专利名称：一种叠片式锂离子电池的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子电池的制造方法，特指一种叠片式锂离子 电池的制造方法。
背景技术：
当前，实际生产中锂离子电池的制备方法有叠片式和巻绕式两种 方式。
叠片式工艺主要流程如下以丙酮作溶剂，将增塑剂、非水性粘
结材(PVDF-HFP共聚物)、导电添加剂和电极材料搅拌形成电极混合 物，然后将其涂布在聚酯薄膜(Mylar)基体上，丙酮挥发后得到含 有增塑剂电极混合物层，然后将其从聚酯薄膜(Mylar)基体上分离， 通过热辊压将包含有增塑剂的电极混合物层与集流体(铝箔(网)或 铜箔(网))复合得到正负电极极片，然后再通过热辊压将包含增塑 剂的正负电极极片和包含增塑剂的多微孔隔板复合得到一电池单体 (Bi-cell),将得到的电池单体通过有机溶剂(如甲醇等)萃取出 来，经一系列干燥后得到不含增塑剂的电池单体，根据容量要求将不 同数目的电池单体并联起来组成一裸电芯，将裸电芯用铝箔袋封装， 真空干燥后注入电解液，待电解液与正负电极极片和隔板充分浸润和 润湿后，再通过几次冲放电活化即可得到锂离子电池。该工艺的主要 优点是正负极间的极片对位比较好，另外更重要的是正负电极极片之间与隔板所形成的界面比较好，这有利的保证了离子电池的电化学 性能。但是该方法的缺点是首先，工艺过程中所使用的丙酮、甲醇 等溶剂为易燃易爆物质，其存在一定的安全隐患，并且该物质不易回 收；其次，该工艺过程是将含增塑剂的电极混合物涂布在聚酯薄膜上， 再通过热辊压复合形成电极接片，且制备好的电极极片还需要再将增 塑剂萃取出来，这些工艺流程造成工艺的效率较低，增加了加工成本； 最后，由该工艺制备的锂离子电池由于结构及材料原因，在容量达到 一定数值时很难通过诸如穿钉、撞击等安全性能测试。
巻绕式工艺的主要流程如下以去离子水或N-甲基吡咯烷酮 (丽P)作溶剂，将水性或非水性粘结材料、导电添加剂和电极材料 混合在一起形成电极混合物，将电极混合物直接涂在集流体(铝箔或 铜箔)上，正负极都是双面涂布。经干燥压实后形成正负电极极片， 再将正负电极极片和隔板通过巻绕方式进行巻绕得到一裸电芯，其后 工艺流程同叠片式类似。巻绕式工艺的主要优点是使用安全性能好， 且采用的是可回收的去离子水或N-甲基吡咯烷酮(丽P)做溶剂， 这样可以降低产品制造成本。另外，巻绕式制造工艺是将电极混合物 直接涂布在集流体上，其不含增塑剂，因而不需萃取，使得整个工艺 的效率高，成本低。但是该工艺的主要缺点是正负电极极片之间与 隔板所形成的界面为接触性的，而非粘结性的，这样使得其界面性能 大大低于叠片式工艺，不利于锂离子电池性能的发挥。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就在于将目前两种制造工艺结合起来，提供一种叠片式锂离子电池的制造方法。本发明所提出的方法最 大限度的保持目前两种制造工艺各自的优点，而去除它们的缺点，即 令正负电极极片与隔板形成坚固的粘结，从而形成良好的界面层，同 时简化生产工艺，提高生产效率，从而降低产品的制造成本。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案在聚烯烃 隔板的表面涂布一层聚合物涂层，通过该聚合物涂层在热压下将隔板 与正负极极片之间产生较强的附着性，以利于正负电极极片与隔板之 间所形成的界面比较好，以保证离子电池的电化学性能。该技术方案 包括以下步骤A、将水性或非水性粘结材料(如PVDF均聚物)、导 电添加剂和电极材料混合于溶剂中，形成电极混合物；B、将电极混 合物直接涂在集流体上经干燥压实后形成正负电极极片；C、制备隔 板，该隔板的表面具有聚合物涂层；D、将制备的正负电极极片与隔 板交替叠加，并经过热辊压，使正负电极极片与隔板形成坚固的粘结， 得到电池单体；E、将不同数目的电池单体并联起来组成一电芯，将 电芯用铝箔袋封装，真空干燥后注入电解液，待电解液与正负极极片 和隔板充分浸润和润湿后，再通过冲放电活化即得到锂离子电池。
