一種高容量紐扣式磷酸鐵鋰可充電鋰電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種高容量紐扣式磷酸鐵鋰可充電鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著市場對于鋰離子電池的性能要求的不斷提高，用戶要求鋰離子電池的能量密度更高，各扣式可充鋰離子電池制造廠家針對以上客戶要求，不斷進行技術(shù)改進。在電池原材料日趨成熟的今天，提高扣式鋰離子電池能量密度和電化學(xué)性能的方法是是如何減少電池?zé)o效的空間，來增加活性物質(zhì)(正負極材料)的填充量。但現(xiàn)有通行的采用涂布電極進行卷繞的技術(shù)雖然可以很大程度上降低電池的內(nèi)阻但由于電極形狀是正方形，對于扣式電池內(nèi)部空間的利用不充分，導(dǎo)致電池的容量偏低，同時由于扣式電池的無大電流充放電使用工況的特點，內(nèi)阻的降低意義不大。故現(xiàn)有扣式磷酸鐵鋰鋰電池容量普遍很小，同時由于卷繞電極的結(jié)構(gòu)特點，電池的外徑一般大于1mm以上，很難做到9mm和6mm直徑體系的可充電鋰電池。
[0003]針對提高扣式鋰電池能量密度的要求，目前大多數(shù)扣式鋰電池制造廠家都是通過采用更薄的集流體和隔膜；加大電極活性物質(zhì)的涂布量以提高活性物質(zhì)的有效利用率。由于電化學(xué)反應(yīng)本身為一種三維傳質(zhì)過程，通過基本的電化學(xué)常識可知與目前使用的箔類如銅箔、鋁箔相比，采用金屬泡沫作為鋰離子電池的集流體，顯著提高了鋰離子電池的容量和倍率放電性能。由于泡沫金屬內(nèi)存在著高孔率的三維孔隙，可以使得活性物質(zhì)填充在該孔隙內(nèi)，而不是像箔體集流體那樣只能涂敷在其表面。而活性物質(zhì)填充在泡沫金屬內(nèi)的高孔率三維孔隙內(nèi)后，不但增大了填充率，而且由于泡沫金屬本身的三維孔隙結(jié)構(gòu)和高孔率更有利于電流密度的均勻分布和電解液滲透、均勻分布，從而可以提高鋰離子電池的活性物質(zhì)利用率，提高鋰離子電池的容量和倍率放電性能。相反，對于金屬箔材，活性物質(zhì)只能分布在集流體的表面。轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的電能主要靠集流體傳遞給活性物質(zhì)，靠近集流體的活性物質(zhì)和遠離集流體的活性物質(zhì)在電能的分配上差異很大，越靠近集流體，其所分配的電能越多同時也越均勻，越遠離集流體，其所分配的電能越少。可以看出由于鋰離子電池集流體采用的金屬箔材導(dǎo)致了鋰離子電池活性物質(zhì)輸入和輸出以及在轉(zhuǎn)化過程中能量的不均勻性，影響到了活性物質(zhì)利用率的提高。由于鋰電池常用的負極石墨類材料的導(dǎo)電性能優(yōu)異，同時容量(一般>300mAh/g)也遠高于正極磷酸鐵鋰材料(一般<135mAh/g)，所以扣式鋰電池的負極可以做得很薄，對電池的整體內(nèi)阻和充放電反應(yīng)不構(gòu)成瓶頸；但正極的磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率很低，容量也只有負極的一半左右，同時壓實密度也較負極低，要做成和負極容量匹配的做成片式電極其厚度將達到負極的2倍以上，帶來極片的內(nèi)阻很大，充放電傳質(zhì)過程困難。加上鋰電池正極集流體一般選用鋁，做成三維導(dǎo)電集流體需要通孔泡沫鋁材料，正如CN200610154100專利中所示。