[发明专利]层压式锂离子电池及其制造方法

说明书

本发明涉及一种层压式锂离子电池及其制造方法。更具体地说，本发明涉及可再充电的锂离子电池，该电池包括一多孔聚合物材料的隔板。由于该聚合物基体中含有在有机溶剂中易解离的锂盐溶液而使之具有离子导电性。因此锂离子可以通过该隔板从一个电极迁移至另一个电极。

在美国专利US-A 5470357中公开了层压式锂离子电池。该电池的正极和负极以及隔板均具有一易弯曲的聚合物基体。用加热和加压的方法使其与具有聚合物涂层的集流器箔片相结合以形成易弯曲的层压式结构。所有用于电极、隔板和集流器箔片预涂层的聚合物必须是在该处理过程中相互可混溶的。在所有情况下，1，1-二氟乙烯和六氟环丙烯的共聚物(PVdF-HFP的共聚物)是优选的。因此该公知的锂离子电池需要一种用于制造电极层和隔板层的聚合物基体。

本发明的目的是详细说明锂离子电池及其制造方法，使得金属锂、锂合金或金属电极支撑材料可用于层压式电池中。

该新电池及其制造方法表示在权利要求1-10中。

该层压式锂离子电池通常包括易弯曲层，其中负极是金属锂、锂合金或金属粘着的纤维网或泡沫材料，其中含有嵌入锂材料如碳、石墨、二氧化钨、二氧化钛、二硫化钛、二氧化钼或五氧化二钒作为活性组分。该隔板是由一种多孔聚合物制成其中固定有一种非水电解质，并且作为活性物质的该正极含有含锂锰黑(lithiated manganese black manganese black)、锰尖晶石、锂金属氧化物、锂金属的混和氧化物或锂金属硫化物。

如果应用锂金属或锂合金，则用电化学稳定的金属栅或网层压在一起作为集流器。同样地，屏蔽负极的那部分聚合物材料可以在插入电池套筒前移除。该电池无需任何另外施加的压力。可选择地，该负极可含有粘着纤维网或泡沫体，由镍制成并且其中涂覆有锂嵌入化合物如碳材、石墨或金属氧化物如MoO₂，WO₂、TiO₂、V₂O₅或金属硫化物如TiS₂同时可加入导电添加剂如导电炭黑和粘结剂如聚四氟乙烯(PTFE)、聚环氧乙烷(PEO)或聚1，1-二氟乙烯(PVdF)的分散体。而后对这样获得的该负极带进行干燥并碾压使之压实。优选的是在负极上预涂覆聚环氧乙烷(PEO)分散体。在该PEO分散体中加入石墨使石墨具有预含锂(prelithiation)的性能。该集流器优选为多孔铜金属网或铜网。

该正极所使用的支撑材料可以粘着纤维网、多孔金属或网，它们是由镍或铝制成，其中涂覆有锰黑或含锂锰黑(lithiated manganese black)、尖晶石或锂金属氧化物如LiNiO₂、LiCoO₂以及导电炭黑和上述粘结剂的涂膏。

由正极、负极和隔板层压在一起的电极叠层构成的该新锂离子电池在层压后可以在干燥的室内甚或在一般湿度(如1-50％湿度)下进行处理。该电极叠层可以储存而没有任何容量损失。只有在引入了该非水电解质后才具有活性。这是由于将增塑剂提取和其后将电极叠层浸渍于在有机溶剂中的导电盐溶液造成的，或是由于增塑剂直接从电解质中进行转换造成的，即将该层压电极叠层在电解质中保存5-30分钟。这需要保护性气氛中的含水量在ppm数量级。该新层压式锂离子电池特别适用于制造非常薄且易弯曲的电池，其厚度在200μm至1mm之间。

以下本发明将结合附图和实施例进行详细描述，其中：

图1所示为依据实施例2制造的电池的放电曲线，放电是在室温下3mA恒电流放电，直到断路电压为1.8V下进行的，并且以1mA恒电流进行后期放电。

图2所示为依据实施例2的放电条件下制造的电池的放电曲线，在放电前在60℃温度保存了36天。

实施例1准备该负极材料22g  LiMnO₂，5.9g PVdF，2.6g 导电炭黑，9g   邻苯二甲酸二丁酯，在75g  丙酮

将上述物质进行分散并用缝宽为850μm的刮涂装置拉制成薄膜，该薄膜在约10分钟内干燥。而后，在175℃温度下将该负极箔片用层压法压在多孔铝金属网上，配备一个集流器并将其分割为面积为24.75cm²的矩形片。

该正极物质是由辊镀了厚度约为250μm的锂箔的多孔铜金属网获得的，在其边缘部分不含锂或在该去除锂之处都不含有锂。