专利名称：用于制造原电池的方法
技术领域：
本发明的目的是提供一种用于制造原电池的方法，该原电池在它们的最终状态可以包括电解质中的多个堆叠的单电池，其中每个单电池可包括被层叠到隔板上的多层电极膜。其中至少一个电极是锂插入电极，在该电极的聚合物基质中，不溶于该聚合物的电化学活性材料是细分散的。
背景技术：
可充电的锂电池通常包含电极盘圈或者包含由多个单个元件组成的电池组。在盘圈的情况下，电极和隔板的松散连接被卷绕起来，并且只有该电极和相应的连接电极被牢固地连接。另一方面，电池组由多个单个电池组成。制成这样一个电池组的单个电池或元件是由连接片、活性电极膜以及隔板形成的叠层。由于正极和负极的不同的物理特性，这种对称结构可在层叠过程中防止电池的拉伸和弯曲，因此刚性连接的单个部件的这种叠层(这也叫做双电池)以这种可能的顺序专门制成负极/隔板/正极/隔板/负极或正极/隔板/负极/隔板/正极。
另一方面，由于小的弯曲半径，当把材料卷绕起来时，总体结构具有的厚度将引起材料中产生裂缝，因此电极盘圈不允许进行上述层叠。如果将电极设计成足够薄，使其不产生这种裂缝，则电池中的死材料和活性材料之间的比例变得相当不适宜。
文献US-PS5460904公开了一种制造可充电的锂离子电池的方法。在该方法中，活性材料和附加剂，如电极中的导电增强剂或隔板中的稳定剂、特定的共聚物，聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)，和增塑剂的部分，通常为邻苯二甲酸二丁脂(DBP)，在添加丙酮之后被完全混合以溶解该共聚物，然后被拉长以形成薄膜。以这种方式形成的电极膜和隔板膜经几个层叠加工过程被处理以形成上述的双电池。然后将几个双电池层压成一堆组。该堆组被放入一容器，该容器由例如深拉铝层叠膜制成，该容器被填充电解质，用盖密封，组装好，并设置一端盖以形成最终的电池。
由这种叠层制成的原电池的结构具有相当多的优点。虽然在卷绕电池中，甚至较小的气体的产生都会影响隔板和电极之间的接触，但是在叠层电池中不会产生该问题。此外，这种双电池非常适合高速生产。形状和结构高度的广泛变化明显优于卷绕电极的选择。卷绕电极难于实现非常薄和大表面的设计。
在生产过程中，确保质量的步骤通常是必要的。在制造过程中例如通过测量电压、电容和电阻来测试原电池。但是，这些测试一直是在生产之后在带有电解质的完整制造的原电池形成之后进行。
发明内容
本发明的问题是要形成一种方法，该方法可允许在层叠的电池组的生产过程中尽可能早地在加工过程中进行质量测试，从而允许尽早在制造加工过程中将有缺陷的电池去掉。
由上述方法的方案1的特征解决了该问题。在从属权利要求中描述了本发明的另外的和优选的实施例。清楚地参照本说明书的内容构成权利要求书中的措词。
根据本发明，可通过甚至在形成电池组之前、更具体而言是在引入电解质之前改变电压或改变电流的阻抗测量来确定各个层叠的双电池的性能。在电池包括很多单个元件的情况下，一个有缺陷的双电池，例如由于漏电或不良层叠，使得通常包括5-8个平行的双电池的整个原电池不能使用。由于平面效应和扩散效应可严重影响测量，利用直流电阻系数测量对于短路或漏电的测试是很困难的。当连通直流时，残留的水分解可使得诱发的质子导电，从而产生与化成(formation)类似的过程。一旦完成该层叠制品，就存在一个可再生产的构造系统。但是，在此时还没有激活电解质。由于在电极之间存在隔板，因此在理论上在此状态下应该具有无穷大的电阻。如果没有测试层叠的质量，并且仅仅在电池组完成时才进行检验，则即使只有一个层叠制品有缺陷，也使得包括5-8个这种层叠制品的整个堆组被废弃。
根据本发明，得出令人惊奇的发现，即，这种双电池层叠制品的阻抗测量导致有限的和接近的可再生的阻抗值，该值可用作有效的质量标准。这种有限的阻抗值的原因是此时在层叠制品中包含的物质，如用于增塑作用的物质和/或残留的水，它们通常只在电池生产的下述步骤中被去掉。这些随后的加工步骤包括湿化学清洗和/或增塑剂的热激活气化，以及在升高的温度下如80℃的真空干燥的步骤，以最小化残留的水含量。
为了确定双电池的阻抗，可以几Hz到较高的kHz范围的频率进行四极测量。优选值是在约100Hz到100kHz的范围，如1kHz。在分析测量结果时，有利的是考虑阻抗的绝对值和/或相位角。
用和层叠制品或元件的连接片接触的弹簧触头可进行阻抗测量。
在累积的过程中可收集所测量的阻抗值。可以用所测量的值形成一个分布曲线。然后将阻抗在最初设定的分布曲线的极限范围之外的各个电池挑选出来。于是被挑选出来的电池可作记号为废品电池。例如可通过切断层叠制品的连接片来进行这项工作。
