专利名称：制造锂电池的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造锂电池的方法，所述的锂电池包括由负电极、隔膜、和正电极组成的堆体，该方法包括将负电极材料施加在负电极的电流收集器上，形成负电极，将正电极材料施加在正电极的电流收集器上，形成正电极，将隔膜配置在负电极和正电极之间，本发明的方法包括下列步骤a)在负电极上形成孔的图案；b)在正电极上形成孔的图案；将聚合材料施加到堆体上，使聚合材料渗入孔中，利用这些孔将负电极、正电极、和隔膜固定，并压制在一起。
由于轻型、手提式无线的消费品，例如CD机、移动电话、膝上式计算机、和摄象机的市场在扩大，所以对高密度电池的需求在增加。特别是需要非常薄的适应性强的电池，为了提供受欢迎的轻便性能，在所述消费品中包含的电池应以最小的重量和体积提供必要数量的能量。对于在电池中使用，锂是非常有利的材料，在这些电池中，要求在最小的重量下具有高能量密度。然而，电池越薄，越难施加保持电池相应部件之间具有足够接触所需的压力。
从公报号为00/04601的国际专利中请中，得知一种根据本序言的制造锂电池的方法。
采用所述方法制备的锂电池，具有薄而适应性强的形状，同时还能提供非常高的能量密度。而且，以一种非常有效的方式获得和保持电极和隔膜之间的接触。可将电池封装在薄壁的密封外壳中，因密封外壳的壁不需对电池的相应部件保持足够的压力。在根据国际专利申请00/04601的一种方法中，将一种聚合材料膜施加在堆体的两侧上，使所述的聚合膜受热和受压。其结果是，聚合材料发生熔融，并渗入孔中。采用所述的方法制造电池，在堆体两侧具有聚合膜，以及在每个孔中有起塞或铆钉作用的聚合材料，并将一些相应的层固定，使这些层结合在一起。
为了保持隔膜的热熔合功能，一般采用可低温处理的聚合物。这些聚合物在较高的温度下时常没有足够的机械性能。
本发明的一个目的，是提供一种序言中所述的制造锂电池的方法，采用这种方法制造电池具有聚合物的改进的热和机械性能。
为此目的，根据序言所述制造锂电池的方法，其特征在于，在步骤c)以后，采用高能辐照处理聚合材料。
采用高能辐照处理聚合材料，使聚合材料发生交联，交联能增强其在较高温度下的机械性能。
在一个具体的实施方案中，高能辐照包括电子束辐照。在另一个优选的实施方案中，辐照是采用γ-射线进行的。
当聚烯烃经过这些辐照以后，生成带电和受激的物质，它们导致下面所示自由基的生成带正电荷的分子 生成自由基 生成激发状态生成自由基 随后，所述的自由基能发生反应，形成下列所示的交联 所述的交联聚烯烃，在较高的温度下具有改善的机械强度。
为了促进交联，优选交联在不含氧的气氛中进行。在氮气氛或真空中照射是两种有利的情况。
在照射后，将试样加热到它们的熔融温度以上是有利的，以便使所有剩下的自由基发生反应，所以当其与氧接触时，试样不能发生任何降解。
交联使用的辐射能优选10-100keV。为使试样交联所需的剂量约几个Mrad(百万拉特)(1 Mrad＝10 Joul/g)。
在上述的方法中，对于必须渗入电极孔中的聚合材料，优选使用多孔的聚合材料，例如多孔聚乙烯。聚合材料优选具有弹性的。
可通过混合正、负电极的活性材料、导电材料、和粘合材料来制造电极材料，在干法过程中，这些材料全是粉末状的，在湿法过程中，还加入水或有机溶剂。
然后将所制的膏状混合物，涂覆在电流收集器上，干燥和压缩。为此目的，一般可以采用下列的涂覆方法之一进行丝网印制、辊涂、刮片涂、刀涂、挤压涂、棒涂、浸涂和辊压涂。在干燥以后，压缩覆层的厚度一般为1-1000μm。
在上述方法中，堆体的压制是在约110-150℃下，在加热的金属板之间进行短时间简单的加压完成的，压力为约5.104。这一操作也可以采用砑光辊进行。在加热以后，将堆体冷却到室温。加热和冷却也可以在具有特定形状的模具中进行，例如具有将要来安装电池的器具的形状。
采用与上述相同的方式，可在一个步骤中，将层的多层堆体结合在一起，从而制成提高容量或电压的电池。
在各种(无线)应用中，例如在笔记本个人计算机、袖珍CD机、手机、寻呼机、摄象机、电动剃须刀、电动工具、电动车辆、和助听器中，都可以使用本发明的锂电池。可以将锂电池用作原电池或蓄电池。
