专利名称：可再充电锂电池以及制备该电池的方法
技术领域：
本发明涉及一种制成薄型的可再充电锂电池，以及制备所述可再充电锂电池的方法。
近年来，已经预测到由于空气中二氧化碳含量增加所造成的所谓温室效应引起全球气候变暖。例如，在热电厂中，通过燃烧矿物燃料制备的热能被转变成电能，伴随着矿物燃料的燃烧，大量的二氧化碳气体排入空气中。因此，为了制止这种状况，有一种禁止再建造新热电厂的倾向。在这种情况下，为了有效地利用热电厂等的发电机产生的电力，已经推荐了所谓的负荷调整策略，将夜晚多余不用的电力储存于安装在通用房屋内的可再充电锂电池内，在白天用电负荷增加时，使用所储存的电力，从而平衡电力消耗。
现在，对于那些不排放任何空气污染物如二氧化碳、氮化物、碳氢化合物等的电车而言，迫切需要研制一种具有高能量密度的、可以有效使用于电车的的高性能可再充电锂电池。此外，还迫切需要研制一种体积小、重量轻，可用作便携设备如小型个人电脑、文字处理机、摄像机和蜂窝电话的电源的高性能可再充电锂电池。
在这种情况下，已经研制了一种能够满足上述需要的可再充电镍-金属氢化物电池和可再充电锂电池。为了改善它们的性能，已经进行了各种研究和开发。
对于可再充电镍-金属氢化物电池而言，尽管重量较重，不如可再充电锂电池，但是它具有制造相对容易，与可再充电锂电池相比制造成本降低的优点。考虑到这一点，可再充电镍-金属氢化物电池通常用作便携式设备的电源。此外，已经开始将可再充电镍-金属氢化物电池用作某些电车的电源。
对于可再充电锂电池而言，已经研制了多种可再充电锂电池，该可再充电锂电池具有一个阳极，该阳极含有给定的阳极活性材料，如金属锂、锂合金、羰基材料等，还具有一个阴极，该阴极含有给定的阴极活性材料，例如二氧化锰，锂-钴氧化物，锂-镍氧化物等。尤其在具有较高的能量密度这一点上，这些可再充电锂电池被认为比可再充电镍-金属氢化物电池好。为了将可再充电锂电池投入实际应用，已经进行了研究和开发。一些可再充电锂电池实际上已经被用作特定的便携式设备的电源。
顺便说一下，至于便携式设备使用的这种可再充电电池的形状，在很多情况下可以采用圆柱形或者棱柱形。在可再充电电池为三棱柱形的情况下，可以设计成比圆柱形可再充电电池薄。薄型棱柱形可再充电电池通常用在紧凑便携式设备中。
目前，圆柱形可再充电电池通常以如下方式制备。将一个隔膜夹在一个阳极和一个阴极之间，以便隔膜部分地突出于每一个端面，接着卷套在一个给定轴周围，以便形成一个圆柱体，该圆柱体具有隔膜／阴极／隔膜／阳极／隔膜。通过圆柱形电池盒的开口将该圆柱体插入圆柱形电池盒中。在电池盒开口附近形成一个柱头。然后将电解液引入电池盒，以便隔膜充满电解液。之后，在该电池盒的柱头上放置一个还可以用作一个外端的顶盖，该顶盖具有一个内部压力释放口，一个PTC(正温度系数装置)以及一个断流装置，以便盖住开口，接着填入填料。这样，就制备了一个圆柱形可再充电电池。
棱柱形可再充电电池通常这样制备，例如以如下方式制备。将一个隔膜夹在一个阳极和一个阴极之间，接着包在一个给定轴周围，以形成一个具有隔膜／阴极／隔膜／阳极／隔膜的圆柱体。通过挤压成型将该圆柱体制成一个平板体。通过棱柱形电池盒的开口将该平板体插入棱柱形电池盒内。然后，将一个还可以用作一个外端的柱头设置在该棱柱形电池盒的开口端，该柱头具有一个内部压力释放口，一个PTC(正温度系数装置)，一个断流装置，和一个电解液引入口，接着通过激光焊接密封棱柱形电池盒内部。然后，通过设置在柱头上的该电解液引入口将电解液引入棱柱形电池盒，以便电解液浸透隔膜。接着密封电解液引入口。这样，就制备了一个棱柱形可再充电电池。
在制备圆柱形可再充电电池时使用的任何圆柱形电池盒和在制备棱柱形可再充电电池时使用的任何棱柱形电池盒都是通过深拉适当的金属元件而成型的，如深拉一块镀镍铁板，一块铝板，或者一块不锈钢板。
具体地说，在上述制备棱柱形可再充电电池的方法中，要求使用一个相应的棱柱形电池盒，这种棱柱形电池盒通过深拉适当的金属元件而成型，如深拉一块镀镍铁板，一块铝板或者一块不锈钢板。在这种情况下，对能够通过深拉形成这种棱柱形电池盒的金属元件有限制。具体地说，在使用金属元件，如一块镀镍铁板，一块铝板或者一块不锈钢板的情况下，通过深拉成型的棱柱形电池盒不可避免地具有较大的厚度，厚度约为5mm或5mm以上。在通过深拉成型圆柱形电池盒时，情况也是如此。
为了制成厚度小于上述厚度的棱柱形电池盒，要考虑采用一种首先通过深拉制成棱柱形电池盒和在厚度方向压制棱柱形电池盒壁的方法。但是，这种方法导致了棱柱形可再充电电池制造成本显著增加，因此实际上不能被接受。
个别地，在任何情况下，当电池盒厚度较薄时，也要求顶盖的厚度相应较薄。当顶盖厚度较薄时，例如小于约5mm时，很难在顶盖处加工一个端盖和一个绝缘模。此外，在很多情况下，该电池盒和顶盖利用激光束焊接焊在一起。焊接给位于进行焊接位置附近的绝缘模带来了不利的热影响。
顺便说一句，近年来已经研制了一种所谓片型的可以做成很薄的可再充电电池，该电池具有一个由层压膜覆盖的电池主体，其中所述电池主体包括布置在阳极和阴极之间的离子导体，所述离子导体具有一个浸透了电解溶液的隔膜，一种凝胶或者固体电解质。但是，该片型可再充电电池具有一些缺点，因为层压膜物理强度不够，电池容易变形，或者容易损坏，因此对电池的使用范围有一定的限制。
图10(a)和10(b)是表示具有一个包括层压膜的防护器的可再充电锂电池的示意图，作为上述片型可再充电电池的一个实例。
具体地说，图10(a)是所述可再充电锂电池的侧视透视图，图10(b)是沿线D-D剖开的所述可再充电锂电池周边部分的横截面俯视示意图。
在图10(a)中，附图标记1001代表从电池主体1003伸出的一对功率输出端，装在由层压膜1005形成的组件中。该电池主体1003具有一个布置在一个阳极和一个阴极之间的离子导体。
参照图10(b)可以理解，层压膜1005具有一层铝箔1007(例如厚度为10μm)，该铝铂夹在一对不能够在溶剂中溶解的塑料膜1006(例如厚度为10μm)中间。该铝箔1007用于防止水分进入电池主体1003。但是，该铝箔1007的厚度很薄(约10μm)，因此铝箔1007有一种不能够完全阻止水分进入电池主体1003的倾向。
使用上述的层压膜1005制备具有如图10(a)所示结构的可再充电锂电池，例如按照如下方法制备。提供一种具有限定长度的层压膜1005。该层压膜沿预定弯折线对折，形成在两层弯曲层压膜之间具有一定空间的折叠形，具有两个功率输出端1001的电池主体1003装在所述空间内，热焊接部分1002设置在具有电池主体1003的折叠形的周边部分内，用来密封电池盒内部，该电池主体包含封闭在其内的两个功率输出端1001。在这种情况下，设置有焊接部分1002的折叠形周边部分具有两个叠在一起的层压膜1005。通过在施加预定压力时加热周边部分，两个层压膜1005的两个相邻塑料膜1006相互热熔合和焊接，形成一个热焊接区域1008。在这种情况下，很难完全密封两个动力输出端1001的周围区域。为了完全密封两个动力输出端1001的周围区域，必须将热焊接部分增加到比所要求的程度大的程度。这种情况容易带来一个问题，即电池的可靠性恶化。此外，通常要求热焊接部分的宽度设置为不小于5mm的宽度。这种情况造成电池的能量密度下降。为了防止电池的能量密度下降，要考虑采用一种也弯曲将要被热焊接的周边部分的方法。但是，弯曲有关的周边部分使层压膜1005的可靠性恶化，容易增加水分进入电池主体的可能性。
