專利名稱：異形鋰離子電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，本發(fā)明涉及一種異形鋰離子電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池由于具有能量密度高、綠色環(huán)保和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，已經(jīng)在移動設(shè)備(如MP3、手機、筆記本電腦)、電動汽車、軍事和航天等方面得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，市場競爭也日趨激烈。電子產(chǎn)品的質(zhì)量越來越輕，厚度也越來越薄，這對電池的能量密度提出了越來越高的要求。另外，因為電子技術(shù)的發(fā)展和原材料生產(chǎn)技術(shù)的提高，電子產(chǎn)品的使用壽命也越來越長，所以對于鋰離子電池的循環(huán)壽命的要求也越來越高。提高鋰離子電池的使用壽命，不僅可以降低電池的使用成本，同時也能減少鋰離子電池的報廢率，可以真正做到綠色環(huán)保。傳統(tǒng)鋰離子電池的使用壽命一般為300個循環(huán)到500個循環(huán)，而當(dāng)前電子產(chǎn)品的使用功能越來越多，導(dǎo)致在使用過程中放電加快，特別對當(dāng)前智能手機和筆記本電池來說， 如果運行的程序較多，一天至少充一次電，這樣，對于傳統(tǒng)的鋰離子電池來說，其對應(yīng)的電子產(chǎn)品使用壽命基本上一年到一年半的時間。這樣大大提高了終端用戶的使用成本，同時也不利于綠色環(huán)保。影響鋰離子電池循環(huán)壽命的主要因素有正負(fù)極活性材料種類，電解液類型和電解液吸收量，工序參數(shù)(如壓實密度大小)，充放電條件，鋰離子電池使用環(huán)境等。當(dāng)正負(fù)極活性材料、充放電條件和使用環(huán)境確定后，影響鋰離子電池循環(huán)壽命的因素主要是電解液的吸收量。影響電解液吸收量的因素一個是電解液灌注量，另外一個是正負(fù)極片的壓實密度。壓實密度的大小影響極片的孔隙率，進而影響極片對電解液的吸收。而鋰離子電池在使用過程中，因為副反應(yīng)的原因，電解液會在正極和負(fù)極表面被消耗，導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)部的電解液量減少，同時副反應(yīng)使得電池的界面阻抗增大，所以鋰離子電池循環(huán)壽命會衰減， 特別是在電解液消耗后期，阻抗會增加更快，循環(huán)壽命衰減也加快。傳統(tǒng)的鋰離子電池是通過降低正負(fù)極的壓實密度來實現(xiàn)長循環(huán)壽命，這樣做的好處在于通過降低壓實密度增加極片的孔隙率，增加極片對電解液量的吸收量，保證鋰離子電池內(nèi)部有足夠的電解液來增加循環(huán)壽命。但當(dāng)正負(fù)極壓實密度過低，則會導(dǎo)致顆粒間的接觸變差，特別是鋰離子電池使用過程中極片內(nèi)部碰撞更惡化了顆粒間接觸，使得在充電時負(fù)極表面析鋰，放電時倍率性能變差，也使得電池循環(huán)變的更差。而在實際生產(chǎn)過程中， 因為設(shè)備精度和工藝控制水平的影響，如涂布重量偏低，冷壓設(shè)備壓力變小，可能導(dǎo)致部分極片的壓實密度偏低，從而導(dǎo)致電池循環(huán)變差，甚至導(dǎo)致電池析鋰，進而影響電池安全。另外，為了提高電子產(chǎn)品競爭力，部分消費電子產(chǎn)品已經(jīng)向異形化轉(zhuǎn)變，現(xiàn)在電子產(chǎn)品的外形也越來越多樣化。例如香蕉形狀的藍(lán)牙耳機，圓形的MP3，圓形的手機，圓環(huán)形狀的電子腕表，內(nèi)嵌透明圓形電子顯示器的方形電子鐘等。傳統(tǒng)的鋰離子電池形狀多為長方體或者圓柱體，一般情況下，為了滿足異形電子產(chǎn)品的需要，在一個傳統(tǒng)形狀的電池能量密度不能滿足電子產(chǎn)品要求的時候，電池設(shè)計者都會根據(jù)電子產(chǎn)品的外形尺寸，在這種電子產(chǎn)品的合適部位設(shè)計相應(yīng)的尺寸的電池進行并聯(lián)，以求滿足該形狀產(chǎn)品的充放電要求。而對于此種電子產(chǎn)品，選用多個電池并聯(lián)方式的后果是直接導(dǎo)致電子產(chǎn)品內(nèi)部空間利用率嚴(yán)重下降，特別是增加了產(chǎn)品分組過程，這將導(dǎo)致電池生產(chǎn)成本大大提高。