上述技术方案中，电极混合物涂布的方式有两种 一种是正电极 极片单面涂布，负电极极片双面涂布；另一种是正电极极片双面涂布， 负电极极片单面涂布。
所述的隔板是经聚合物涂层改性的聚烯烃隔板。所采用的聚合物 至少为选自以下物质组中的一种聚偏二氟乙烯均聚物、聚偏二氟乙 烯六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚丙烯腈共聚物、聚苯乙烯氧化物或聚苯乙烯氧化共聚物。
所述的水性粘结剂包括丁苯橡胶及其衍生物、聚四氟乙烯及其衍
生物和聚丙烯酸及其衍生物；所述的非水性粘结剂包括聚偏氟乙烯均 聚物、及其衍生物。
上述正负电极极片与隔板进行热压的温度为80 140°C，压力为 30 100kgf。
当然，本发明还可采用另一种类似的技术方案，即不在隔板的表 面涂布一层聚合物涂层，而是在正负电极极片涂布一层聚合物涂层， 其同样可以在热压下令隔板与正负极极片之间产生较强的附着性。具 体方法包括A、将水性或非水性粘结材料、导电添加剂和电极材料混 合于溶剂中，形成电极混合物；B、将电极混合物直接涂在集流体上 经干燥压实后形成正负电极极片，并且在正负电极极片的表面涂布一 层聚合物涂层；C、制备隔板；D、将制备的正负电极极片与隔板交替 叠加，并经过热辊压，通过正负电极极片表面的聚合物涂层使正负电 极极片与隔板坚固的粘结，形成电池单体；E、将不同数目的电池单 体并联起来组成一电芯，将电芯用铝箔袋封装，真空干燥后注入电解 液，待电解液与正负极极片和隔板充分浸润和润湿后，再通过几次冲 放电活化即可得到锂离子电池。
本技术方案与上述技术方案类似，所存在的区别就是本技术方案 将聚合物涂层涂布在正负电极极片的表面。即根据正负电极极片处理 与否，决定相应的隔板是否经聚合物涂层改性。如果正负电极极片不 经过聚合物的表面处理，则需要对隔板进行聚合物涂层改性；如果正负电极极片经过聚合物表面处理，则不需要对隔板进行聚合物涂层改 性。
所述的正负电极极片的表面涂布一层聚合物涂层至少为选自以 下物质组中的一种聚偏二氟乙烯六氟与丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚 丙烯腈共聚物、聚苯乙烯氧化物或聚苯乙烯氧化共聚物。
本发明采用上面两种技术方案，不仅令正负电极层与隔板形成坚 固的粘结，从而形成良好的界面层，以保障锂离子电池的性能。同时 采用本发明的制造方法可简化生产工艺，提高生产效率，从而降低产 品的制造成本。
图1是本发明实施例1中电池单体的叠片示意图； 图2是本发明实施例2中电池单体的叠片示意图；
具体实施例方式
本发明采用水性或非水性粘结材料、导电添加剂和电极材料混合 在一起形成电极混合物，将电极混合物直接涂在集流体上经干燥压实 后形成正负电极极片，其中涂布方式两种 一种是正电极极片单面涂 布，负电极极片双面涂布；另一种是正电极极片双面涂布，负电极极
片单面涂布。干燥压实后形成得正负电极极片可以不经任何处理直接
用于锂离子电池制备；也可以将正负电极极片经过处理使其表面包含 一种聚合物涂层后在用于锂离子制备。根据正负电极极片处理与否， 决定相应的隔板是否经聚合物涂层改性。如果正负电极极片不经过表 面聚合物处理，则需要对隔板进行聚合物涂层改性；如果正负电极极片经过表面聚合物处理，则不需要对隔板进行聚合物涂层改性。
电极极片和隔板进行叠片装配时，装配方式有两种 一种是两片 单面涂布正电极极片1、 一片双面涂布负电极极片2和两片隔板3， 见图1所示。另一种是一片双面涂布的正电极极片1、两片单面涂布
的负电极极片2和两片隔板3，见图2所示。
将装配好的电池单体在一定的温度和压力热辊压，使正负电极层 与隔板形成坚固的粘结，形成一个界面良好的电池单体，然后根据锂 离子电池容量要求将不同数目的电池单体并联起来组成一裸电芯，将 裸电芯用铝箔袋封装，真空干燥后注入电解液，待电解液与正负电极 极片和隔板充分浸润和润湿后，再通过几次冲放电活化即可得到锂离 子电池。