日本未审查的专利公开说明书213286／1997(以下称为“文件1”)公开了一种能够补偿上述缺陷的可再充电电池。具体地说，文件1公开了一种薄型可再充电锂电池，该电池具有一个装在由一块薄金属板模制成型的电池盒内，其特征在于所述的电池盒在平行于电池主体的表面上具有一个开口，一个盖板布置在电池盒的所述开口上，所述的盖板通过激光焊接焊接在电池盒上。
图11是表示文件1公开的可再充电锂电池的内部构造示意图。在图11中，附图标记1100代表一个布置在薄型电池盒1105内的电池主体，电池盒与所述电池主体1100平行的上表面有一个开口。附图标记1104代表一个布置用来盖住所述开口的盖板，盖板1104利用激光光束照射器1108焊接于电池盒1105上，盖板用来密封电池盒1105内部。电池主体1100具有一个包含通过一个隔膜1003叠置的一个阴极1101和一个阳极1102的叠置体。
文件1说明，根据这里所描述了一种技术，能够制备一种厚度等于或者小于5mm、面积较大的薄型可再充电锂电池。
但是，文件1所描述的具有如图11所示结构的可再充电锂电池具有一些缺陷，由于盖板1104包括一个厚度薄的简单片状板，该盖板1104物理强度不足，由于这个原因，当应力垂直或者倾斜施加于电池盒1105上时，电池盒容易变形，会使阴极和阳极内部短路。此外，还具有的缺陷是，由于在将盖板1104焊接到电池盒上时使用激光束，电池主体1100不可避免地暴露于激光束的幅射所产生的热量之下，因此，为了使电池主体不受所述热辐射影响，必须在电池主体1100与焊接盖板1104和电池盒1105的焊接部分之间设置热屏蔽元件1106，如图11所示。附图标记1107代表在设置热屏蔽元件1106时形成的一个缝隙。
作为热屏蔽元件1106，使用厚度约为0．1mm的导热元件，导热元件由导热性能好的金属材料制成，如铜、镍或者不锈钢。由于该原因，当电池主体的阴极和阳极含有在充电和放电时容易膨胀的阴极或者阳极活性材料时，或者当如上述应力施加在电池盒上时，电池主体的阴极和阳极之间出现内部短路的可能性增加了。此外，由于可再充电锂电池的总厚度是几个毫米，热屏蔽元件1106的厚度(约0．1mm)相应地是可再充电锂电池总厚度的百分之几到5％，其中由于热屏蔽元件1106占据一定的位置，可再充电锂电池的能量密度大量下降。在热屏蔽元件1106设置成波纹形的情况下，可再充电锂电池的能量密度进一步下降。
针对上述传统薄型可再充电锂电池的情况提出了本发明。
本发明的一个目的是提供一种不使用现有技术所用的热屏蔽元件的薄型可再充电锂电池。
本发明的另一个目的是提供一种甚至在长时间交替进行充电和放电时，阳极和阴极也不会出现内部短路的耐久性良好的薄型可再充电锂电池。
本发明的又一个目的是提供一种延长循环寿命的(延长充电和放电循环寿命)薄型可再充电锂电池。
本发明的又一个目的是提供一种具有一个电池主体的薄型可再充电锂电池，该电池主体包括至少一个阴极、一个阳极、一个封闭在一对密封元件(a)和(b)之间的离子导体，至少所述的密封元件(a)具有一个凹入部分，所述凹入部分从所述密封元件(a)的中间位置延伸至所述密封元件(a)的任一侧，以便具有一个包围所述凹入部分的周边部分，所述两个密封元件(a)和(b)彼此相对布置，以便密封元件(a)的所述凹入部分的表面通过所述电池主体面对密封元件(b)，其特征在于，所述密封元件(a)在所述凹入部分的所述周边部分具有一个环形部分(a-i)，所述密封元件(b)在对应于所述密封元件(a)的所述周边部分的区域具有一个环形部分(b-i)，其中所述环形部分(a-i)和所述环形部分(b-i)相互焊接，或者所述环形部分(a-i)，或者所述环形部分(b-i)设置有一个与所述电池主体电连接的功率输出端，以及一个与所述功率输出端绝缘的绝缘部分。
本发明的又一个目的是提供一种制备所述可再充电锂电池的方法。所述方法主要包括步骤提供一个电池主体，该电池主体包括至少一个阴极、一个阳极和一个离子导体，一个具有一个凹入部分的第一密封元件(a)，该密封元件(a)具有一个包围所述凹入部分的周边部分，和一个位于所述凹入部分的所述周边部分上的环形部分(a-i)，以及一个第二密封元件(b)，所述密封元件(b)在对应于所述密封元件(a)的所述周边部分的区域具有一个环形部分(b-i)，将所述电池主体布置在所述第一密封元件(a)的所述凹入部分内，使所述第一密封元件(a)和所述第二密封元件(b)配合，使它们彼此相对布置，以便所述第一密封元件(a)的所述凹入部分的表面通过所述电池主体面对所述第二密封元件(b)，使所述第一密封元件(a)的所述环形部分(a-i)和所述第二密封元件(b)的所述环形部分(b-i)相互焊接。
图1表示本发明的可再充电锂电池的一个实例的斜视示意图。
图2是沿图1的线X-X’的横截面示意图，表示构成图1的可再充电锂电池的一个防护元件的一个实例。
图3是图1中可再充电锂电池的俯视平面图，表示额外设置了内部压力释放口的所述可再充电锂电池的顶表面形状。
图4是沿图1的线Y-Y’的横截面示意图，表示图1所示的可再充电锂电池内部结构的一个实例。
图5是沿图1的线Y-Y’的横截面示意图，表示额外设置了内部压力释放口的可再充电锂电池内部结构的另一个实例。
图6是本发明的一个可再充电锂电池的一个实施例的平面示意图，其中在阴极功率输出端和阴极引线部分(从阴极伸出)通过一个阴极功率输出端引线电连接时使用了金属镀件。
图7是沿图1的线X-X’的横截面示意图，表示装入图1所示的可再充电锂电池的一个电池主体中的一个实例。
图8是具有图7所示的这种外形的一个电池主体的本发明可再充电锂电池的俯视平面图，表示所述可再充电锂电池的顶表面形状。
图9表示装有本发明的可再充电锂电池的一个蜂窝电话实例的示意图。
图10(a)和10(b)是具有一个包含层压膜的防护装置的传统可再充电锂电池的一个实例的横截面示意图。
图11表示传统可再充电锂电池的另一个实例的横截面示意图。
本发明达到了上述目的，并且提供了一种改进了电池性能和延长了使用寿命(延长充电和放电循环寿命)的高性能可再充电锂电池，以及一种制备所述电池的方法。
根据本发明提供的可再充电锂电池的一个典型的实施例具有一个电池主体，该电池主体包括至少一个阴极、一个阳极、一个封闭在一对密封元件(a)和(b)之间的离子导体，至少所述的密封元件(a)具有一个凹入部分，以便所述凹入部分从所述密封元件(a)的中间位置延伸至所述密封元件(a)的任一侧，以便具有一个包围所述凹入部分的周边部分，所述的两个密封元件(a)和(b)彼此相对布置，以便所述密封元件(a)的所述凹入部分的表面通过所述电池主体面对密封元件(b)，其特征在于，所述密封元件(a)在所述的凹入部分的所述周边部分具有一个环形部分(a-i)，所述密封元件(b)在对应于所述密封元件(a)的所述周边部分的区域具有一个环形部分(b-i)，其中所述环形部分(a-i)和所述环形部分(b-i)相互焊接，或者所述环形部分(a-i)，或者所述环形部分(b-i)设置有一个与所述电池主体电连接的一个功率输出端，以及一个与所述功率输出端绝缘的绝缘部分。
在这样构成的可再充电锂电池中，相互焊接的环形部分(a-i)和(b-i)位于由密封元件(a)和(b)的凹入部分形成的，用于设置电池主体的空间外边。采用这种连接关系，在设置电池主体的由密封元件(a)和(b)的凹入部分形成的空间内就不必设置在现有技术中必须在设置电池主体的该空间内设置的热屏蔽元件。因此，就不会出现上述现有技术中由于设置热屏蔽元件而产生的问题。尤其是，在电池主体的阳极和阴极具有容易在充电和放电时膨胀的阳极或阴极活性材料的情况下，甚至在长时间交替进行充电和放电时，电池主体的阳极和阴极也能够保持稳定，阴极和阳极之间不会发生内部短路。该可再充电锂电池总是表现出令人满意的电池性能，并具有延长的充电和放电循环寿命。
