[发明专利]具有自粘性高分子电解质的锂电池及其制造方法

说明书

本发明涉及可充电式锂电池，特别是具有自粘性高分子电解质的锂电池及其制造方法。

近年来，可充电式二次电池自推出以后，由于其性能受到便携式电子产品制造业的肯定，为此，该电池的应用产品规格与数量均快速增加，加上电子、信息与通讯业等的产品均朝向更轻薄、短小的实用设计方面迈进，各项电子产品所需求的电源——二次电池的特性与功能已成为产品竞争优势的决定性重要因素。

一般充电式电池的正/负极极板的涂布与组装方式是将正/负极活性物质与高分子粘接剂、助导剂等混合后成为正/负极材料，再以涂布机涂布于集电板上，其涂布模式如图1及图2所示。图1为单一材料的间断涂布方式，图2则为单一材料的连续涂布方式，涂布完成后的正/负极极板10a、10b经碾压、分条后，由高分子隔离膜将其隔开，再进行圆形卷绕与椭圆型电极卷绕之后，在经过放入圆形或方形金属外壳21内等的其他后序动作后，再灌入液态电解液，即完成了圆形与方形电池的制作。

由于目前对电子产品要求为轻薄短小，因此可充电式二次电池的设计即对电池重量、能量密度与空间利用上的要求比以往更为苛刻。以二次电池的发展来说，早期二次电池的构造为圆形构造，如图3所示，将上述正极极板/高分子隔离膜/负极极板进行圆形与方形极板卷绕20后，放入圆形或方形金属外壳21内，此种圆形构造在工程技术上比较成熟，但由于外壳为金属罐体，将导致电池的重量增加。因此未来的发展趋势将会以铝箔材料为电池的封装外壳，以减少电池的重量。

基于上述原因，电池的组装技术主要有堆叠与卷绕两种方式，即所谓类似现阶段高分子电池(美国贝尔实验室)的电池堆叠方式，如图5所示。理论上由叠压极板30的方式形成的电池，可以达到最密堆积，也就是其空间利用率最大，加上利用铝箔外壳31包装，可以降低总体的电池重量，理论上可以达到提高电池能量密度的目的。但是由于在目前电池的设计上，电极极板与高分子隔离膜(PE、PP或无纺布)之间没有任何粘接性，因此目前的充电电池(镍氢电池、锂离子电池)均无法以堆叠压合方式进行制备。

而高分子电池则由于其高分子电解质膜(类似隔离膜)具有较大的粘着性，因此可进行堆叠压合。但是极板需要和高分子电解质(膜)压合堆叠，因此需增加在正/负极极板上的高分子粘接剂用量，而使正/负极极板上的活性物质的比例降低，造成高分子电池的重量能量密度反而比不上锂离子电池，而且由于在正/负极极板上的高分子粘接剂含量增加后，正/负极极板的电子导电度随之降低，造成高分子电池的充/放电不易进行。因此，在不需增加高分子粘接剂的前提下，如何能以理论上最密的堆叠压合方式进行正/负极极板与高分子隔离膜叠合，是当前所需克服的重要问题。

众所周知，已尝试在电池极板上应用粘胶专业技术，其可使上述问题得到解决，但是由于堆叠式的高分子电池制程，与目前锂离子电池的制程设计较不相同，而且堆叠式的高分子电池制程的生产与批量生产技术尚未普及成熟，所以市场上急需一种可与现有制程相容而又能制造轻薄短小电池的新制程。

本发明的一个目的是提供一种具有自粘性高分子电解质的锂电池的制造方法，其使电池的制作不单与现有的卷绕制程相近，且可涵盖堆叠式的高分子电池制程，并且该制造方法可与现有电池制程相容。

本发明的又一目的是提供一种既具有粘性又能提供高能量密度的高分子电池。

为了达到上述目的，本发明主要是在将含有聚丙烯腈(PAN)的溶液灌注进入电池的极板和隔离膜中之后，再灌入有机溶剂使原来呈胶状的聚丙烯腈溶液产生相分离而得到极板与隔离膜相粘合的电池。

本发明的特征在于将高分子聚丙烯腈加热溶解于溶液中，在含高分子聚丙烯腈的溶液处于熔融状态或是流动性大的液态时，将其定量灌入卷绕的电池极卷或堆叠的电池极板中；待其冷却后，再加入有机溶剂，此时原来呈胶态的聚丙烯腈溶液将产生相分离现象，聚丙烯腈将会以高分子膜或块状析出，因此可让电池极卷或推叠的电池极板粘合在一起，而且此粘合程序与目前锂离子电池制程相容性非常高，因而可达到本发明的上述目的。

本发明所述溶液为碳酸乙烯(EC)或碳酸丙烯(PC)，或上述两种的混和溶液。

而所述有机溶剂为一种选自碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯、碳酸丙烯、碳酸丁烯、γ-丁内脂、二甲氧乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃以及VC(Viaylene Carbouate)溶剂或是上述至少两种以上的混和溶剂。

由于电池本身的电化学反应需要含有大量的离子来完成，因此在所述溶液以及有机溶剂两者之一或上述两者同时含有锂盐，例如LiPF6、LiCIO4以及LiBFe等，以进行充放电的反应，其浓度优选为0.5M-3M。