專(zhuān)利名稱(chēng)：一種圓柱狀鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種小型圓柱狀鋰離子電池，尤其是適合LED燈等小電流放電條件下使用的小型圓柱狀鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是一種充電電池，它一般采用含有鋰元素的材料作為正極，主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。鋰離子電池是現(xiàn)代高性能電池的代表，也是目前手機(jī)、筆記本電腦等現(xiàn)代數(shù)碼產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛的電池，與傳統(tǒng)的鎳氫、鎳鎘及鉛酸等充電電池相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)1)高單體電壓。單體電池的工作電壓高達(dá)3. 7-3. 8V (磷酸鐵鋰3. 2V)，是Ni-Cd、 Ni-H電池的3倍。2)高比能量。目前能達(dá)到的實(shí)際比能量超過(guò)200Wh/kg，3-4倍于Ni-Cd，2-3倍于 Ni-MH。3)循環(huán)壽命長(zhǎng)。一般均可達(dá)到500次以上，甚至1000次以上，磷酸鐵鋰的可以達(dá)到2000次以上。對(duì)于小電流放電的電器，電池的使用期限長(zhǎng)，將倍增電器的競(jìng)爭(zhēng)力。4)安全性能好。無(wú)公害，無(wú)記憶效應(yīng)。5)自放電小。室溫下充滿電的Li-ion儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為2%左右，大大低于 Ni-Cd 的 25-30%, Ni,MH 的 30-35%。6)可快速充放電。7)工作溫度范圍高，工作溫度為-25-45 ，隨著電解液和正極的改進(jìn)，期望能擴(kuò)寬到-40-70 0C ο在很多小電流放電領(lǐng)域，對(duì)鋰離子電池的需求量也很大。如新能源領(lǐng)域的LED照明，近年的發(fā)展速度非常驚人。LED (Light-Emitting Diode發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場(chǎng)發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點(diǎn)非常明顯，壽命長(zhǎng)、光效高、無(wú)輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光頻段，其發(fā)光效率可超過(guò)1501m/W(2010年)。將LED與普通白熾燈、 螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示普通白熾燈的光效為121m/W，壽命小于2000小時(shí)，螺旋節(jié)能燈的光效為601m/ff,壽命小于8000小時(shí)，T5熒光燈則為961m/ff, 壽命大約為10000小時(shí)，而直徑為5毫米的白光LED光效可以超過(guò)1501m/W，壽命可大于 100000小時(shí)。由于LED照明功耗低，LED作為應(yīng)急燈、手電筒、草坪燈等使用時(shí)，對(duì)配套使用的鋰離子電池，如使用18650電池，放電電流僅需要小至數(shù)十毫安到數(shù)百毫安(相當(dāng)于 0. 02C-0. 10C)，并不需要大電流放電能力，因此采用涂布工藝制造的可高倍率放電的電池， 對(duì)小電流工作的LED照明領(lǐng)域顯得有些浪費(fèi)。因此，本實(shí)用新型提供一種小型圓柱狀鋰離子電池，尤其是適合LED燈小電流放電條件下使用的小型圓柱狀鋰離子電池。
實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種小型圓柱狀鋰離子電池，尤其是適合LED燈照明燈小電流放電條件下使用的小型圓柱狀鋰離子電池。本實(shí)用新型所述的圓柱狀鋰離子電池，包括電池外殼、正極、負(fù)極、隔膜、導(dǎo)電棒、 蓋帽、密封墊、負(fù)極壓蓋、正極壓蓋和底墊，其特點(diǎn)在于，所述電池的負(fù)極或正極分別為圓柱狀電極或環(huán)形電極，環(huán)形電極位于電池外殼內(nèi)，其內(nèi)徑與圓柱狀電極外徑相配合、外徑與電池外殼相配合，橫截面為同心圓結(jié)構(gòu)；圓柱狀電極位于電池的中心，圓柱狀電極和環(huán)形電極之間為隔膜層。其中，所述隔膜層為1-3層隔膜。所述圓柱狀電極以導(dǎo)電棒為芯，導(dǎo)電棒位于圓柱狀電極的中心位置；所述導(dǎo)電棒可選用本領(lǐng)域常用的材料，當(dāng)正極為圓柱狀電極時(shí)，選用純鋁或鋁合金絲為導(dǎo)電棒；當(dāng)負(fù)極為圓柱狀電極時(shí)，選用銅絲作為導(dǎo)電電棒；所述電池鋼殼內(nèi)還包括石墨乳層。另外，所述圓柱狀電極還包括極耳，所述極耳可選擇本領(lǐng)域常用的極耳，優(yōu)選的， 所述極耳采用螺旋狀金屬。當(dāng)電池的負(fù)極為圓柱狀電極時(shí)，螺旋狀金屬為純鋁或鋁合金；電池的正極為圓柱狀電極時(shí)，螺旋狀金屬為紫銅或純鋁。