本发明中所采用的聚合物可以是聚偏二氟乙烯均聚物PVdF 、聚 偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物PVdF / HFP 、聚丙烯腈、聚丙烯腈共聚 物、聚苯乙烯氧化物或聚苯乙烯氧化共聚物等。聚合物作为粘接剂涂 布在正、负电极极片表面或者涂布在隔板表面。在加热条件下，聚合 物在压力作用下，在正、负电极极片与隔板之间形成良好的界面。
本发明所采用的水性粘结剂包括丁苯橡胶及其衍生物、聚四氟 乙烯及其衍生物和聚丙烯酸及其衍生物。非水性粘结剂包括聚偏氟 乙烯均聚物、共聚物及其衍生物。
正负电极极片与隔板进行热压的温度为80 140°C，压力为 30 100kgf。 以下是本发明的具体实施例实施例1
见图1，正电极极片1制备将聚偏氟乙烯(PVDF):导电炭
LiCo02= 1% 5% : 1% 5% : 90% 98%电极混合物依次加入^1-甲基 吡咯烷酮(丽P)当中，充分搅拌均匀后，调制成固含量为30% 70% 的浆料，将电极混合物浆料直接涂布在铝箔11上，重量为18mg/cm2 26mg/cmV凃布方式为单面涂布，然后按密度为2. 8g/cm3 4. 0g/cm3 干燥压实成一定厚度的正电极极片1。该正电极极片1包括作为集流 体铝箔11和涂布在集流体上的正电极层12，该正电极极片1的孔隙 率控制在10% 30%。
负电极极片2制备将羧甲基纤维素(CMC) :丁苯橡胶(SBR): 导电炭石墨=1% 3% : 1% 4% : 1% 3% : 90% 97%电极混合 物依次加入去离子水(H20)当中，充分搅拌均匀后，调制成固含量 为30% 70%的浆料，将电极混合物浆料直接涂布在铜箔21上，形成 负电极层22，其重量为7mg/cn^ 15mg/cmV凃布方式为双面涂布，然 后按密度为1. 3g/cm3 1. 8g/cm3干燥压实成一定厚度的负电极极片 2c
该负电极极片2包括作为集流体铜箔21和涂布在集流体上的负 电极层22，该负电极极片1的孔隙率控制在10% 30o/o。
隔板3处理:将多微孔聚烯烃隔板31用聚合物基质处理成2um 8um的聚合物处理层32。
将正负电极极片l、 2和隔板3按所需要求裁成合适的尺寸，然 后按两片单面涂布正电极极片1、 一片双面涂布负电极极片2和两片隔板3结构装配成电池单体，然后将其在温度为80 14(TC和压力为 30 100kgf下热辊压，使正负电极层12、 22与隔板3形成坚固的粘 结，形成一个界面良好的电池单体4，然后根据锂离子电池容量要求 将不同数目的电池单体并联起来组成一裸电芯，将裸电芯用铝箔箔袋 封装，真空干燥后注入电解液，待电解液与正负极极片和隔板充分浸 润和润湿后，再通过几次冲放电活化即可得到锂离子电池。
见图2，正电极极片l制备与实施例l相同，但涂布方式为双 面涂布。
负电极极片2制备与实施例l相同，但涂布方式为单面涂布。
隔板处理同实施例l。
将正负电极极片l、 2和隔板3按所需要求裁成合适的尺寸，然 后按一片双面涂布正电极极片1、两片单面涂布负电极极片2和两片 隔板3结构装配成电池单体,然后将其在温度为80 14(TC和压力为 30 100kgf下热辊压，使正负电极层ll、 21与隔板3形成坚固的粘 结，形成一个界面良好的电池单体5，然后根据锂离子电池容量要求 将不同数目的电池单体并联起来组成一裸电芯，将裸电芯用铝箔箔袋 封装，真空干燥后注入电解液，待电解液与正负电极极片和隔板充分 浸润和润湿后，再通过几次冲放电活化即可得到锂离子电池。
上述的实施例是在隔板的表面涂布一层聚合物涂层，当然，根 据本发明的技术方案，也可以在正负电极极片上涂布一层聚合物涂 层，其同样可以在热压下令隔板与正负极极片之间产生较强的附着性。
具体实施方式
可参照上述实施例的说明，这里不再一一赘述。
当然，以上所述仅仅为本发明的实例而已，并非来限制本发明的 实施范围，凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的 等效变化或修饰，均应包括于本申请专利的保护范围内。
权利要求