本发明提供了一种用于制备上述可再充电电池的方法。
该方法的一个典型的实施例包括步骤提供一个电池主体，该电池主体包括至少一个阴极，一个阳极，和一个离子导体，一个具有一个凹入部分的第一密封元件(a)，该密封元件(a)具有一个包围所述凹入部分的周边部分，所述密封元件(a)在所述凹入部分的所述周边部分上具有一个环形部分(a-i)，以及一个第二密封元件(b)，所述密封元件(b)在对应于所述密封元件(a)的所述周边部分的区域具有一个环形部分(b-i)，将所述电池主体布置在所述第一密封元件(a)的所述凹入部分内，使所述凹入部分内设置电池主体的所述第一密封元件(a)和所述第二密封元件(b)彼此相对配置，以便所述第一密封元件(a)的所述凹入部分的表面通过所述电池主体面对所述第二密封元件(b)，及使所述第一密封元件(a)的所述的环形部分(a-i)和所述第二密封元件(b)的所述环形部分(b-i)相互焊接。
在这样构成的方法中，设置在第一密封元件(a)的凹入部分的周边部分上的环形部分(a-i)和所述第二密封元件(b)的与所述第二密封元件(b)的所述周边部分对应的区域上的环形部分(b-i)相互焊接，必须防止装在由第一密封元件(a)和第二密封元件(b)的凹入部分形成的空间内的电池主体(包括至少阴极、阳极和离子导体)受到两个环形部分(a-i)和(b-i)焊接所产生热辐射的影响。这种情况能够有效地制备一种电池性能良好，并且具有延长充电和放电循环使用寿命的薄型可再充电锂电池。在第一密封元件(a)的环形部分(a-i)和第二密封元件(b)的环形部分(b-i)都利用金属加工方法成型的情况下，都是薄型的第一密封元件(a)和第二密封元件(b)物理强度都变强。
下面将参照附图详细描述本发明。
图1是表示本发明的可再充电锂电池的一个实例的斜视示意图。
图1所示的可再充电锂电池有一个密封元件101a和一个密封元件101b，密封元件101a具有一个面向下的凹入部分102a和一个包围所述凹入部分102a的周边环形部分103a，密封元件101b具有一个包括面向上的凹入部分102b和一个包围所述凹入部分102b的周边环形部分103b，其中所述密封元件101a和所述密封元件101b配合，以便所述面朝下的凹入部分102a以及面向上的凹入部分102b彼此相对，所述周边环形部分103a和所述周边环形部分103b相互焊接。在由所述面朝下的凹入部分102a以及面向上的凹入部分102b形成的空间内，容纳有个一个电池主体，该电池主体包括至少一个阳极、一个阴极和一个离子导体(未示出)。在密封元件101a上，设置有一个从电池主体阴极伸出的阴极功率输出端104，一个从电池主体阳极伸出的阳极功率输出端106，以及一个用于使所述的阴极功率输出端104和所述的阳极功率输出端106绝缘的绝缘部分105。尽管在图中没有示出，但是，如果必要，可以在密封元件101a上额外设置一个贯通绝缘部分105的内部压力释放口。
如从图1中可以理解的那样，在这里，密封元件101a和密封元件101b的结合构成一个可再充电锂电池的防护盒(或一个电池盒)。
在该实施例中，凹入部分(102a，102b)设置在两个密封元件101a和密封元件101b中的每一个上。但这不受限制。凹入部分也可以只设置在两个密封元件101a和密封元件101b中的一个上。
具有这种凹入部分(102a，102b)和这种环形部分(103a， 103b)的密封元件(101a，101b)可以通过深拉或者压力加工一种给定的金属材料来制备。在这种情况下，出现加工硬化，因而导致密封元件即使在厚度较小时也具有满意的物理强度。这就具有一个优点，即，由于分别设置在由凹入部分102a和102b形成的容纳电池主体空间外的环形部分(103a，103b)相互焊接，形成了上述的防护盒，环形部分(103a，103b)相互焊接产生的热量没有机会直接散入所述的空间，其中环形部分103a和103b起辐射所述热量的作用。这样就不必提供现有技术的传统薄型可再充电锂电池必须使用的热屏蔽元件(1106)(见图11)。
周边环形部分(103a，103b)必须具有的宽度优选为0．5mm-3．0mm，或者更优选为0．5mm-2．0mm。周边环形部分(103a，103b)的这种宽度的选择是本申请发明人在致力于防止电池主体免受焊接热辐射影响的实验研究的结果。
周边环形部分103a和103b的焊接可以利用激光焊接、电子束焊接、电阻焊接或者超声焊接来实施。显然，从生产率和可靠性能看，激光焊接是最合适的。
在激光焊接时，激光束辐射半径根据构成密封元件(101a，101b)的材料或者密封元件(101a，101b)的厚度而不同。例如，在密封元件(101a，101b)由不锈钢构成的情况下，优选范围是0．2mm-0．4mm。在密封元件(101a，101b)由铝构成的情况下，优选范围是0．6mm-0．8mm。
下面将参照图2详细描述图1所示的可再充电电池的防护盒。
图2是沿图1的线X-X’的横截面示意图，表示构成图1所示的可再充电锂电池的防护盒(包括密封元件101a和密封元件101b)。在图2中，省略了电池主体的元件。
在图2中，附图标记101代表图1中的密封元件(101a，101b)，附图标记102代表图1中的凹入部分(102a，102b)，附图标记103代表图1中的环形部分(103a，103b)。
凹入部分102(即图1中的凹入部分(102a，102b))优选成型为具有基本上为对称梯形的横截面。作为凹入部分102的对称梯形的理想深度为201。凹入部分102的对称梯形优选具有的倾斜角度202为5°-45°。
但是，凹入部分102也可以是不对称梯形的横截面。
至于密封元件101[即图1中的密封元件(101a，101b)]的对称梯形中的凹入部分102的深度201，不作严格限定。但是，该深度通常优选为0．3mm-3mm，或者更优选为0．5mm-2．5mm。凹入部分102的深度201范围是根据本申请发明人的实验研究结果建立的。具体地说，在深度201小于0．3mm的情况下，密封元件的厚度变的相对过厚，容纳电池主体的空间相应变小。因此，深度201应该等于或者大于0．3mm。使深度201大于3mm，不适合达到本发明的提供一种薄型可再充电锂电池的目的。
至于密封元件101[即图1中的密封元件(101a，101b)]的组成，在要求密封元件101较薄的情况下，优选使用物理强度大的不锈钢。在要求密封元件101较轻的情况下，优选使用较轻的铝。此外，也能够使用其它金属材料，如镍材料，镀镍铁材料，铜材料等。
至于密封元件101[即图1中的密封元件(101a，101b)]的厚度，优选为从0．05至能够进行压力加工的厚度。至于密封元件101的厚度上限，在密封元件101由不锈钢材料构成的情况下，优选为0．3mm，在密封元件101由铝材料构成的情况下，优选为0．8mm。具体地说，在一个优选实施例中，在密封元件101由不锈钢材料构成的情况下，密封元件101的厚度为0．1mm至0．2mm。在密封元件101由铝材料构成的情况下，密封元件的厚度为0．2mm至0．5mm。
个别地，由于所涉及的情况，密封元件101可以用塑料制成。但是，由于塑料不具有密封元件所要求的满意的物理强度，很难用塑料制成全部密封元件101。
