專利名稱：一種薄膜鋰離子電池及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種薄膜鋰離子電池，更具體地說，本發(fā)明涉及一 種電極極片包括金屬層和外面的非金屬層的薄膜鋰離子電池。本發(fā)明還涉及到該薄膜鋰離 子電池的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
眾所周知，鋰離子電池(包括使用聚合物電解質(zhì)的聚合物鋰離子電池)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)(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。 但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，目前一些小型的電子器件也希望采用高容量密度的鋰離子電池，例 如IC卡、銀行卡和其它微型的電子器件，以便于這些微型電子器件的功能化。而采用常見 的鋁殼、鋼殼和鋁塑復(fù)合膜的鋰離子電池，由于加工條件的限制，無法作成低于0. 5mm的薄 膜電池。而目前薄膜金屬鋰二次電池盡管其性能比較優(yōu)良，但是其生產(chǎn)方法成本高。通常 采用的方法包括磁控濺設(shè)法、真空沉積法、激光沉積法等，這些方法對(duì)設(shè)備的要求高，生產(chǎn) 成本高，且不易大規(guī)?；a(chǎn)；由于采用金屬鋰作為負(fù)極，密封要求高；同時(shí)由于沉積層的 限制，體積容量密度不高。另外，制備的薄膜金屬鋰二次電池的不易于微型電子器件進(jìn)行組
I=I O

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服目前鋁殼、鋼殼和鋁塑復(fù)合膜無法生產(chǎn)厚度低于0.5mm 的薄膜鋰離子電池，解決薄膜金屬鋰二次電池生產(chǎn)成本高、不易大規(guī)模生產(chǎn)、體積容量密度 不高、不易于微型電子器件進(jìn)行組合等方面的問題，提供一種薄膜鋰離子電池，該薄膜鋰 離子電池的特征在于電極極片包括金屬層和外面的非金屬層，金屬層上涂布有電極活性物 質(zhì)。該種薄膜鋰離子電池的厚度低于0.3mm，比較容易生產(chǎn)，成本低，具有良好的電化學(xué)性 能，高的體積容量密度。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該種薄膜鋰離子電池的應(yīng)用，該應(yīng)用包括在IC卡、信 任卡和其它微型電子儀器的應(yīng)用。本發(fā)明所述的薄膜鋰離子電池，其電極極片包括金屬層和外面的非金屬層，金屬 層上涂布有電極活性物質(zhì)。本發(fā)明中，所述的金屬層為銅箔和鋁箔。其中，銅箔上涂布有負(fù) 極活性物質(zhì)，所述鋁箔上涂布有正極活性物質(zhì)。本發(fā)明上述薄膜鋰離子電池的非金屬層的材料可以是有機(jī)高分子材料，包括塑 料、橡膠、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。本發(fā)明中，所述的薄膜鋰離子電池包括負(fù)極極片、正極極片、隔膜、電解質(zhì)和其它 輔助器件。
本發(fā)明中，所述的負(fù)極極片包括負(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、活性碳以及它們的復(fù)合物或混合物。本發(fā)明中，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)。本發(fā)明中，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) 包括LiCo02、LiNi02、LiMn204、LiFeP04和它們的摻雜物、改性物以及相互之間的混合物。本發(fā)明中，所述的輔助器件包括正溫度系數(shù)端子(PTC)、熱敏電阻。本發(fā)明由于包括金屬層和外面非金屬層的電極極片的采用，可以生產(chǎn)厚度低于 0. 3mm的薄膜鋰離子電池的目的，同時(shí)又具有良好安全性能的目的，而且還達(dá)到了降低成 本，提高體積容量密度的目的。由本發(fā)明提供的薄膜鋰離子電池，可以用于IC卡、銀行卡、其它微型電子等領(lǐng)域。 且本發(fā)明操作性強(qiáng)，成本較低，重現(xiàn)性好，質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)良。本發(fā)明的薄膜鋰離子電池克服了目前金屬殼(包括鋁殼和鋼殼)鋰離子電池和鋁 塑復(fù)合膜鋰離子電池不能作成薄膜型鋰離子電池的缺點(diǎn)，同時(shí)又克服了目前采用磁控濺設(shè) 法、真空沉積法、激光沉積法等方法制備薄膜金屬鋰二次電池成本高、體積密度低、不易與 微型電子器件組合在一起的缺點(diǎn)，并具有良好的安全性能和電化學(xué)性能，降低了制造成本， 提高了體積容量密度。本發(fā)明操作性強(qiáng)，重現(xiàn)性好，所得的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)良。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。