1、一种叠片式锂离子电池的制造方法，该方法包含如下步骤A、将水性或非水性粘结材料、导电添加剂和电极材料混合于溶剂中，形成电极混合物；B、将电极混合物直接涂在集流体上经干燥压实后形成正负电极极片；C、制备隔板，该隔板的表面具有聚合物涂层；D、将制备的正负电极极片与隔板交替叠加，并经过热辊压，使正负电极极片与隔板形成坚固的粘结，得到电池单体；E、将不同数目的电池单体并联起来组成一电芯，将电芯封装，真空干燥后注入电解液，待电解液与正负极极片和隔板充分浸润和润湿后，再通过冲放电活化得到锂离子电池。
2、 根据权利要求1所述的一种叠片式锂离子电池的制造方 法，其特征在于所述步骤B中电极混合物涂布的方式有两种 一种 是正电极极片单面涂布，负电极极片双面涂布；另一种是正电极极片 双面涂布，负电极极片单面涂布。
3、 根据权利要求1或2所述的一种叠片式锂离子电池的制 造方法，其特征在于所述的隔板是经聚合物涂层改性的聚烯烃隔板; 所采用的聚合物至少为选自以下物质组中的一种聚偏二氟乙烯均聚 物、聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚丙烯腈共聚物、聚苯乙烯氧化物或聚苯乙烯氧化共聚物。
4、 根据权利要求3所述的一种叠片式锂离子电池的制造方法，其特征在于所述的水性粘结剂包括丁苯橡胶及其衍生物、聚四 氟乙烯及其衍生物和聚丙烯酸及其衍生物；所述的非水性粘结剂包括 聚偏氟乙烯均聚物、共聚物及其衍生物。
5、 根据权利要求3所述的一种叠片式锂离子电池的制造方法，其特征在于正负电极极片与隔板进行热压的温度为80 140°C， 压力为30 100kgf。
6、 一种叠片式锂离子电池的制造方法，该方法包含如下步骤A、 将水性或非水性粘结材料、导电添加剂和电极材料混合 于溶剂中，形成电极混合物；B、 将电极混合物直接涂在集流体上经干燥压实后形成正 负电极极片，并且在正负电极极片的表面涂布一层聚合物涂层；C、 制备隔板；D、 将制备的正负电极极片与隔板交替叠加，并经过热辊压， 通过正负电极极片表面的聚合物涂层使正负电极极片与隔板形成坚 固的粘结，得到电池单体；E、 将不同数目的电池单体并联起来组成一电芯，将电芯封 装，真空干燥后注入电解液，待电解液与正负极极片和隔板充分浸润 和润湿后，再通过冲放电活化得到锂离子电池。
7、 根据权利要求6所述的一种叠片式锂离子电池的制造方法，其特征在于所述步骤B中电极混合物涂布的方式有两种 一种 是正电极极片单面涂布，负电极极片双面涂布；另一种是正电极极片 双面涂布，负电极极片单面涂布。
8、 根据权利要求6或7所述的一种叠片式锂离子电池的制 造方法，其特征在于所述的正负电极极片的表面涂布一层聚合物涂 层至少为选自以下物质组中的一种聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物、 聚丙烯腈、聚丙烯腈共聚物、聚苯乙烯氧化物或聚苯乙烯氧化共聚物。
9、 根据权利要求8所述的一种叠片式锂离子电池的制造方 法，其特征在于所述的水性粘结剂包括丁苯橡胶及其衍生物、聚四 氟乙烯及其衍生物和聚丙烯酸及其衍生物；所述的非水性粘结剂包括 聚偏氟乙烯均聚物、共聚物及其衍生物。
10、 根据权利要求9所述的一种叠片式锂离子电池的制造方 法，其特征在于正负电极极片与隔板进行热压的温度为S0 14(TC，压力为30 100kgf。
全文摘要
本发明涉及一种叠片式锂离子电池的制造方法。该锂离子电池包括水性或非水性粘结材料所制备的正电极层和负电极层，具有插入正负极电极层之间的多微孔隔板，其中，正电极层和负电极层或者隔板经过特殊处理包含一层聚合物涂层。然后将正电极层、负电极层及隔板叠片装配，在一定的压力和温度下使正负电极层与隔板形成坚固的粘结，从而形成良好的界面层，以保障锂离子电池的性能。
文档编号H01M10/36GK101315993SQ20071002824
公开日2008年12月3日 申请日期2007年5月28日 优先权日2007年5月28日
发明者胡学山, 赵丰刚 申请人:东莞新能源电子科技有限公司