在图3所示的本发明的可再充电锂电池的结构中可以使用塑料材料。图3是图1中可再充电锂电池的俯视平面图，表示额外设置了内部压力释放口的所述可再充电锂电池的顶表面形状。
在图3中，附图标记101代表图1中的密封元件(101a)，附图标记103代表图1中的周边环形部分(103a)。附图标记104代表图1中的阴极功率输出端(104)，附图标记105代表图1中的绝缘部分(105)，附图标记106代表图1中的阳极功率输出端(106)。附图标记301代表一个内部压力释放口，该释放口用于在所述内部压力增加时释放防护盒(电池盒)内部压力。如图3所示，在可再充电锂电池的外表面上，设置有阳极功率输出端106，阴极功率输出端104，以及贯穿绝缘部分105的内部压力释放口301，其中绝缘部分105可以由塑料构成，内部压力释放口301也可以由塑料构成。
图4是沿图1的线Y-Y’的横截面示意图，表示图1所示的可再充电锂电池内部结构的一个实例。在图4中，附图标记101a代表图1中的密封元件(101a)，附图标记101b代表图1中的密封元件(101b)，附图标记104代表图1中的阴极功率输出端(104)，附图标记105代表图1中的绝缘部分(105)，附图标记106代表图1中的阳极功率输出端(106)。附图标记401和402都代表插入绝缘部分105内的支撑金属板，支撑金属板固定于绝缘部分上，每一个支撑金属板401和402都通过激光焊接件405固定于密封元件101a上。附图标记403代表连接阴极功率输出端(104)的终端引线，附图标记404代表连接阳极功率输出端(106)的终端引线，其中终端引线403和404通过绝缘部分105与密封元件101b电绝缘。同样，阴极功率输出端104和阳极功率输出端106也通过绝缘部分105与密封元件101a电绝缘。
在图4所示的结构中，绝缘部分可以由塑料构成。
图5是沿图1的线Y-Y’的横截面示意图，表示图1所示可再充电锂电池内部结构的另一个实例。除了下面几点外，图5所示的构造与图4所示的构造相同。即，在图5所示的构造中，不使用图4中所使用的支撑金属板(401)，通过将该密封元件101a部分插入绝缘部分105内，绝缘部分105直接固定于密封元件101a上，内部压力释放口301设置在绝缘部分105上。该内部压力释放口301用于在所述内部压力意外增加时，释放可再充电锂电池的内部压力。在该实施例中，内部压力释放口301具有一个塞子，该塞子包括一个与绝缘部分105成分相同的塑料薄膜。
在图5所示的构造中，密封元件101a和101b，具有终端引线403的阴极功率输出端104，具有终端引线404的阳极功率输出端106，以及具有内部压力释放口301的绝缘部分105可以一体成型。
内部压力释放口301不仅仅限于上述实施例。作为内部压力释放口301的含有塑料材料的塞子可以是一个固定于绝缘部分105上的金属薄箔，以便在所述内部压力升高达到预定压力时，所述金属薄箔能够自动破裂，释放可再充电锂电池的内部压力。换言之，能够通过压力加工，在密封元件101a上形成一个金属薄膜部分，以便所述金属薄膜部分起内部压力释放口301的作用。此外，内部压力释放口301可以具有一个橡皮塞(球形或者梯形)或者一个弹簧，在所述内部压力达到一个给定值时，橡皮塞或弹簧能够被激活，释放可再充电锂电池的内部压力。
图6是本发明的一个可再充电锂电池的一个实施例的平面示意图，其中在阴极功率输出端和阴极引线部分(从一个阴极伸出)通过一个阴极功率输出端引线电连接时使用了一个金属镀件。在图6中，附图标记104代表一个阴极功率输出端(104)[见图1，图4或者图5]，附图标记403代表一个阴极功率输出端引线(403)[见图4或者图5]。附图标记601代表一个从具有图1所示构造的可再充电锂电池的电池主体中(未示出)的一个阴极延伸出的一个阴极引线部分。
阴极功率输出端104优选具有一种几乎不腐蚀的，并具有满意的物理强度的高导电性金属材料。该金属材料可以包括一个由铜、镍制成的金属元件，以及一个包括所述金属元件的镀金元件。当与从阴极602延伸出的阴极引线部分601整体成型的阴极功率输出端引线403由单一金属材料构成时，可能会有如下缺陷。在阴极引线部分601和阴极功率输出端引线403由铝材料构成时，尽管它们之间能够迅速熔接，但是与阴极引线部分601联结的阴极功率输出端引线403难于达到满意的物理强度。在阴极功率输出端引线403由具有良好物理强度的镍材料构成，阴极引线部分601由铝材料构成的情况下，阴极功率输出端引线403与阴极引线部分601很难焊接，以致阴极功率输出端引线403与阴极引线部分601的接合部分总能够保持不剥落。为了消除这些缺陷，阴极功率输出端引线403优选由具有包括两种或两种以上的金属或者合金材料的金属镀件构成。至于阳极，情况相同。
图7是沿图1的线X-X’的横截面示意图，表示适用于图1所示可再充电锂电池的电池主体的一个实例。在图7中，附图标记700代表装在防护盒内的(电池盒)一个电池主体，防护盒是通过使都具有凹入部分102(具有一定深度201的对称梯形横截面)的两个密封元件101a和101b与周边部分103配合，使两个凹入部分102的两个对称梯形空间彼此相对，并使这两个周边环形部分彼此焊接而形成的。电池主体700具有一个叠层体，和一个覆盖所述叠层体的绝缘膜703，通过一个绝缘体701(包括一个具有一种电解质的离子导体或一种浸透了电解质溶液的隔离体)将一个阳极702和阴极602(见图6)缠绕在一个轴上形成所述叠层体。
下面将描述图7中所示的电池主体700的每一个组件。
阴极602阴极602具有至少一种阴极活性材料和一个阴极收集器。该阴极活性材料可以具有一种能够吸收锂并能够释放所述锂的材料，不溶解于可再充电锂电池使用的电解质溶液，对可再充电锂电池内使用的电解质溶液稳定。这种阴极活性材料可以包括含锂过渡金属氧化物，如LiCoO2，LiNiO2，LiMnO2，LiMn2O4；不含锂的金属氧化物，如V2O5，MnO2，TiO2，MoO3；金属硫化物，如TiS2，MoS2。此外，也可以使用导电聚合物，如聚多炔，聚吡咯，聚苯胺，和聚酞青，以及这些聚合物的衍生物。
阴极602可以通过在一个收集器上使用这种阴极活性材料形成一层阴极活性材料层来制备，如果必要，可以通过增加一种适当的导电助剂或和一种适当的粘结剂。该阴极活性材料层可以形成在该收集器的的一侧或者对侧。
阴极内使用的收集器用来有效地供应消耗的电流，或者收集充电和放电时电极反应产生的电流。在该连接中，该收集器由一种导电性能良好而在电池反应时不起作用的材料构成。
构成阴极收集器的这种材料可以包括金属，如铝，钛和镍，以及这些金属的合金，如不锈钢。该收集器可以是片形，网形，海绵状的多孔型，膨胀金属形，或者打孔金属形。
如果必要，在形成阴极时使用的导电助剂可以包括导电性能良好，不溶解于可再充电锂电池使用的电解质溶液，对可再充电锂电池使用的电解质溶液稳定的导电材料。这种导电材料的具体实例是含碳材料，如粉状石墨结构碳等，以及粉状金属材料，如铜粉，铝粉，钛粉等。
作为一种必要时在形成阴极时使用的粘结剂，优选使用一种具有粘结性能的有机聚合物，它不溶解于可再充电锂电池使用的电解质溶液，对可再充电锂电池使用的电解质溶液稳定。作为这种有机聚合物的一个具体优选实例，可以使用氟树脂，如聚(1，1-二氟乙烯)，四氟乙烯聚合物等。此外，还可以使用纤维素，如甲基纤维素和羧甲基纤维素，以及聚乙烯类材料，如聚乙烯醇等。