具體實(shí)施例方式對(duì)比例1采用鋁箔(厚度為0.015mm)作為鋰離子電池正極的集流體、銅箔(厚度為 0.010mm)作為鋰離子電池負(fù)極的集流體。以LiCoO2(湖南瑞翔有限公司，產(chǎn)品型號(hào)為 757)為正極的主要活性物質(zhì)，涂布的厚度為0. Imm;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，涂布的厚度為0. Imm ；以Celgard 2400 (厚度為 0. 02mm)為隔膜，組裝成電池芯，面積為IOX 10mm2。以鋁殼(最薄厚度為0. IOmm)為電池的 外殼，組裝成鋰離子電池，并加入具有安全性能的PTC端子和熱敏電阻，然后焊接，加入液 體電解液，化成，擱置，封口。電池的最薄厚度為0. 515mm。經(jīng)電化學(xué)性能測(cè)試，容量為3mAh。實(shí)施例1在與對(duì)比例1相同的鋁箔表面復(fù)合一層加有二氧化鈦填料的聚乙烯殼膜，厚度為 0. 02mm，然后將與對(duì)比例1相同的正極材料涂布在鋁箔層。同樣，與對(duì)比例1相同的銅箔表 面復(fù)合一層加有二氧化鈦填料的聚乙烯殼膜，厚度為0. 02mm，然后將與對(duì)比例1相同的負(fù) 極材料涂布在鋁箔層。其它條件與對(duì)比例1相同。然后加入電解液，化成，擱置，封口。電 池外觀為非透明的白色。經(jīng)測(cè)試，該薄膜鋰離子電池的最薄厚度為0. 265mm，容量與對(duì)比例 1相同?？梢院芊奖愕貙⒃摫∧や囯x子電池放置到厚度為Imm的銀行卡中，作為銀行卡的 電源，在刷卡時(shí)可以發(fā)生自動(dòng)充電，并根據(jù)用戶需要，進(jìn)行密碼的變更。對(duì)比例2采用鋁箔(厚度為0.015mm)作為鋰離子電池正極的集流體、銅箔(厚度為0. OlOmm)作為鋰離子電池負(fù)極的集流體。以Li[NiCoMn]02為正極的主要活性物質(zhì)，涂布 的厚度為0. Imm;以改性天然石墨為負(fù)極的主要活性成分，涂布的厚度為0. Imm;以厚度 為0.02mm的聚偏氟乙烯為隔膜，組裝成電池芯，面積為IOX 10mm2。以鋼殼(最薄厚度為 0. 15mm)為電池的外殼，組裝成鋰離子電池，并加入具有安全性能的PTC端子和熱敏電阻， 然后焊接，加入液體電解液，化成，擱置，封口。電池的最薄厚度為0. 565mm。經(jīng)電化學(xué)性能 測(cè)試，容量為2. 8mAh。實(shí)施例2在與對(duì)比例2相同的鋁箔表面復(fù)合一層加有尼龍纖維增強(qiáng)和紅色色母的聚(對(duì)苯 二甲酸乙二醇酯)共混物膜，厚度為0. 02mm，然后將與對(duì)比例1相同的正極材料涂布在鋁箔 層。同樣，與對(duì)比例1相同的銅箔表面復(fù)合一層加有尼龍纖維增強(qiáng)和紅色色母的聚(對(duì)苯 二甲酸乙二醇酯)共混物膜，厚度為0. 02mm，然后將與對(duì)比例2相同的負(fù)極材料涂布在鋁箔 層。其它條件與對(duì)比例2相同。然后加入電解液，化成，擱置，封口。電池外觀為紅色。經(jīng) 測(cè)試，該薄膜鋰離子電池的最薄厚度為0. 265mm，容量與對(duì)比例2相同?？梢院芊奖愕貙⒃摫∧や囯x子電池放置到厚度為Imm的IC卡中，作為IC卡的電 源，在刷卡時(shí)可以發(fā)生自動(dòng)充電，并根據(jù)用戶需要，進(jìn)行密碼的變更。對(duì)比例3采用鋁箔(厚度為0.015mm)作為鋰離子電池正極的集流體、銅箔(厚度為 0.010mm)作為鋰離子電池負(fù)極的集流體。以LiMn2O4為正極的主要活性物質(zhì)，涂布的厚 度為0. 12mm;以改性天然石墨為負(fù)極的主要活性成分，涂布的厚度為0. Imm ；以Celgard 2400 (厚度為0.02mm)為隔膜，組裝成電池芯，面積為lOXlOmm2。以鋁塑復(fù)合膜(最薄厚 度為0. 03mm)為電池的外殼，組裝成鋰離子電池，并加入具有安全性能的PTC端子和熱敏電 阻，然后焊接，加入液體電解液，化成，擱置，封口。電池的最薄厚度為0.305mm。經(jīng)電化學(xué)性 能測(cè)試，容量為2. 5mAh。實(shí)施例3在與對(duì)比例3相同的鋁箔表面復(fù)合一層加有納米二氧化硅增強(qiáng)劑和綠色色母的 聚氯乙烯膜，厚度為0. 02mm，然后將與對(duì)比例3相同的正極材料涂布在鋁箔層。同樣，與對(duì) 比例3相同的銅箔表面復(fù)合一層加有納米二氧化硅增強(qiáng)劑和綠色色母的聚氯乙烯膜，厚度 為0. 02mm，然后將與對(duì)比例3相同的負(fù)極材料涂布在鋁箔層。其它條件與對(duì)比例3相同。 然后加入電解液，化成，擱置，封口。電池外觀為綠色。經(jīng)測(cè)試，該薄膜鋰離子電池的最薄厚 度為0. 285mm，容量與對(duì)比例3相同。可以很方便地將該薄膜鋰離子電池放置到厚度為Imm的微型計(jì)算器中，作為微型 計(jì)算器的電源。對(duì)比例4采用LiCoO2作為正極材料，通過真空沉積法將其沉積在厚度為0. 015mm的不銹 鋼基體上，厚度為0. 080mm，然后沉積一層厚度為0. OlOmm的Li2O-SiO2-P2O5固體電解質(zhì)和 厚度為0. OlOmm的金屬鋰膜，面積為IOX 10mm2，最后在外面沉積一層厚度為0. OlOmm的 Li2O-SiO2-P2O5固體電解質(zhì)，將薄膜金屬鋰二次電池全部進(jìn)行密封。經(jīng)測(cè)試，該薄膜鋰離子 電池的最薄厚度為0. 125mm。但是，由于極耳難以引出，無法安置到IC卡中。必須直接將電 極材料沉積在IC卡上，才能與IC卡進(jìn)行組合和極耳的引出。測(cè)試結(jié)果表明，該薄膜鋰離子