其中，所述正極粉末粉料包括LiCoO2 (鈷酸鋰)、LiMn2O4 (錳酸鋰)、LiNiO2 (鎳酸鋰)、Li (Ni1/3C0l/3Mni/3) O2 (三元材料)、LiFePO4 (磷酸鐵鋰)等目前常用的所有鋰離子電池正極材料，還包括本領(lǐng)域常用的導(dǎo)電劑。所述負(fù)極粉末材料包括天然石墨、天然改性石墨、人造石墨、中間相碳微球及各類(lèi)金屬氧化物負(fù)極材料等目前常用的鋰離子電池負(fù)極材料，還包括本領(lǐng)域常用的導(dǎo)電劑。特別的，本實(shí)用新型所述的電池可采用下述方法制備1)正極的制備將正極粉料混合，攪拌均勻后加入乙醇或N-甲基吡咯烷酮(NMP)， 攪拌均勻，壓制成環(huán)狀或圓柱狀電極；所述圓柱狀電極以導(dǎo)電棒為芯，導(dǎo)電棒位于圓柱狀電極的中心位置；2)負(fù)極的制備將負(fù)極粉料混合，攪拌均勻后加入乙醇或N-甲基吡咯烷酮(NMP)， 攪拌均勻，壓制成與正極相配的圓柱狀或環(huán)狀電極；所述圓柱狀電極以導(dǎo)電棒為芯，導(dǎo)電棒位于圓柱狀電極的中心位置；3)裝配將環(huán)狀電極裝入鋼殼，在圓柱狀電極的外側(cè)面包上隔膜，插入環(huán)狀電極的中間，直接組裝成電池。當(dāng)然，步驟幻也可以如下進(jìn)行在圓柱狀電極的外側(cè)面包上隔膜，插入環(huán)狀電極的中間，然后將環(huán)狀電極裝入鋼殼，直接組裝成電池。步驟1)和2、中，所述壓制可采用本領(lǐng)域常用的方法進(jìn)行，優(yōu)選采用打環(huán)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述打環(huán)機(jī)是一種粉末成型設(shè)備，一般由壓力機(jī)和所需的模具組成，就本實(shí)用新型來(lái)說(shuō)，采用環(huán)狀模具和圓柱狀模具以及常用的壓機(jī)組成。步驟3)中，還包括將所述鋼殼內(nèi)噴涂石墨乳，以增加正極粉環(huán)或負(fù)極粉環(huán)與鋼殼的接觸，減少接觸電阻。另外，在步驟幻之后，本實(shí)用新型所述的方法還包括裝上正極和負(fù)極壓蓋后，滾槽封口，然后在圓柱狀電極上焊上彈簧狀極耳后與頂蓋或底蓋焊接，在烘箱中烘干后，注入電解液，待電解液吸收后機(jī)械封口，然后經(jīng)過(guò)化成和分選后即可制成電池成品。其工藝流程示意圖如圖1所示本實(shí)用新型的電池可為反極式或常規(guī)結(jié)構(gòu)，采用頂部或底部滾槽封口，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)附圖2、3所示。小型圓柱電池可采用反極式結(jié)構(gòu)(外殼帶正電)或傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu) (外殼帶負(fù)電)，采用反極式結(jié)構(gòu)時(shí)，正極粉末材料采用打環(huán)機(jī)壓制成環(huán)狀，而負(fù)極材料則壓制成圓柱狀，而采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)則相反。電池鋼殼內(nèi)噴涂石墨乳，以增加正極粉環(huán)或負(fù)極粉環(huán)與鋼殼的接觸，減少接觸電阻。與目前傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝不同，本實(shí)用新型所述的電池，正極和負(fù)極均不采用在鋁箔或銅箔上涂布成型的方法制造，而是直接將正極粉末材料或負(fù)極粉末材料加上導(dǎo)電劑混合均勻后，用打環(huán)機(jī)先壓成環(huán)狀或圓柱狀，然后在其外包上隔膜后插入環(huán)狀電極的中間裝入鋼殼中直接組裝成電池，可降低電池內(nèi)阻，提高電池容量。本實(shí)用新型所述的小型圓柱狀鋰離子電池，其制造方法取消了傳統(tǒng)鋰離子電池和漿、涂布、對(duì)輥、分條、制片和卷繞等復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而是采用固體粉末直接成型工藝制造正極或負(fù)極電極，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)鋰離子電池的復(fù)雜生產(chǎn)工藝，大幅度提高了生產(chǎn)效率，而且降低設(shè)備投資2/3以上，電池的生產(chǎn)和人工成本也大幅度降低1/2以上，適合于低成本快速制造適合LED燈等使用的小電流放電的各類(lèi)鋰離子電池。