阳极702包括至少一种阳极活性材料，和一个阳极收集器。该阳极活性材料可以包括一种能够吸收锂并能够释放所述锂的材料，该材料不溶解于可再充电锂电池使用的电解溶液，对可再充电锂电池使用的电解溶液稳定。这种阳极活性材料可以包括金属锂，含锂合金，如Al-Li合金，Pb-Li合金，Sn-Li合金等。此外，还有金属氧化物，如TiO2和V2O5；这些氧化物的锂化合物；含有一种能够与锂成为合金的金属(Sn或Si)和一种不能够与锂成为合金的金属(Fe，Co，或Ni)的合金，如Sn-Fe合金，Sn-Co合金，Si-Fe合金，以及Si-Ni合金；以及含碳材料，如非结晶碳和石墨。
可以通过在一个收集器上使用这种阳极活性材料，如果必要，可以增加一种适当的导电助剂或／和一种适当的粘结剂，来形成一层阳极活性材料层，从而制备阳极702。该阳极活性材料层可以形成在该收集器的一侧或者对侧。
阳极内使用的收集器用来有效地供应消耗的电流，或者收集充电或放电时电极反应产生的电流。在该连接中，该收集器由一种不能与锂构成合金的、导电性能良好、在电池反应时不起作用的材料构成。
构成阳极收集器的这种材料可以包括金属，如铜，钛和镍，以及这些金属的合金，如不锈钢。该收集器可以是片形，网形，海绵状的多孔型，膨胀金属形，或者打孔金属形。
如果必要，在阳极成型时使用的导电助剂可以包括导电性能良好，不溶解于可再充电电池使用的电解质溶液，对可再充电电池使用的电解质溶液稳定的导电材料。这种导电材料的具体实例是含碳材料，如粉状石墨结构碳等，粉状金属材料，如铜粉，铝粉，钛粉等。
作为一种必要时在形成阳极时使用的粘结剂，优选使用一种具有粘结性能的有机聚合物，它不溶解于可再充电锂电池使用的电解质溶液，对可再充电锂电池使用的电解质溶液稳定。作为这种有机聚合物的一个具体优选实例，可以使用氟树脂，如聚(1，1-二氟乙烯)，四氟乙烯聚合物等。此外，还可以使用纤维素，如甲基纤维素和羧甲基纤维素，以及聚乙烯类材料，如聚乙烯醇等。绝缘体701设置绝缘器701是为了使阴极602和阳极702电绝缘，绝缘器必须使锂离子自由通过。至于绝缘器701，可以使用一个隔膜，该隔膜中保留有一种通过将给定电解质(给定的支持电解质)溶解于适当溶剂中而制备的电解质溶液。在这种情况下，该隔膜充当一个离子导体。
此外，绝缘器701可以具有一个包括一种固体电解质或者一种固化电解质的离子导体。在这种情况下，所述的固体电解质或者所述的固化电解质能够被隔膜保留。
在使用隔膜的情况下，隔膜必须具有一种能够允许电解离子通过的多孔结构，还必须不溶解于电解质溶液，对电解质溶液稳定。
因此，该隔膜必须包括一种满足上述要求的组件。这样一种组件可以是，例如，非织布，或者具有微孔结构的隔膜，由聚烯制成，这种聚烯是聚丙烯和聚乙烯等。此外也可以使用包括含有多个微孔的两个或两个以上的这些元件的复合元件。
该电解质溶液包括一种溶解于给定溶剂的给定电解质。该电解质可以包括锂六氟磷酸盐，锂四氟磷酸盐，和四氟硼酸盐。该溶剂可以包括丙烯碳酸酯，乙烯碳酸二乙酯，碳酸甲乙酯，和γ-丁内酯。
该固化的电解质可以包括那些通过将上述任何一种电解质溶解于上述任何一种溶剂而制备一种电解质溶液，以及利用一种胶化剂来固化该电解质溶液，来胶化所述的电解质溶液而获得的固化电解质。至于这种胶化剂，可以使用一种从聚环氧乙烷，聚丙烯腈，和聚乙烯亚胺中选出的聚合物。
该固体电解质可以包括β-氧化铝，氧化银，以及碘化锂。
至于在制备电池主体时，阴极、阳极和离子导体(具有隔膜(最终由电解质溶液浸透)，固体电解质，固化电解质，或者隔膜(不被电解质溶液浸透)和固体电解质或固化电解质的合并件)的配置，可以采用一种使阳极和阴极交替通过离子导体叠置的结构，或者采用一种使阳极和阴极通过平板形的离子导体缠绕的结构。在使用具有隔膜(最终由电解质溶液浸透)的离子导体的情况下，平板形缠绕构造是必须的。在使用具有固体电解质或者固化电解质的离子导体的情况下，叠层构造是必须的。
绝缘膜703覆盖电池主体700的绝缘膜703必须具有一种耐溶剂的绝缘有机材料。这种有机材料可以包括聚乙烯，聚丙烯，聚对苯二甲酸乙二酯，聚酰亚胺，和氟树脂。
该绝缘膜703优选具有的厚度为10μm-50μm。
图8是具有图7中所示的这种外形的一个电池主体的本发明可再充电锂电池的俯视平面图，表示所述可再充电锂电池的顶表面形状。
在图8中，附图标记101代表一个上密封元件(对应于图7中的密封元件101a)。附图标记802代表一个电池主体(对应于图7中的电池主体700)。附图标记601代表一个从电池主体802的阴极延伸出的阴极引线部分(对应于图6中的阴极引线部分601)。附图标记801代表一个从电池主体802的阳极延伸出的阳极导线部分。附图标记105代表一个设置了一个内部压力释放口301，一个阴极功率输出端104和一个阳极功率输出端106的绝缘部分(见图4或图5)。阴极引线部分601通过阴极功率输出端引线403与阴极功率输出端104电连接，阳极引线部分801通过阳极功率输出端引线404与阳极功率输出端106电连接。
绝缘部分105含有一种具有良好物理性能，能够耐溶剂，并且不容许水分通过的绝缘塑料材料。这种绝缘塑料材料的具体实例是聚乙烯，聚丙烯，聚对苯二甲酸乙酯，和氟树脂。
如上所述，内部压力释放口301可以在形成具有一个阴极功率输出端104和一个阳极功率输出端106的绝缘部分105时整体成型。
现在，当电池主体802[包括阴极，阳极，绝缘器(含有离子导体)]装入构成电池盒(防护盒)的密封元件101内时，要使电池主体802与密封元件101绝缘，以便电池主体802不直接与密封元件101接触。可以通过先在电池主体802上覆盖由聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙酯、聚丙烯或聚乙烯制成的绝缘膜的方法；以及一种先用一层绝缘塑料膜构成密封元件101内表面的方法；或者一种先在密封元件101内表面涂敷一种绝缘塑料膜的方法，来达到这个目的。
可以制备一种具有上述构造的可再充电锂电池，例如，以下述的方式制备。
例如，在图4所示的构造中，首先在上密封元件101(对应于图7中的密封元件101a)的凹入部分102(具有深度201的对称梯形横截面)的预定位置处将阴极功率输出端104和阳极功率输出端106嵌入绝缘部分105。接着将覆盖一层绝缘塑料膜的电池主体802设置在所述凹入部分102内，其中电池主体802的阴极引线部分601通过激光束焊接、电阻焊接或者超声波焊接与阴极功率输出端104连接，电池主体802的阳极导线部分801也通过激光束焊接、电阻焊接或者超声波焊接与阳极功率输出端106连接。接着，具有凹入部分102的下密封元件101b(具有深度201的对称梯形横截面)与上密封元件101a配合，以便密封元件101b的凹入部分102的对称梯形空间与密封元件101a的凹入部分102的对称梯形空间(电池主体802设置在其中)彼此相对。配合在一起的密封元件101a和密封元件101b的两个周边环形部分103(见图7)相互焊接。这样，就制备了一种薄型可再充电锂电池。
顺便说一句，已经考虑了一种使用上述粘结剂联结两个周边环形部分103的方法。具体地说，在可再充电锂电池使用于周围环境保持正常温度的情况下，能够在制备可再充电锂电池时，使用适当的粘结剂联结两个周边环形部分103。但是，在可再充电锂电池使用于比周围环境温度高或者低的情况下，使用一种粘结剂联结两个周边环形部分103是不合适的，原因是粘结剂的膨胀系数与周边环形部分的膨胀系数不同，粘结剂和周边环形部分之间的粘结性能有下降的趋势，使得水分容易进入电池内部，导致电池性能恶化。