下面采用典型的实施方案更详细地说明本发明。典型实施方案将作为活性负极材料的6g粒度为10μm的石墨颗粒、4.5g羧甲基纤维素(1％的水溶液)、和作为粘合剂的0.5g苯乙烯丁二烯橡胶(在水中的60％分散体)混合，制备负电极材料混合物，将其制成膏剂，以覆层的形式施加在铜箔电流收集器的两个表面上。覆层的厚度为200μm。铜箔的厚度为14μm。膏状电流收集器在85℃下预干燥15分钟，在110℃下热处理3小时，然后压制，直至厚度达到110μm为止。将负电极剪切成2×2cm2的正方形。
将作为活性正电极材料的6g的LiCoO2、作为导电材料的0.18g乙炔黑、5g羧甲基纤维素(1％的水溶液)、和作为粘合剂的0.7g聚四氟乙烯(在水中的60％分散体)混合，制备正电极材料混合物，将其制成膏剂，以覆层的形式，施加在铝箔电流收集器的两个表面上。覆层的厚度为420μm。铝箔的厚度为20μm。膏状的电流收集器在85℃下预干燥15分钟，在250℃下热处理4小时，然后压制，直至厚度达到100μm为止。将正电极剪切成2×2cm2的正方形。
采用25μm厚的多孔聚乙烯箔作为隔膜。
负电极和正电极，每个都用机械穿孔制成孔图案。孔直径一般为约1mm。使孔形成二维阵列，孔的相互距离为5mm。
为了制造本发明锂电池，由负电极、隔膜、和正电极制成堆体。随后将聚合材料施加到堆体上，使所述的聚合物材料熔融——一般是通过加热和加压，从而渗入孔中，使负电极、正电极、和隔膜通过这些孔固定，并压在一起。可以以不同的方法施加聚合材料。在一个实施方案中，将聚合膜施加在堆体的两侧。另一种可能性是，采用注射成型方法注入聚合材料。在另一个实施方案中，隔膜是由聚合材料制成的；在堆被加热和加压时，所述的材料至少一部分会熔融，从而渗入电极的孔中。当然，施加聚合物的其它途径，也在本发明的范围内。
为了改善聚合材料的热和机械性能，采用高能辐射处理所述的材料。在这个实施例中，采用电子束照射聚合材料，辐射能为50keV，剂量为5 Mrad。为了增强辐照处理引起的交联作用，优选在不合氧的气氛中进行辐照。在辐照之后，将试样加热到聚合材料熔融温度以上的温度。通过这种加热处理，使剩下的自由基发生反应，在试样与氧发生接触后，能防止自由基降解。
在用高能辐照处理后，可在堆体上安装电极。
权利要求
1.一种制造锂电池的方法，所述的锂电池包括由负电极、隔膜、和正电极组成的堆体，该方法包括将负电极材料施加到负电流收集器上，形成负电极，将正电极材料施加到正电流收集器上，形成正电极，将隔膜配置在负电极和正电极之间，本发明的方法包括下列步骤a)在负电极上形成孔的图案；b)在正电极上形成孔的图案；c)将聚合材料施加到堆体上，使聚合材料渗入这些孔中，通过这些孔将负电极、正电极、和隔膜固定，并压在一起，其特征在于，在步骤c)以后，采用高能辐照处理聚合材料。
2.根据权利要求1的制造锂电池的方法，其特征在于，高能辐照包括电子束辐照。
3.根据权利要求1的制造锂电池的方法，其特征在于，高能辐照包括γ-射线辐照。
4.根据权利要求1的制造锂电池的方法，其特征在于，高能辐照处理基本上是在不含氧的气氛中进行的。
5.根据权利要求1的制造锂电池的方法，其特征在于，在高能辐照处理之后，至少将聚合材料加热到其熔融温度以上。
6.根据权利要求1的制造锂电池的方法，其特征在于，交联所采用的辐射能为10-100keV。
全文摘要
本发明公开一种制造锂电池的方法,所述的锂电池包括由负电极、隔膜、和正电极组成的堆体。在所述的方法中,在负电极和正电极上制成孔的图案,然后将聚合材料施加在堆体上,使聚合材料渗入这些孔中,利用这些孔将负电极、正电极、和隔膜固定,并压在一起。采用高能辐照处理聚合材料,以改进聚合物的热和机械性能。
文档编号H01M2/16GK1364324SQ01800415
公开日2002年8月14日 申请日期2001年2月28日 优先权日2000年3月6日
发明者R·A·M·希克梅特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司