圖1為本實(shí)用新型所述方法的工藝流程圖。圖2為外殼為負(fù)極(反極式)的圓柱鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-外殼2-正極環(huán)3-隔膜層4-負(fù)極5-負(fù)極導(dǎo)電棒6-負(fù)極蓋帽7-密封墊8-正極壓蓋9-負(fù)極壓蓋 10-底墊。圖3為外殼為正極的圓柱鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-外殼2’ -負(fù)極環(huán) 3-隔膜層4’-正極5’-正極導(dǎo)電棒6’-正極蓋帽7-密封墊8’-負(fù)極壓蓋9’-正極壓蓋10-底墊。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步描述。如無(wú)特別指明，本實(shí)用新型所用的原料均為市購(gòu)。實(shí)施例1 18650型錳酸鋰電池的制備正極配比90% (重量比)LiMn204+8%乙炔黑+2導(dǎo)電石墨，干粉攪拌均勻，然后添加10%正極粉料總重的NMP，繼續(xù)攪拌均勻，電解液為lMLiPF6+EC+DME+DMC(l 1 1)。攪拌好的錳酸鋰粉料在自制的打環(huán)機(jī)中壓制成正極粉環(huán)，每節(jié)電池中加三個(gè)粉環(huán)，粉環(huán)的尺寸為外徑17. 5mm,內(nèi)徑8. 0mm，高度為19. 0mm，每個(gè)粉環(huán)的重量為 30. 0 士0. 5g ；負(fù)極棒外徑8. 0mm，高度為58. 0mm，每個(gè)粉環(huán)的重量為14. 0 士0. 5g。在負(fù)極棒外包裹上2層20微米厚的聚丙烯隔膜，裝入正極粉環(huán)中，然后注入9. Og電解液，經(jīng)滾槽封口后，常溫下擱置M小時(shí)，然后進(jìn)行化成和分選處理。[0040]化成和分選的工藝為①電池先以0.05C充電2小時(shí)，然后以0. IC充電到4. 2V; ②初步充電后的電池在烘箱內(nèi)擱置12、18、M小時(shí)，溫度為35-40°C ；③將電池從烘箱內(nèi)取出，待冷至常溫后，以0. IC倍率放電至2. 5V ；④以0. 2C倍率恒流恒壓充電到4. 2V、，然后以 0. 2C放電至1. OV ；⑤反復(fù)充放電2次，然后分選電池。制備了 3節(jié)電池，結(jié)構(gòu)如圖2所示，外殼1內(nèi)涂覆石墨乳，裝入正極環(huán)2 ；圓柱狀電極為負(fù)極4，其中心為負(fù)極導(dǎo)電棒5，外周包裹三層隔膜，這三層隔膜形成隔膜層3，圓柱狀電極位于正極環(huán)2中；滾槽封口，正極環(huán)2設(shè)置正極壓蓋8 ；圓柱狀電極為負(fù)極4，設(shè)置負(fù)極壓蓋9，在圓柱狀電極上焊上彈簧狀極耳后與頂蓋或底蓋焊接，在烘箱中烘干后，注入電解液，待電解液吸收后后在電池頂部增加密封墊7，設(shè)置負(fù)極蓋帽6，底部增加底墊10，機(jī)械封口，然后經(jīng)過(guò)化成和分選后制成電池成品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示表 權(quán)利要求1.一種圓柱狀鋰離子電池，包括電池外殼、正極、負(fù)極、隔膜、導(dǎo)電棒、蓋帽、密封墊、負(fù)極壓蓋、正極壓蓋和底墊，其特征在于，所述電池的負(fù)極或正極分別為圓柱狀電極或環(huán)形電極，環(huán)形電極位于電池外殼內(nèi)，其內(nèi)徑與圓柱狀電極外徑相配合、外徑與電池外殼相配合， 橫截面為同心圓結(jié)構(gòu)；圓柱狀電極位于電池的中心，圓柱狀電極和環(huán)形電極之間為隔膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀鋰離子電池，其特征在于，所述隔膜層為1-3層隔膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱狀鋰離子電池，其特征在于，所述圓柱狀電極以導(dǎo)電棒為芯，導(dǎo)電棒位于圓柱狀電極的中心位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的圓柱狀鋰離子電池，其特征在于，所述電池鋼殼內(nèi)還包括石墨乳層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的圓柱狀鋰離子電池，其特征在于，所述圓柱狀電極還包括極耳，所述極耳采用螺旋狀金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圓柱狀鋰離子電池，其特征在于，電池的負(fù)極為圓柱狀電極時(shí)，所述螺旋狀金屬為純鋁或鋁合金；電池的正極為圓柱狀電極時(shí)，所述螺旋狀金屬為紫銅或純鋁。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種小型圓柱狀鋰離子電池，尤其是適合于LED燈小電流放電條件下使用的圓柱狀鋰離子電池，所述電池的負(fù)極或正極分別為圓柱狀電極或環(huán)形電極，環(huán)形電極的內(nèi)徑與圓柱狀電極外徑相配合、外徑與電池鋼殼相配合，圓柱狀電極位于電池的中心，圓柱狀電極和環(huán)形電極之間為隔膜層。與目前傳統(tǒng)的電池不同，本實(shí)用新型所述的電池，正極和負(fù)極均直接將正極材料或負(fù)極材料與導(dǎo)電劑的混合物用打環(huán)機(jī)壓制成環(huán)狀或圓柱狀，然后在圓柱狀電極外包上隔膜后插入環(huán)狀電極的中，裝入鋼殼中直接組裝而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電池容量高。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK202217740SQ201120337600
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者呂煥祥, 張立軍, 甘永平, 錢(qián)靈超, 陶新永 申請(qǐng)人:浙江吉能電池科技有限公司