另一方面，在两个周边部分103通过激光束焊接而联结的情况下，两个周边环形部分的将要相互连接的部分以均匀状态被熔融和联结。在这种连接中，所制备的薄型可再充电锂电池具有严密的密封结构，足以承受周围环境的变化，包括温度的大幅度变化，并且其持久性和可靠性提高了。
图9表示装有本发明可再充电锂电池的一个蜂窝电话实例的示意图。在图9中，附图标记901代表本发明的可再充电锂电池，附图标记902代表一个蜂窝电话。如图9所示，可再充电锂电池901装于蜂窝电话902中，以便可再充电锂电池901的密封元件的外部构成蜂窝电话902的防护盒部分。在这种情况下，为了使可再充电锂电池901的密封元件外侧与蜂窝电话902的防护盒部分匹配，以便在它们之间不会出现外部差别，必须贴附一种适当的塑料材料或者标签，或者在可再充电锂电池901外部涂敷涂料。因为本发明的可再充电锂电池具有足够的物理强度，不进行防护盒强化处理，因此可以使用本发明的可再充电锂电池。另一方面，在蜂窝电话内安装具有一层层压膜的防护器的传统可再充电电池的情况下，由于具有层压膜的防护器物理性能不好，所以必须对防护器进行强化处理。
下面将参照实例详细描述本发明。显然，这些实例只用来解释本发明，本发明不受这些实施例的限制。
实例1在该实例中，以下述方式制备了一种具有如图1-4所示构造的薄型可再充电锂电池。1、阴极的制备90份重量的作为阴极活性材料的LiCoO2，5份重量的作为一种导电助剂的天然石墨，5份重量的作为粘结剂的偏氟乙烯混合，制备一种混合物。该混合物与50份重量的作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮混合，制备一种粘度为3000cps的浆糊。该浆糊被涂敷在厚度为20μm的作为收集器的铝箔对侧，接着进行干燥，在铝箔的每一侧面形成一层覆盖层。
对上面制备的产物进行压制，制备一种厚度为200μm的元件，该元件包括夹在都作为阴极活性材料层的两层之间的铝箔。分割这样制备的元件，制备六个52mm×70mm的阴极，这六个阴极形成六个使用的电池单元的构件，每一个电池单元都具有一个下面将要描述的夹在制备的电池主体阴极和阳极之间的隔膜。2、阳极的制备将95份重量的作为阳极活性材料的石墨，5份重量的作为粘结剂的聚偏氟乙烯混合，制备一种混合物。该混合物与60份重量的N-甲基-2-吡咯烷酮混合，制备一种黏度为2000cps的浆料。该浆料涂敷在厚度为12μm的作为收集器的铜箔对侧，接着进行干燥，由此在铝箔的每一侧面形成一层覆盖层。
将上面制备的产物进行压制，制备一种厚度为180μm，该元件包括夹在都作为阳极活性材料层的两层之间的铜箔。分割这样制备的元件，制备七个52mm×70mm的阳极，这七个阳极形成六个使用的电池单元的构件，每一个电池单元都具有一个下面将要描述的夹在制备的电池主体阴极和阳极之间的隔膜。3、电池主体的制备(1)对于在上述步骤1制备的六个阴极中的每一个，除去两个阴极活性材料层的每个材料层的一部分，暴露出收集器(铝箔)，将一个作为阴极引线的宽5mm、厚50μm、长5mm的铝条焊接于收集器的暴露部分。
(2)对于在上述步骤2制备的七个阳极中的每一个，除去两个阳极活性材料层中的每个材料层的一部分，暴露出收集器(铜箔)，将一个作为阳极导线的宽5mm、厚50μm、长5mm的铜条焊接于收集器的暴露部分。
(3)将在上述步骤2制备的七个阳极和在上述步骤1制备的六个阴极经含有一层聚乙烯多孔膜的隔膜交替叠置，该多孔膜有数个微孔，隔膜每次具有53mm×71mm的尺寸，以便阳极可以装在电池主体最外侧，从而制备了一个叠层式电池主体。为使电池主体与容纳电池主体的电池盒(一个防护盒)绝缘，将作为绝缘膜的大小为53mm×71mm、厚为25μm的聚丙烯膜固定于电池主体的相对外侧。4、密封元件的制备通过使用一个模具深拉，加工一块厚0．15mm的不锈钢板，制备出两个密封元件(101a和101b，见图1)，其中每一个元件都具有如图2所示的横截面形状。具体地说，置备出一个长方形的盘状密封元件(a)和一个长方形的盘状密封元件(b)，每一个密封元件都具有一个凹入部分，以便具有一个大体上为对称梯形的横截面，和一个包围所述凹入部分的的平面周边环形部分，所述的凹入部分具有一个长度为85．2mm、宽度为53．2mm长方形底，和一个长度为86mm、宽度为54mm的长方形开放顶部，所述平面周边环形部分宽为2mm，作为所述凹入部分的所述对称梯形深1．65mm(对称梯形的垂直长度)，作为所述凹入部分的所述对称梯形倾斜角度为15°(202，见图2)。以下将密封元件(a)的周边环形部分称为“周边环形部分(a-i)”，将密封元件(b)的周边环形部分称为“周边环形部分(b-i)”。5、可再充电电池的置备(1)．对于在步骤4中制备的密封元件(a)，在凹入部分的一个给定端部设置有一个大小为12mm×10mm的开口。在由所述开口建立的在密封元件(a)的凹入部分的空间内，使用一个具有一个模具的夹具，将熔融的聚丙烯材料引入，将作为阴极功率输出端的厚度为150μm的镍板(i)和作为阳极功率输出端的厚度为150μm的镍板(ii)分别插入所述熔融的聚丙烯材料中，接着冷却。这样，在由所述开口建立的在密封元件(a)的凹入部分的空间内，形成了一个阴极功率输出端[具有镍板(i)]和阳极功率输出端[具有镍板(ii)]间隔设置的绝缘部分(含有聚丙烯材料)，以便输出端的端部分别从位于凹入部分开口内的上表面裸露于外，它们的其余端部从位于凹入部分内的绝缘部分的下表面裸露于外。这里，阴极功率输出端和阳极功率输出端以及它们裸露端部都通过绝缘部分与密封元件(a)电绝缘。
(2)．将上述步骤3中制备的电池主体设置在密封元件(a)的凹入部分的剩余空间内，其中电池主体的阴极引线(包括该铝条)也利用超声焊接一起固定于从绝缘部分下侧表面裸露出的阴极功率输出端，电池主体的阳极导线(包括该铜条)也利用超声焊接固定于从绝缘部分下侧表面裸露出的阳极功率输出端。然后，往电池主体中加入电解质溶液，该电解质溶液是通过在以相等的混合比将丙烯硝酸盐和二甲基硝酸盐混合而制备的一升溶液中溶解1M(摩尔／升)六氟磷酸锂而制备的，以便用电解质溶液浸透电池主体的隔膜。
然后，使密封元件(b)与密封元件(a)配合，以便密封元件(b)的对称凹入部分和密封元件(a)的对称凹入部分(其中含有电池主体和绝缘部分在内)匹配，彼此相对，制备成一个具有密封元件(a)和密封元件(b)的电池盒体，其中电池主体封装在电池盒中，该电池盒体有一个包括相互配合的周边环形部分(a-i)和周边环形部分(b-i)的周边环形部分。
(3)．将上述(2)中制备的电池盒置于X-Y工作台上，该工作台可以自由地在X轴方向移动，也可以在Y轴方向上移动，同时通过一个保持夹具保持电池盒的周边环形部分[包括周边环形部分(a-i)和周边环形部分(b-i)]，在推动X-Y工作台的同时，利用一个YAG激光焊接机，以1．4J的能量，2m·秒的脉冲辐射时间，1pps的脉冲频率(每秒的脉冲)，以2mm的间距，间歇焊接构成电池盒的周边环形部分的周边环形部分(a-i)和周边环形部分(b-i)。然后，拆下该保持夹具，在以2．0mm／秒的移动速度推动X-Y工作台时，以1．4J的能量，2m·秒的脉冲辐射时间，以及25pps的脉冲频率，对周边环形部分(a-i)和周边环形部分(b-i)整个进行焊接，从而使构成电池盒体的周边环形部分的周边环形部分(a-i)和周边环形部分(b-i)被充分焊接，从而严密密封电池盒体的周边环形部分。
因此，就制备了一种薄型可再充电锂电池。