不仅在权利要求书中、而且在说明书和附图中说明了本发明优选演示的这些和其它特征，其中，各个特征可以或者由它们自身实施，或者由本发明的实施例和其它部分的子组合的形式结合在一起实施，并且可以分别代表这里形成专利权利要求的有利的和有专利性的实施例。
在附图中示意性示出本发明的一个实施例，下面将详细描述。附图示出图1为从制造系统中产生的一部分电极带；图2为阻抗测量绝对值的高斯分布。
具体实施例方式
图1示出从制造系统中产生的一部分电极带，其中电极2是层压到隔板1上。每个电极2包括涂覆到连接电极上的活性材料，其中连接电极分别装备有连接片3。用于四极阻抗测量，与弹簧相连的、优选镀金的两个触头4被设置在这些连接片3上。在根据本发明的阻抗测量之后，立即用一穿过隔板的切口将薄膜分开以对在隔板带1上的双电池进行挑选。在测量后可立即对有缺陷的双电池作标记，例如通过切断一连接片3，并将其挑选出来。在双电池制造过程之后，可在不浪费任何时间的情况下直接增加这些方法步骤。
根据本发明，由于以这种方式测量的双电池通常显示出阻抗值绝对值的陡的高斯分布，可以使用阻抗测量方法用于检查机械加工参数，如图2中通过示例所示。所述阻抗由厚度、大小、和元件结构的一般化学和物理特性、以及例如层压温度、压力的机械加工参数等决定。用根据本发明的测量可确定层压的质量和短路或漏电的存在。因此，当还在进行生产加工时，可以在层压之后立即测试双电池的漏电和短路、层压的质量以及具有100％置信度的双电池结构的完备性。不用这种测试方法，完成有缺陷的双电池以形成原电池，并且最早是在构造过程中或在构造之后将整个元件认作次品并挑选出来。这是非常昂贵的并且不利的。
在图2中，示出了累积的阻抗测量结果。相关量是对于它们产生的相对频率的阻抗测量值。在此例子中不合格品的极限范围是上限阻抗约为43kΩ，下限阻抗约为37kΩ。这里使用的双电池的尺寸约为6×3cm2，厚度约为550μm。它们被构造成正极/隔板/负极/隔板/正极。在此特定的例子中，负极的活性材料被改良为石墨。正极的活性材料例如是三元锂过渡金属氧化物。合适的连接片材料是用于负极的铜膜以及用于正极的铝弹性金属。如果电池还包括增塑剂，它可以在随后的生产步骤中使用n-链烷(n-alcane)萃取。
权利要求
1.一种制造原电池的方法，该原电池包括多个堆叠的单电池，每个单电池可包括被层叠到隔板(1)上的电极膜，其中至少一个电极(2)是锂插入电极，在该电极的聚合物基质中，不溶于该聚合物的电化学活性材料是细分散的，其中，通过在引入有机电解质和形成电池组之前测量各个电池的阻抗来检验各个电池的功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分析阻抗的绝对值和/或相位角。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过改变电压或改变电流来进行阻抗测量。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，可以频率为100Hz到100kHz，优选为约1kHz，按照四极测量进行阻抗测量。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述层叠制品具有连接片(3)，并且利用和层叠制品的连接片形成接触的弹簧触头(4)进行阻抗测量。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所测量的阻抗值被累积起来，测试值用于形成一个分布曲线，并且将阻抗在最初设定的分布曲线的极限范围之外的各个电池挑选出来。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，给挑选出来的电池作记号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述层叠制品具有连接片，并且可通过切断层叠制品的一个连接片来给挑选出来的电池作记号。
全文摘要
一种制造原电池的方法，该原电池包括多个堆叠的单电池，通过在引入有机电解质和形成电池组之前改变电压测量各个电池的阻抗来确定单个电池的功能。每个单电池包括被层叠到一隔板(1)上的多层电极膜。其中至少一个电极(2)是锂插入电极，在该电极的聚合物基质中，不溶于该聚合物的电化学活性材料是细分散的。可用和层叠制品的连接片(3)接触的弹簧触头(4)，以频率为约1kHz按照四极测量进行阻抗测量。
文档编号H01M10/02GK1440086SQ0310602
公开日2003年9月3日 申请日期2003年2月20日 优先权日2002年2月20日
发明者R·哈尔德, W·高格勒, K·霍尔, P·豪格, T·维尔勒, P·比尔克, D·伊利克 申请人:瓦尔达微电池有限责任公司