所以有必要提供一種新的鋰離子電池制作方法來滿足上述特殊形狀電池的需求。有鑒于此，確有必要提供一種具有長循環(huán)壽命的異形鋰離子電池及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種具有長循環(huán)壽命的異形鋰離子電池。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種異形鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜和封裝膜，所述的正極片上開設(shè)有正極片沖孔，負(fù)極片上開設(shè)有負(fù)極片沖孔，隔膜上開設(shè)有隔膜沖孔，將正極片、隔膜和負(fù)極片經(jīng)過卷繞或疊片工藝制成電芯后，正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔的中心均落在同一條直線上，形成連通的缺口。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的異形鋰離子電池因為沖孔的存在增加了電解液吸收的通道，促進了極片對電解液的吸收，改善了電解液對極片的浸潤，電池的內(nèi)阻明顯降低，提高了鋰離子電池的循環(huán)性能。作為本發(fā)明異形鋰離子電池的一種改進，所述正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔分別開設(shè)在電芯的中央?yún)^(qū)或邊緣區(qū)。作為本發(fā)明異形鋰離子電池的一種改進，所述正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔的形狀為圓形、方形、三角形或梯形。作為本發(fā)明異形鋰離子電池的一種改進，所述封裝膜上設(shè)有封裝膜沖孔，所述封裝膜沖孔與電芯沖孔的中心落在同一條直線上。作為本發(fā)明異形鋰離子電池的一種改進，正極片沖孔、負(fù)極片沖孔、隔膜沖孔和封裝膜沖孔的直徑或邊長大于等于0. 1 μ m，但要小于極片的寬度，以保證極片不斷裂而能夠正常進行卷繞。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種異形鋰離子電池的制造方法，包括以下步驟Si，在經(jīng)過攪拌、涂布、冷壓和分切工序制得的正極片和負(fù)極片上分別開設(shè)正極片沖孔和負(fù)極片沖孔，在隔膜上開設(shè)隔膜沖孔；S2，將分別開設(shè)有沖孔的正極片、負(fù)極片和隔膜通過卷繞或疊片工藝制成電芯，使正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔的中心均落在同一條直線上，形成連通的電芯沖孔；S3，將帶有沖孔的電芯放入封裝膜內(nèi)，注液，封裝、化成、容量后制得異形鋰離子電池。當(dāng)然，在制備前，根據(jù)容量要求計算鋰離子電池所用正極片、負(fù)極片及隔膜尺寸； 沖孔時，需要根據(jù)精確計算的結(jié)果和電池尺寸要求進行沖切，以沖切出需要的沖孔尺寸和形狀。作為本發(fā)明異形鋰離子電池的制造方法的一種改進，S3中在將帶有沖孔的電芯放入封裝膜內(nèi)之前，先在封裝膜上開設(shè)封裝膜沖孔，使封裝膜沖孔與電芯沖孔的中心落在同一條直線上。因為先封裝后沖切封裝膜，這樣解決了沖切后的封裝膜對位的問題，提高了工序效率和制作鋰離子電池的成品率，改善因為沖切位置對位不齊而可能導(dǎo)致的漏液問題或者因為上下封裝膜對位不齊導(dǎo)致的報廢問題，降低生產(chǎn)制造成本。作為本發(fā)明異形鋰離子電池的制造方法的一種改進，Sl中在涂布工序之前在正極集流體和負(fù)極集流體上分別開設(shè)正極片沖孔和負(fù)極片沖孔，然后再進行涂布、冷壓和分切工序，先沖切集流體再涂布，然后經(jīng)過冷壓工序，這樣的工序流程可以用膜片將沖切的集流體毛刺覆蓋，所以改善了直接沖切極片導(dǎo)致極片邊緣毛刺問題。另外，因為先沖切集流體再涂布，冷壓，這樣可以改善因為直接沖切極片而導(dǎo)致的極片邊緣掉粉的問題，提高極片的利用率。同時也避免了因為極片掉粉而導(dǎo)致的電池內(nèi)部可能出現(xiàn)的內(nèi)部短路問題，減低了電池的安全著火風(fēng)險和電壓下降過快的風(fēng)險，提高了該種鋰離子電池的安全特性和使用特性。