这样，就制备了六个薄型可再充电锂电池。
实例2除了按下述步骤制备实例1中步骤2的阳极外，重复实例1的步骤，以便制备五个薄型可再充电锂电池。
阳极的制备将60份重量的作为阳极活性材料的平均粒度为3μm的锡粉材料与5份重量的作为粘合剂的羧甲基纤维素混合，制备一种混合物。该混合物与作为溶剂的35份重量的去离子水混合，制备一种粘度为2000cps的浆料。将该浆料涂覆在作为收集器的厚度为12μm的铜箔对侧，接着将其干燥，从而在铝箔的每一个对侧形成一层涂覆层。所制备的产物经过压制，制备一个厚度为180μm的元件，该元件包括夹在都作为阳极活性材料层的两层之间的铜箔。切分所制备的元件，制备七个尺寸为52mm×70mm的阳极，这些阳极形成六个电池单元使用的构件，在电池主体的制备中，每一个电池单元都具有一个夹在一个阳极和一个阴极之间的隔膜。
实例3
除了不使用隔膜和电解质溶液，及除了如下所述的那样在每一个阴极的表面和每一个阳极的表面设置一层固化电解质材料层外，重复实例1中的步骤，制备5个薄型可再充电锂电池。
混合70份重量的甲氧基聚乙二醇单丙烯硝酸盐和30份重量的聚乙二醇二金属丙烯酸盐，制备一种混合物，所制备的混合物与通过在以相等的混合比将碳酸亚乙酯和二甲基乙烷混合而制备的一升混合溶剂内溶解1M(摩尔／升)六氟磷酸锂所制备的400份重量的电解质溶液，和0．3份的2，2-二甲氧基乙烷-2-对苯基苯乙酮混合后制备一种涂覆液体，将该涂覆液体涂覆在按照实例1中步骤1的方法制备的六个尺寸为52mm×70mm每一个阴极的相对表面以及涂覆在按照实例1中步骤2的方法制备的七个尺寸为52mm×70mm的阳极中每一个阳极的表面上，然后进行紫外线照射，从而在六个阴极中每一个阴极的相对表面和七个阳极中每一个阳极的表面上涂覆了一层厚12．5μm[该厚度等于实例中所用聚丙烯多孔膜隔膜厚度(25μm)的一半]的固化电解质材料层。
其余步骤按照实例1中的进行。
实例4除了下面一点外，重复实例1的步骤，制备五个薄型可再充电锂电池。
在实例1的步骤5-(2)中，当电池主体的阴极引线(具有铝条)都通过超声焊接固定于从绝缘部分下侧表面伸出的阴极功率输出端上时，利用超声焊接在50μm厚的金属镀件的镍层侧焊接阴极功率输出端，利用超声焊接在铝层侧焊接阴极引线(具有铝条)，将具有一层铝层和一层叠置镍层的金属镀件固定于阴极功率输出端。
其余步骤按照实例1中的进行。
对照实例1在该对照实例中，按照下述方式制备了一种具有如图11所示结构的薄型可再充电锂电池。
重复实例1中步骤1-3中的方法，制备一个电池主体(1100)。
利用一个模具，通过深拉的方法加工一块厚0．5mm的不锈钢板，制备成一个电池盒(1105)。
将上述电池主体(1100)装入电池盒(1105)。接着，如图11所示，将一个由不锈钢制成的厚0．1mm的热屏蔽元件(1106)设置在电池主体(1100)上。然后，把在以相等的混合比混合丙烯硝酸盐和二甲基硝酸盐所得到的一升混合溶剂中溶解1M(摩尔／升)六氟磷酸锂而制备的电解质溶液注入电池盒(1105)，用该电解质溶液浸透电池盒(1105)的隔膜(1103)。
接着，将一个一端有一个开口的罩盖(1104)套在该电池主体(1105)上，使用YAG激光焊接机将罩盖(1104)与电池盒(1105)焊接在一起。
在上述步骤中，可以通过罩盖(1104)的端部开口独立地取出电池主体(1100)的阴极引线和阳极导线。通过罩盖(1104)的端部开口取出电池主体(1100)的阴极引线和阳极导线，形成一对功率输出端。为了使这些输出端与电池盒绝缘，可以对输出端喷涂一种聚乙烯树脂。
因此，制备了一种具有如图11所示结构的薄型可再充电锂电池。
这样，制备了六个薄型可再充电锂电池。
对照实例2除了按照实例2的方法制备电池主体(1100)的阳极外，重复对照实例1的步骤，制备五个薄型可再充电锂电池。
对照实例3除了不使用隔膜和电解质溶液，并按照实例中的方法在每一个阴极的每一个相对表面和每一个阳极的每一个相对表面设置固化电解质材料层外，重复对照实例1的步骤，制备五个薄型可再充电锂电池。
对照实例4除了不使用热屏蔽元件外，重复对照实例1的步骤，制备六个薄型可再充电锂电池。
评价1、对于实例1-4和对照实例1-4中每一例制备的五个薄型可再充电锂电池，根据下述方式对电池性能进行评价。
使用一个充电-放电系统BT-2043(由Arbin Instrument制造)对每一个薄型可再充电锂电池进行下述的充电和放电循环试验。这是一个进行3小时的恒流充电循环，这种充电方式在1A的恒定电流下进行，直到电池电压达到4．2V，以及一个给定的电流流过，以便保持所述的电压；采用10分钟的暂停；在电池电压达到2．5V之前，一直以1A的电流放电；采用10分钟的暂停时间，暂停重复多次，其中测量电池内部短路(在阴极和阳极之间)时充电和放电循环重复的数目。
该评价结果集中表示在表4中。具体地说，在表格中，表示出了在每一种情况下测试电池内部短路时充电和放电循环重复的次数。表中的数字是在预定的充电和放电循环之后，出现内部短路的可再充电锂电池的总数。
从上述评价结果中，已经发现了下面的事实。就是，对于实例1-4中每一个实例中制备的所有五个可再充电锂电池，即使在充电和放电循环重复500次时也不会出现内部短路。至于对照实例2中制备的可再充电锂电池，其中有两个在第100次循环之前出现内部短路，而所有的电池在第200次循环之前都出现内部短路。在对照实例1和3中制备的可再充电锂电池没有象对照实例2的情况那样坏，但是都是在第400次循环之前出现内部短路。通过分解这些可再充电锂电池，来测试这些可再充电锂电池。结果，发现作为离子导体(或绝缘器)的这些隔膜或者这些固化电解质材料层在每一种情况下都被部分损坏。其原因被认为是因活性材料(阴极活性材料或／和阳极活性材料)体积膨胀，对热屏蔽板施加了应力。
表1
2．采用上述充-放电系统BT-2043按照下述方式评价实例1、对照实例1、对照实例4中制备的各个可再充电锂电池。
对每一个可再充电锂电池进行3小时的恒流充电，在该充电方式中，充电在1A的恒定电流下进行，直到电池电压达到4．2V，以及给定的电流流过，以便保持所述电压。然后，在测量电池电压时，通过一个油压机对电池全部表面加压，其中测量在电压突然下降时的负载。
结果，对于实例1中制备的可再充电锂电池，在负载达到49Mpa之前，电压没有出现突然下降。另一方面，对于对照实例1中制备的可再充电锂电池，在负载达到4．9Mpa时，电压出现突然下降，对于对照实例4中制备的可再充电锂电池，甚至在负载达到0．98Mpa时，电压已经出现突然下降。从上述评价结果中，可以发现本发明的可再充电锂电池具有极好的耐负荷性。
实例5除了密封元件(b)由不带有凹入部分的长方形平板不锈钢密封元件代替，其厚度为0．15mm，长度为88mm，宽度为56mm外，并且具有一个对应于密封元件(a)的宽为2mm的环形部分(a-i)的周边环形部分外，重复实例的步骤，制备六个薄型可再充电锂电池。
按照上述评价1中相同的方式评价这五个可再充电锂电池。结果是，即使在充电和放电循环重复达到500次时，所有这些可再充电锂电池都不出现内部短路。
以与上述评价2中相同的方式评价剩下的的可再充电锂电池。结果是，直到负荷达到30Mpa，电池电压也不会出现突然下降。
权利要求
