[發(fā)明專利]層壓式鋰離子電池及其制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 98107072.8
• 申請(qǐng)日: 1998-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1197301A
• 公開(kāi)（公告）日: 1998-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·鮑爾萊恩;J·奧伯豪澤爾;H·W·普拉斯;H·舍曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瓦爾達(dá)電池股份公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M10/36
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 鐘守期

本發(fā)明涉及一種層壓式鋰離子電池及其制造方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及可再充電的鋰離子電池，該電池包括一多孔聚合物材料的隔板。由于該聚合物基體中含有在有機(jī)溶劑中易解離的鋰鹽溶液而使之具有離子導(dǎo)電性。因此鋰離子可以通過(guò)該隔板從一個(gè)電極遷移至另一個(gè)電極。

在美國(guó)專利US-A?5470357中公開(kāi)了層壓式鋰離子電池。該電池的正極和負(fù)極以及隔板均具有一易彎曲的聚合物基體。用加熱和加壓的方法使其與具有聚合物涂層的集流器箔片相結(jié)合以形成易彎曲的層壓式結(jié)構(gòu)。所有用于電極、隔板和集流器箔片預(yù)涂層的聚合物必須是在該處理過(guò)程中相互可混溶的。在所有情況下，1，1-二氟乙烯和六氟環(huán)丙烯的共聚物(PVdF-HFP的共聚物)是優(yōu)選的。因此該公知的鋰離子電池需要一種用于制造電極層和隔板層的聚合物基體。

本發(fā)明的目的是詳細(xì)說(shuō)明鋰離子電池及其制造方法，使得金屬鋰、鋰合金或金屬電極支撐材料可用于層壓式電池中。

該新電池及其制造方法表示在權(quán)利要求1-10中。

該層壓式鋰離子電池通常包括易彎曲層，其中負(fù)極是金屬鋰、鋰合金或金屬粘著的纖維網(wǎng)或泡沫材料，其中含有嵌入鋰材料如碳、石墨、二氧化鎢、二氧化鈦、二硫化鈦、二氧化鉬或五氧化二釩作為活性組分。該隔板是由一種多孔聚合物制成其中固定有一種非水電解質(zhì)，并且作為活性物質(zhì)的該正極含有含鋰錳黑(lithiated?manganese?black?manganese?black)、錳尖晶石、鋰金屬氧化物、鋰金屬的混和氧化物或鋰金屬硫化物。

如果應(yīng)用鋰金屬或鋰合金，則用電化學(xué)穩(wěn)定的金屬柵或網(wǎng)層壓在一起作為集流器。同樣地，屏蔽負(fù)極的那部分聚合物材料可以在插入電池套筒前移除。該電池?zé)o需任何另外施加的壓力。可選擇地，該負(fù)極可含有粘著纖維網(wǎng)或泡沫體，由鎳制成并且其中涂覆有鋰嵌入化合物如碳材、石墨或金屬氧化物如MoO₂，WO₂、TiO₂、V₂O₅或金屬硫化物如TiS₂同時(shí)可加入導(dǎo)電添加劑如導(dǎo)電炭黑和粘結(jié)劑如聚四氟乙烯(PTFE)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)或聚1，1-二氟乙烯(PVdF)的分散體。而后對(duì)這樣獲得的該負(fù)極帶進(jìn)行干燥并碾壓使之壓實(shí)。優(yōu)選的是在負(fù)極上預(yù)涂覆聚環(huán)氧乙烷(PEO)分散體。在該P(yáng)EO分散體中加入石墨使石墨具有預(yù)含鋰(prelithiation)的性能。該集流器優(yōu)選為多孔銅金屬網(wǎng)或銅網(wǎng)。

該正極所使用的支撐材料可以粘著纖維網(wǎng)、多孔金屬或網(wǎng)，它們是由鎳或鋁制成，其中涂覆有錳黑或含鋰錳黑(lithiated?manganese?black)、尖晶石或鋰金屬氧化物如LiNiO₂、LiCoO₂以及導(dǎo)電炭黑和上述粘結(jié)劑的涂膏。

由正極、負(fù)極和隔板層壓在一起的電極疊層構(gòu)成的該新鋰離子電池在層壓后可以在干燥的室內(nèi)甚或在一般濕度(如1-50％濕度)下進(jìn)行處理。該電極疊層可以儲(chǔ)存而沒(méi)有任何容量損失。只有在引入了該非水電解質(zhì)后才具有活性。這是由于將增塑劑提取和其后將電極疊層浸漬于在有機(jī)溶劑中的導(dǎo)電鹽溶液造成的，或是由于增塑劑直接從電解質(zhì)中進(jìn)行轉(zhuǎn)換造成的，即將該層壓電極疊層在電解質(zhì)中保存5-30分鐘。這需要保護(hù)性氣氛中的含水量在ppm數(shù)量級(jí)。該新層壓式鋰離子電池特別適用于制造非常薄且易彎曲的電池，其厚度在200μm至1mm之間。

以下本發(fā)明將結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中：

圖1所示為依據(jù)實(shí)施例2制造的電池的放電曲線，放電是在室溫下3mA恒電流放電，直到斷路電壓為1.8V下進(jìn)行的，并且以1mA恒電流進(jìn)行后期放電。

圖2所示為依據(jù)實(shí)施例2的放電條件下制造的電池的放電曲線，在放電前在60℃溫度保存了36天。

實(shí)施例1準(zhǔn)備該負(fù)極材料22g??LiMnO₂，5.9g?PVdF，2.6g?導(dǎo)電炭黑，9g???鄰苯二甲酸二丁酯，在75g??丙酮

將上述物質(zhì)進(jìn)行分散并用縫寬為850μm的刮涂裝置拉制成薄膜，該薄膜在約10分鐘內(nèi)干燥。而后，在175℃溫度下將該負(fù)極箔片用層壓法壓在多孔鋁金屬網(wǎng)上，配備一個(gè)集流器并將其分割為面積為24.75cm²的矩形片。

該正極物質(zhì)是由輥鍍了厚度約為250μm的鋰箔的多孔銅金屬網(wǎng)獲得的，在其邊緣部分不含鋰或在該去除鋰之處都不含有鋰。