作為本發(fā)明異形鋰離子電池的制造方法的一種改進，Sl中所述正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔的形狀為圓形、方形、三角形或梯形。作為本發(fā)明異形鋰離子電池的制造方法的一種改進，正極片沖孔、負(fù)極片沖孔、隔膜沖孔和封裝膜沖孔的直徑或邊長大于等于0. 1 μ m。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明鋰離子電池的制造方法解決了傳統(tǒng)的鋰離子電池不能滿足特殊形狀電子產(chǎn)品對電源的需求的問題，特別是放置電池的位置有凸起或者局部需要鏤空的電子產(chǎn)品。采用本發(fā)明的鋰離子電池，解決了因為電子產(chǎn)品外形不規(guī)則(如局部凸起) 而導(dǎo)致的需要多個電池并聯(lián)的問題。在滿足電子產(chǎn)品容量的前提下，本發(fā)明大大減少了鋰離子電池的生產(chǎn)數(shù)量，提高了鋰離子電池的生產(chǎn)效率。從工序效率角度，本發(fā)明因為用一個電池替代多個電池，減少電池數(shù)量，提高了封裝工序、電解液灌注工序的效率，取消了電池的分組工序，提高了化成設(shè)備和容量測試設(shè)備的利用率。所以采用本發(fā)明的鋰離子電池的制作成本大大降低，為鋰離子電池的廣泛應(yīng)用提供了有力的保證。同時也為電子產(chǎn)品形狀多樣化提供了有力條件，可以更廣泛地滿足人們對電子產(chǎn)品的日常生活需要。此外，采用本發(fā)明的鋰離子電池，因為局部有凹陷設(shè)計或者鏤空設(shè)計，該鋰離子電池向?qū)?yīng)的凹陷或者鏤空部位與電子產(chǎn)品外形相配合，也可以起到固定電池的作用。放置電池在電子產(chǎn)品內(nèi)部移位或者晃動，可以起到保護電池棱角不被損壞的作用，降低電池因邊角受擠壓而出現(xiàn)內(nèi)部短路的機率。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明及其有益技術(shù)效果進行詳細(xì)的說明，其中圖1為本發(fā)明中間為圓筒型鏤空的異形鋰離子電池示意圖；圖2為本發(fā)明邊上設(shè)有矩形缺口的異形鋰離子電池示意圖；圖3為本發(fā)明角上設(shè)有弧形缺口的異形鋰離子電池示意圖；圖4為本發(fā)明局部凹陷的異形鋰離子電池示意圖。
具體實施例方式對比例(傳統(tǒng)鋰離子電池)
正極片的制備將LiCoO2 (鈷酸鋰)、超導(dǎo)碳(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按照質(zhì)量比例95. O 2.5 2. 5加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合且攪拌均勻，得到具有一定流動性的漿料，然后將所得漿料涂覆在16um厚的金屬鋁箔的兩面，烘干成具有一定柔軟度的極片。然后經(jīng)過冷壓、分條，再用0. 4mm厚的鋁片制成的正極極耳焊接接在鋁箔上制得正極片。負(fù)極片的制備將石墨、超導(dǎo)碳(Super-P)、羧甲基纖維素(CMC)、丁苯橡膠(SBR) 按照質(zhì)量比例95. 5 1.5 1.5 1.5加入溶劑去離子水中混合且攪拌均勻，得到具有一定流動性的漿料，再將上述漿料涂覆在12um厚的金屬銅箔的兩面，烘干成具有一定柔度的極片。然后經(jīng)過冷壓、分條(即對正負(fù)極片進行剪裁、切割成所需要大小的尺寸)，再用 0. 4mm厚的銅片制成的負(fù)極極耳焊接接在銅箔上后，制得負(fù)極片。隔膜采用聚丙烯(PP)-聚乙烯(PE)-聚丙烯PP三層復(fù)合薄膜。把制作好的正極片、負(fù)極片和隔膜通過疊片或卷繞工藝制成電芯，然后將電芯裝入封裝膜中，熱封裝后，向電池內(nèi)注入電解液，以六氟磷酸鋰(LiPF6)為鋰鹽，以20%的碳酸乙烯酯，30%的碳酸甲乙酯和50%的碳酸二甲酯為溶劑，其中，六氟磷酸鋰的濃度為1M，再經(jīng)化成，陳化等工藝制得成品電芯。實施例1首先需要說明的一點是，制備前，根據(jù)容量要求計算鋰離子電池所用正極片、負(fù)極片及隔膜尺寸；沖孔時，需要根據(jù)計算結(jié)果和電池尺寸要求進行沖切，以沖切出需要的沖孔尺寸和形狀。正極片制備將LiCoA (鈷酸鋰)、超導(dǎo)碳(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按照質(zhì)量比例95.0 2.5 2. 