1.一种可再充电锂电池，具有一个电池主体，该电池主体至少包括一个阴极，一个阳极，以及一个封闭在一对密封元件(a)和密封元件(b)之间的离子导体，至少所述的密封元件(a)具有一个凹入部分，所述凹入部分从所述密封元件(a)的中央位置延伸到所述密封元件(a)的任何一侧，以便具有一个包围所述凹入部分的周边部分，所述的两个密封元件(a)和(b)彼此相对布置，以便密封元件(a)的凹入部分的表面通过所述电池主体面对密封元件(b)，其特征在于，所述密封元件(a)有一个位于所述凹入部分的所述周边部分的周边环形部分(a-i)，所述密封元件(b)在对应于所述密封元件(a)的所述周边部分区域有一个周边环形部分(b-i)，其中所述周边环形部分(a-i)和所述周边环形部分(b-i)相互焊接，或者所述密封元件(a)，或者所述密封元件(b)设置有一个与所述电池主体电连接的功率输出端，和一个用于使所述的功率输出端绝缘的绝缘部分。
2.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中所述密封元件(b)也具有一个凹入部分，所述凹入部分从所述密封元件(b)的中央位置延伸到所述密封元件(b)的任何一侧，以便具有一个包围所述凹入部分的周边部分，所述周边部分包括所述周边环形部分(b-i)。
3.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中所述密封元件(a)和所述密封元件(b)都主要包括从由不锈钢材料，镍材料，镀镍的铁材料，铝材料和铜材料构成的一组材料中选出的一种或者多种金属材料。
4.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中所述周边环形部分(a-i)和所述周边环形部分(b-i)都具有0．5mm-3．0mm的宽度。
5.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中所述密封元件(a)的所述凹入部分具有大体上为对称梯形的横截面。
6.如权利要求5所述的可再充电锂电池，其中作为所述凹入部分的所述对称梯形具有5°-45°的倾斜角度。
7.如权利要求2所述的可再充电锂电池，其中所述密封元件(b)的所述凹入部分具有大体上为对称梯形的横截面。
8.如权利要求7所述的可再充电锂电池，其中所述凹入部分的所述对称梯形具有5°-45°的倾斜角度。
9.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中所述功率输出端包括一个与所述电池主体的所述阴极电连接的阴极功率输出端，及一个与所述电池主体的所述阳极电连接的阳极功率输出端。
10.如权利要求9所述的可再充电锂电池，其中所述阴极功率输出端和所述阳极功率输出端位于所述密封元件(a)的所述凹入部分内，至多距所述凹入部分圆周表面15mm。
11.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中至少所述密封元件(a)具有一个由塑料材料构成的区域。
12.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中至少所述密封元件(a)或者所述密封元件(b)具有一个内部压力释放口。
13.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中所述内部压力释放口包括一个具有一个薄膜、一个橡皮塞或一个弹簧的塞子。
14.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中一个内部压力释放口设置在所述绝缘部分内。
15.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中所述绝缘部分包括一种塑料材料。
16.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中所述绝缘部分具有一种塑料材料，一个内部压力释放口设置在所述绝缘部分内，所述内部压力释放口具有一个由构成所述绝缘部分的塑料材料制成的薄膜的塞子。
17.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中所述功率输出端包括一个与所述电池主体的所述阴极电连接的阴极功率输出端，和一个与所述电池主体的所述阳极电连接的阳极功率输出端，至少所述的阴极具有一个阴极引线部分，所述阴极功率输出端通过一个含有一种金属镀件的阴极功率输出导线与所述阴极引线部分连接。
18.如权利要求17所述的可再充电锂电池，其中所述金属镀件含有一种材料，该材料从镍材料、钛材料或铜材料，或者一种含有作为构成所述阴极功率输出端的主要成分的一种元素的材料，以及一种含有构成所述阴极引线部分的一种主要成分的一种元素的材料组中选出。
19.如权利要求1所述的可再充电锂电池，其中所述电池主体的所述阳极具有一个含有能够与锂成为合金的材料的阳极活性材料。
20.制备可再充电锂电池的方法，包括步骤提供一个电池主体，该电池主体至少具有一个阴极，一个阳极，和一个离子导体，一个具有凹入部分和周边环形部分(a-i)的第一密封元件(a)；所述凹入部分周围为周边部分，所述周边环形部分在所述凹入部分的周边部分上，以及具有一个位于对应于所述第一密封元件(a)的所述周边部分区域的一个周边环形部分(b-i)的第二密封元件，将所述电池主体设置在所述第一密封元件(a)的所述凹入部分内，使所述第一密封元件(a)与所述第二密封元件(b)彼此相对配置，以便所述第一密封元件(a)的所述凹入部分的表面通过所述电池主体与所述第二密封元件(b)相对，及使所述第一密封元件(a)的所述环形部分(a-i)与所述第二密封元件(b)的所述环形部分(b-i)相互焊接。
21.如权利要求20所述的方法，其中作为所述第二密封元件(b)使用了一种具有一个凹入部分，该凹入部分带有一个包围所述凹入部分的周边部分，和一个位于所述凹入部分的所述周边部分的周边环形部分的密封元件。
22.如权利要求20所述的方法，其中包括步骤设置一个与所述电池主体串联的具有一个阴极功率输出端和一个阳极功率输出端的功率输出端，及一个在所述密封元件(a)的所述凹入部分内，用来与所述功率输出端绝缘的绝缘部分。
23.如权利要求20所述的方法，其中利用激光束焊接，电子束焊接，电阻焊接，或者超声焊接，将所述周边环形部分(a-i)与所述周边环形部分(b-i)进行相互焊接。
24.如权利要求22所述的方法，其中设置所述的绝缘部分，来盖住所述功率输出端的周围，设置一个金属部分，用于包围所述的绝缘部分，所述的金属部分通过焊接固定于所述第一密封元件(a)上。
25.如权利要求22所述的方法，其中所述绝缘部分与所述阴极功率输出部分和所述阳极功率输出部分形成为一体。
全文摘要
一种薄型可再充电锂电池,具有一个封闭在一对密封元件(a)和密封元件(b)内的电池主体,至少密封元件(a)具有一个凹入部分,从密封元件(a)的中央位置延伸到密封元件(a)的任何一侧,以便具有一个包围凹入部分的周边环形部分(a－i),密封元件(b)在对应于密封元件(a)的周边环形部分(a－i)区域有一个周边环形部分(b－i)的两个密封元件(a)与密封元件(b)彼此相对,以便密封元件(a)的凹入部分的表面通过电池主体与密封元件(b)相对,其中周边环形部分(a－i)和周边环形部分(b－i)相互焊接。
文档编号H01M2/02GK1291797SQ00134239
公开日2001年4月18日 申请日期2000年9月30日 优先权日1999年9月30日
发明者川上总一郎, 小仓孝夫 申请人:佳能株式会社