環(huán)境的目的，還 達(dá)到了圓柱形鋰離子電池外觀可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整的目的。由本發(fā)明提供的非金屬殼圓柱形鋰離子電池，可以用于筆記本電腦、電動工具、 照明等領(lǐng)域。且本發(fā)明操作性強(qiáng)，成本較低，重現(xiàn)性好，所得的產(chǎn)品外觀顏色多種多 樣，質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)良。
具體實(shí)施方式
下面將通過實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受限于這些實(shí)施例。對比例1采用鋁殼作為圓柱形鋰離子電池的殼，型號為圓柱形14450(直徑為14mm，高度 為45ram)。以LiCo02(湖南瑞翔有限公司，產(chǎn)品型號為757)為正極的主要活性物質(zhì)，以 人造石墨(日本大阪煤氣公司的MCMB-2628)為負(fù)極的主要活性成分，以Celgard 2400 為隔膜，組裝成電池芯。將電池芯放入到上述圓柱形的14450鋁殼中，并加入具有安 全性能的PTC端子和熱敏電阻，然后加入液體電解液，化成，擱置，封口。電池外觀 為金屬鋁的光澤。安全測試將上述充滿電的14450圓柱形鋰離子電池置于8(TC的熱箱中，結(jié)果發(fā) 現(xiàn)經(jīng)過1小時，電池發(fā)生爆炸。電化學(xué)性能測試將封口后的14450圓柱形鋰離子電池在室溫下進(jìn)行循環(huán)，先以 1C充電到4.2V，然后在4.2V恒流充電，終止電流為O. OIC。擱置5分鐘，然后以1C 放電，放電終止電壓為2. 75V。結(jié)果表明500次循環(huán)后，殘留容量為92%。 實(shí)施例1采用加有二氧化鈦填料的聚乙烯殼作為圓柱形鋰離子電池的殼，型號為圓柱形 14450(直徑為14mm，高度為45mm)。電池芯的組成與對比例1相同。將電池芯放入到 上述圓柱形的14450非金屬殼中，并加入具有安全性能的PTC端子和熱敏電阻，正極 端子與負(fù)極端子位于頂部。然后加入電解液，化成，擱置，封口。電池外觀為非透明 的白色。安全測試將上述充滿電的圓柱形14450圓柱形鋰離子電池置于8(TC的熱箱中， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)電池經(jīng)過1小時后，發(fā)現(xiàn)明顯變形；經(jīng)過10小時，也未發(fā)生爆炸。電化學(xué)性能測試與對比例l相同。結(jié)果表明500次循環(huán)后，與對比例l一樣，殘 留容量為92%。 對比例2采用鋼殼作為圓柱形鋰離子電池的外殼，型號為圓柱形的24650 (直徑為24mm， 高為65mm)。以LiFeP04(北大先行有限公司的產(chǎn)品)為正極的主要活性成分，以天然石 墨(河南思維能源材料有限公司的產(chǎn)品)為負(fù)極的主要活性成分，以Celgard 2400為隔 膜，組裝成電池芯。將電池芯放入到上述圓柱形24650鋼殼中，然后加入電解液，化 成，擱置，封口。電池外觀為金屬鋼的光澤。安全測試將上述充滿電的圓柱形24650圓柱形鋰離子電池置于12(TC的熱箱中， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過3小時，電池發(fā)生輕微爆炸。電化學(xué)性能測試與對比例l相同。結(jié)果表明500次循環(huán)后，殘留容量為94%。對比例3采用鋁塑復(fù)合膜作為圓柱形鋰離子電池的外殼，經(jīng)過沖壓，得到大小(直徑為 24mm，高為65mm)與上述對比例2相同的外殼。除封口采用熱壓封口以外，其它與對 比例2相同。測試結(jié)結(jié)果表明，該鋁塑膜圓柱形鋰離子電池的合格率為82%。安全測試將上述充滿電的鋁塑膜圓柱形鋰離子電池置于12(TC的熱箱中，結(jié)果 發(fā)現(xiàn)經(jīng)過3小時，電池發(fā)生明顯的破裂，并起火。電化學(xué)性能測試與對比例1相同。結(jié)果表明500次循環(huán)后，殘留容量為94%。 實(shí)施例2采用加有尼龍纖維增強(qiáng)和紅色色母的聚(對苯二甲酸乙二醇酯)共混物制為圓柱 形鋰離子電池的殼，殼的大小和電池芯的組成與對比例2相同。將電池芯放入到上述 非金屬殼中，正極端子與負(fù)極端子分別位于電池的頂部和底部。然后加入電解液，化 成，擱置，封口。電池外觀為紅色。測試結(jié)結(jié)果表明，該非金屬殼圓柱形鋰離子電池 的合格率為100%。安全測試將上述充滿電的圓柱形24650圓柱形鋰離子電池置于120。C的熱箱中， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)電池經(jīng)過3小時后，電池未發(fā)生明顯的變形；經(jīng)過10小時，也未發(fā)生爆炸。電化學(xué)性能測試與對比例l相同。結(jié)果表明500次循環(huán)后，與對比例2—樣，殘 留容量為94%。通過上述對比例1與實(shí)施例1、對比例2和3與實(shí)施例2的對比，可以看出本發(fā) 明的非金屬殼圓柱形鋰離子電池不僅具有良好的電化學(xué)性能，合格率高，還具有良好的 安全性能，可以防止氣脹、起火和爆炸；且外觀的顏色可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種圓柱形鋰離子電池，由負(fù)極、正極、隔膜、電解質(zhì)和其它輔助器件組成，其特征在于采用非金屬外殼，該非金屬外殼的材料是有機(jī)高分子材料，或有機(jī)高分子材料與無機(jī)材料的復(fù)合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱形鋰離子電池，其特征在于所述無機(jī)材料是功能性 填料或添加劑，包括阻燃劑、增塑劑、導(dǎo)電劑、著色劑、增強(qiáng)劑、光滑劑和耐磨劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項(xiàng)所述的圓柱形鋰離子電池，其特征在于所述的 負(fù)極包括負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，其中負(fù)極活性物質(zhì)包括人造石墨、天然石 墨、硬碳、軟碳、硅、錫或活性碳，或者這些材料中的幾種復(fù)合物或混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項(xiàng)所述的圓柱形鋰離子電池，其特征在于所述的 正極包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，其中正極活性物質(zhì)為LiCo02、LiNi02、LiMn204 或LiFePO,，或者這些材料的摻雜物、改性物，或其中幾種的混合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項(xiàng)所述的圓柱形鋰離子電池，其特征在于所述的 電解質(zhì)為液體電解質(zhì)或聚合物電解質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的圓柱形鋰離子電池，其特征在于所述的輔 助器件包括正溫度系數(shù)端子和熱敏電阻。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的圓柱形鋰離子電池，其特征在于正極端子 和負(fù)極端子位于電池的同一側(cè)或異側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種圓柱形鋰離子電池。該圓柱形鋰離子電池的外殼采用非金屬殼。該圓柱形鋰離子電池具有良好的安全性能，能防止氣脹、爆炸和燃燒。本發(fā)明操作性強(qiáng)，成本較低，重現(xiàn)性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號H01M2/30GK101241975SQ200810034549
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者吳宇平, 鵬 張, 張漢平 申請人:復(fù)旦大學(xué)