5加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合且攪拌均勻，得到具有一定流動性的漿料，然后將所得漿料涂覆在16um厚的金屬鋁箔的兩面，烘干成具有一定柔軟度的極片。然后冷壓、分條，分條后將極片對應(yīng)電芯每一層位置進行沖孔，得到正極片沖孔，孔的形狀為圓形，孔直徑為15mm，再將用0. 4mm厚的鋁片制成的正極極耳焊接接在鋁箔上制得正極片。負(fù)極片制備將石墨、超導(dǎo)碳(Super-P)、羧甲基纖維素(CMC)、丁苯橡膠(SBR)按照質(zhì)量比例按照質(zhì)量比例95. 5 1.5 1.5 1.5加入去離子水中混合且攪拌均勻，得到具有一定流動性的漿料，再將上述漿料涂覆在12um厚的金屬銅箔的兩面，烘干成具有一定柔度的極片。然后冷壓、分條(即對經(jīng)負(fù)極片進行剪裁、切割成所需要大小的尺寸)，然后在極片對應(yīng)電芯每一層位置進行沖孔，得到負(fù)極片沖孔，孔的形狀為圓形，孔直徑為13mm， 再將用0. 4mm厚的銅片制成的負(fù)極極耳焊接接在銅箔上后，制得負(fù)極片。隔膜制備隔膜可采用聚丙烯(PP)-聚乙烯(PE)-聚丙烯(PP)三層復(fù)合薄膜，對應(yīng)電芯每一層位置進行沖孔，得到隔膜沖孔，孔的形狀為圓形，孔直徑為10mm。封裝膜制備封裝膜采用鋁塑復(fù)合膜，其結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)為尼龍-鋁箔-聚丙烯。封裝膜上下沖孔，得到封裝膜沖孔，孔的形狀為圓形，孔直徑為7mm。以上正極片、負(fù)極片、隔膜、封裝膜的沖孔的中心均在同一中心線上，以保證在封裝后所有孔的中心位置重合。把制作好的正極片、負(fù)極片和隔膜通過疊片或卷繞制成電芯，然后將電芯裝入電池包裝殼中進行封裝工序，熱封裝后，向電池內(nèi)注入電解液，以六氟磷酸鋰(LiPF6)為鋰鹽， 以20%的碳酸乙烯酯，30%的碳酸甲乙酯和50%的碳酸二甲酯為溶劑，其中，六氟磷酸鋰的濃度為1M，再經(jīng)化成，陳化等工藝制得成品電芯。制得的鋰離子電池中間為圓筒型鏤空， 如圖1所示。對于這種設(shè)有鏤空結(jié)構(gòu)的鋰離子電池，再進行封裝時；除了進行頂封和側(cè)封外，中間鏤空的位置也要進行封裝。實施例2與實施例1不同之處在于，在涂布之前，先在正極集流體和負(fù)極集流體上開設(shè)沖孔，然后再進行后續(xù)的涂布、冷壓和分條操作，正負(fù)極、隔膜的沖孔的形狀為矩形，矩形的長為10mm，寬為5mm。封裝膜不沖孔，其他工序同實施例1，制得的鋰離子電池邊上具有矩形缺口，如圖2所示。實施例3與實施例2不同之處在于，正極片沖孔、負(fù)極片沖孔、隔膜沖孔的形狀為類弧形， 封裝膜不沖孔，其他工序同實施例2，制得的鋰離子電池的角上具有弧形缺口，如圖3所示。實施例4與實施例1不同之處在于，正極片沖孔直徑為1mm，負(fù)極片沖孔直徑為0. 5mm,隔膜不沖孔，封裝膜不沖孔，其他工序同實施例1，制得的鋰離子電池具有局部凹陷的結(jié)構(gòu)，如圖 4所示。實施例5與實施例1不同之處在于，封裝膜上的沖孔在封裝之后進行沖切得到，其他工序同實施例1。需要說明的是，除了上述實施例所列形狀外，沖孔的形狀還可以是類圓形、矩形、 三角形、梯形等任意閉合或者非閉合的圖形；對對比例和實施例1至5的鋰離子電池進行內(nèi)阻測試，所示結(jié)果示于表1。對對比例和實施例1至5的鋰離子電池進行0. 5C放電容量測試，所得結(jié)果示于表 2。對對比例和實施例1至5的鋰離子電池進行常溫(23°C )循環(huán)測試，記錄循環(huán)次數(shù)，并計算容量保持率，所得結(jié)果示于表3。將對比例和實施例1至5的鋰離子電池放置在60°C的環(huán)境中存放60天后，測試鋰離子電池的電壓，結(jié)果示于表4。