而用于電池的泡沫鋁材料尚未實現(xiàn)商品化，大規(guī)模商品化的泡沫金屬有泡沫銅和泡沫鎳，銅的氧化電位很低不適合做正極集流體，而鎳的理論氧化電位約為3.8V，接近于磷酸鐵鋰的限制電壓3.65V，但實際應(yīng)用中由于鎳表面的非理性狀態(tài)，導(dǎo)致其氧化電位降低，所以純泡沫鎳未曾應(yīng)用于商品化的磷酸鐵鋰體系鋰電池中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種使用三維導(dǎo)電材料使電池電極的活性物質(zhì)含量加大，同時有效利用了電池內(nèi)部的空間的一種高容量紐扣式磷酸鐵鋰可充電鋰電池。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種高容量紐扣式磷酸鐵鋰可充電鋰電池，其特征是:隔膜上設(shè)有負極片，隔膜下設(shè)有正極片，負極片上設(shè)有負極殼體，負極殼體外圈設(shè)有密封圈，正極片下設(shè)有正極殼體，正極殼體外圈通過擠壓包住密封圈。
[0007]所述的負極殼體外圈帶有鉤體。
[0008]正極片為三維導(dǎo)電骨架復(fù)合活性物質(zhì)所成的圓片形沖切電極，正極片所用的三維導(dǎo)電骨架為具有通孔結(jié)構(gòu)的泡沫鎳，正極片所用的泡沫鎳導(dǎo)電骨架表面涂覆有可電子導(dǎo)電的保護涂層。
[0009]本發(fā)明通過使用具有三維導(dǎo)電骨架的電極，從而使有效利用電池空間的圓片型電極在可充電磷酸鐵鋰扣式電池中得以使用，同時為改善磷酸鐵鋰體系3.65V限制電壓下泡沫鎳可能出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象，其正極導(dǎo)電骨架上涂覆有可電子導(dǎo)電的保護涂層，穩(wěn)定了集流體在高電壓下的使用。從而使該結(jié)構(gòu)的電池得到實際的應(yīng)用。本發(fā)明是通過提高電池有效空間的利用率來提升電池的能量密度，更有效地發(fā)揮電池的活性物質(zhì)的電化學(xué)活性，提高其有效利用率，從而使電池容量得以大幅度提升，本發(fā)明的容量可以做到20mAh，容量較之現(xiàn)有的技術(shù)水平提高55%以上，同時也能輕易做成9mm和6mm直徑體系的可充電鋰電池。
[0010]本發(fā)明中由于采用了導(dǎo)電保護涂層涂覆鎳骨架表面，一方面隔離了電解液對鎳表面非理想潔凈狀態(tài)的浸蝕，同時由于保護涂層中粘接劑與電池正極活性物質(zhì)相容性較好，有效降低了電極活性物質(zhì)和集流體的接觸內(nèi)阻，提高了電極的綜合性能。使泡沫鎳的應(yīng)用得以實現(xiàn)，也使較厚厚度(2.5-0.5mm)性能優(yōu)良的圓片型可充電電極得以實現(xiàn)。為使正極圓片化成為可能，本發(fā)明通過大量試驗得出了以下解決方案。利用本方案的可充電扣式鋰電池包含以下部分:磷酸鐵鋰正極片，隔膜，負極片，電解液和扣式電池殼體。其中正極片為三維導(dǎo)電骨架的泡沫鎳復(fù)合磷酸鐵鋰沖切圓片。負極采用常規(guī)制造工藝制成薄片，隔膜和電解液為常規(guī)鋰離子電池所用。電池通過正極片/隔膜/負極片的常規(guī)三明治結(jié)構(gòu)方式進行裝配；在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，泡沫鎳采用拉漿工藝與保護涂層進行預(yù)涂覆，充分干燥后采用拉漿工藝或膜復(fù)合工藝與磷酸鐵鋰進行復(fù)合形成正極成品，對輥碾壓至設(shè)計厚度和壓實密度后進行沖切之合適直徑。負極采用常規(guī)成膜工藝進行成膜后沖切之與正極一致的直徑。充分干燥后注入電解液裝配成扣式鋰電池。除泡沫鎳和保護涂層外其余原材料均為鋰電池制造行業(yè)公知體系和配方。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實用新型實實施例2的放電特性示意圖。
[0013]附圖中，1、負極殼體；2、密封圈；3、正極殼體；4、負極片；5、隔膜