5電池的容量?jī)H為ImAh。 通過上述對(duì)比例和實(shí)施例之間的對(duì)比，可以看出本發(fā)明的薄膜鋰離子電池不僅具 有良好的電化學(xué)性能，體積容量密度高，易于放置到微型電子器件中，而且還具有良好的安 全性能，可以防止氣脹、起火和爆炸，外觀的顏色也可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
一種薄膜鋰離子電池，包括電極極片，其特征在于，其電極極片包括金屬層和外面的非金屬層，所述的金屬層上涂布有電極活性物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的金屬層為銅箔或鋁箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的銅箔上涂布有負(fù)極活 性物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的鋁箔上涂布有正極活 性物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的非金屬層的 材料選自有機(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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的有機(jī)高分子材料選自 塑料、橡膠或纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的無機(jī)材料選自功能性 填料或添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的功能性填料或添加劑 選自阻燃性、增塑性、導(dǎo)電性、著色性或增強(qiáng)性填料或光滑劑、耐磨劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的電池包括負(fù)極極片、正 極極片、隔膜、電解質(zhì)和其它輔助器件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的負(fù)極極片包括負(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)選自人造石墨、天然石墨、硬碳、軟碳、硅、錫、 活性碳以及它們的復(fù)合物或混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的電解質(zhì)選自液體電解 質(zhì)或凝膠聚合物電解質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述的正極極片包括正極活 性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，其中正極活性物質(zhì)選自LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4和它們 的摻雜物、改性物以及相互之間的混合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜鋰離子電池，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。
14.權(quán)利要求1-13任一所述的薄膜鋰離子電池在IC卡、信任卡或其它微型電子儀器中 的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種薄膜鋰離子電池及其應(yīng)用。該薄膜鋰離子電池其電極極片包括金屬層和外面的非金屬層，金屬層上涂布有電極活性物質(zhì)。該薄膜鋰離子電池具有良好的安全性能和高的體積容量密度，能防止氣脹、爆炸和燃燒。本發(fā)明操作性強(qiáng)，成本較其它方法低，重現(xiàn)性好，所得的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，體積容量密度高?？捎糜贗C卡、銀行卡和其它微型電子器件中。
文檔編號(hào)H01M10/42GK101908655SQ200910052678
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者吳宇平, 張鵬, 施軼, 楊黎春 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)