表1鋰離子電池內(nèi)阻數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種異形鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜和封裝膜，其特征在于所述的正極片上開設(shè)有正極片沖孔，負(fù)極片上開設(shè)有負(fù)極片沖孔，隔膜上開設(shè)有隔膜沖孔，將正極片、隔膜和負(fù)極片經(jīng)過卷繞或疊片工藝制成電芯后，正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔的中心均落在同一條直線上，形成連通的缺口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異形鋰離子電池，其特征在于所述正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔分別開設(shè)在電芯的中央?yún)^(qū)或邊緣區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異形鋰離子電池，其特征在于所述正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔的形狀為圓形、方形、三角形或梯形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異形鋰離子電池，其特征在于所述封裝膜上設(shè)有封裝膜沖孔，所述封裝膜沖孔與電芯沖孔的中心落在同一條直線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的異形鋰離子電池，其特征在于正極片沖孔、負(fù)極片沖孔、隔膜沖孔和封裝膜沖孔的直徑或邊長大于等于0. 1 μ m。
6.一種異形鋰離子電池的制造方法，其特征在于，包括以下步驟Si，在經(jīng)過攪拌、涂布、冷壓和分切工序制得的正極片和負(fù)極片上分別開設(shè)正極片沖孔和負(fù)極片沖孔，在隔膜上開設(shè)隔膜沖孔；S2，將分別開設(shè)有沖孔的正極片、負(fù)極片和隔膜通過卷繞或疊片工藝制成電芯，使正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔的中心均落在同一條直線上，形成連通的電芯沖孔；S3，將帶有沖孔的電芯放入封裝膜內(nèi)，注液，封裝、化成、容量后制得異形鋰離子電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異形鋰離子電池的制造方法，其特征在于S3中在將帶有沖孔的電芯放入封裝膜內(nèi)之前，先在封裝膜上開設(shè)封裝膜沖孔，使封裝膜沖孔與電芯沖孔的中心落在同一條直線上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異形鋰離子電池的制造方法，其特征在于S1中在涂布工序之前在正極集流體和負(fù)極集流體上分別開設(shè)正極片沖孔和負(fù)極片沖孔，然后再進行涂布、 冷壓和分切工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異形鋰離子電池的制造方法，其特征在于S1中所述正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔的形狀為圓形、方形、三角形或梯形。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的異形鋰離子電池的制造方法，其特征在于正極片沖孔、負(fù)極片沖孔、隔膜沖孔和封裝膜沖孔的直徑或邊長大于等于0. 1 μ m。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種異形鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜和封裝膜，所述的正極片上開設(shè)有正極片沖孔，負(fù)極片上開設(shè)有負(fù)極片沖孔，隔膜上開設(shè)有隔膜沖孔，將正極片、隔膜和負(fù)極片經(jīng)過卷繞或疊片工藝制成電芯后，正極片沖孔、負(fù)極片沖孔和隔膜沖孔的中心均落在同一條直線上，形成連通的缺口。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的異形鋰離子電池因為孔增加了電解液吸收的通道，促進了極片對電解液的吸收，改善了電解液對極片的浸潤，提高了鋰離子電池的循環(huán)性能，同時，本發(fā)明還解決了傳統(tǒng)的鋰離子電池不能滿足特殊形狀電子產(chǎn)品對電源的需求的問題。此外，本發(fā)明還公開了一種制造上述異形鋰離子電池的方法。
文檔編號H01M10/0525GK102544577SQ20121005113
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者周鐵剛 申請人:東莞新能源科技有限公司, 寧德新能源科技有限公司