專利名稱：鋰離子電池及鋰離子電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池及鋰離子電池的制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的鋰離子電池可分為卷繞式及層疊式兩類，其包括外殼體、封裝于外殼體內(nèi)的正極片、負(fù)極片、隔膜及電解液。該隔膜設(shè)置于正極片與負(fù)極片之間。該電解液充分浸潤(rùn)正極片、負(fù)極片及隔膜。所述正極片包括一正極集流體及形成于該正極集流體表面的正極材料層。所述負(fù)極片包括一負(fù)極集流體及形成于該負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料層。層疊式的鋰離子電池可包括多層交疊設(shè)置并通過隔膜間隔的正、負(fù)極片。為了減小鋰離子電池的厚度，正、負(fù)極片間的壓合較為緊密，從而造成了向正、負(fù)極片間注入電解液較為困難。正、負(fù)極片的面積越大，層疊的數(shù)量越多，電解液越難以注入。因此，為使電解液能夠滲透并充分浸潤(rùn)至正、負(fù)極片的中部，在制造的過程中通常需要將注入電解液后的鋰離子電池放置較長(zhǎng)時(shí)間。這一缺點(diǎn)在動(dòng)力大電池的制造過程中尤為明顯，注入電解液后的動(dòng)力大電池往往需要放置十幾小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間，大大影響了鋰離子電池的生產(chǎn)效率。 另外，這種緊密壓合的正負(fù)極片使充放電過程中鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體不易向外排出，影響鋰離子電池的循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種易于注入電解液且在使用過程中氣體易于排出的鋰離子電池及鋰離子電池的制備方法。一種鋰離子電池，其包括層疊并間隔設(shè)置的正極片及負(fù)極片，該正極片具有至少一第一通孔，該負(fù)極片具有至少一第二通孔，該第二通孔與該第一通孔位置對(duì)應(yīng)。一種鋰離子電池，其包括多個(gè)正極片及多個(gè)負(fù)極片，該多個(gè)正極片與多個(gè)負(fù)極片交替層疊并間隔設(shè)置，其中，該每個(gè)正極片具有多個(gè)第一通孔，該每個(gè)負(fù)極片具有多個(gè)第二通孔，該每個(gè)第二通孔都與一個(gè)第一通孔對(duì)應(yīng)?！N鋰離子電池的制備方法，其包括提供正極集流體及負(fù)極集流體；分別在該正極集流體及負(fù)極集流體表面均勻涂布正極材料層及負(fù)極材料層，形成正極片及負(fù)極片； 在正極片及負(fù)極片上形成位置對(duì)應(yīng)的通孔；以及將正極片及負(fù)極片封裝至一外部封裝結(jié)構(gòu)中。相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述鋰離子電池的正、負(fù)極片均具有通孔，使電解液易于從通孔中進(jìn)入并滲透至正、負(fù)極片中部，并且在充放電過程中，該鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體易于從通孔排出。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池的外部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
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圖3為圖2中沿III--III線的剖視示意圖。
圖4為正極片的通孔與負(fù)極片的通孔的配合示意圖。
主要元件符號(hào)說明
鋰離子電池100
正極片102
負(fù)極片104
隔膜106
外部封裝結(jié)構(gòu)108
正極集流體112
正極材料層122
負(fù)極集流體114
負(fù)極材料層124
極耳130
第一通孔132
第二通孔13具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的鋰離子電池及其制造方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請(qǐng)參閱圖1及圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供一種鋰離子電池100，其包括正極片102、負(fù)極片104、隔膜106、非水性電解液及外部封裝結(jié)構(gòu)108。該外部封裝結(jié)構(gòu)108將正極片102、 負(fù)極片104、隔膜106及非水性電解液封裝其間。該正極片102與負(fù)極片104層疊設(shè)置，并通過隔膜106相互間隔。該層疊的正極片102、負(fù)極片104及隔膜106相互貼合。可以理解，雖然圖1僅示出一正極片102及兩負(fù)極片104交疊的結(jié)構(gòu)，該鋰離子電池100可包括多個(gè)正極片102與多個(gè)負(fù)極片104交替層疊設(shè)置，每?jī)蓚€(gè)相鄰的正極片與負(fù)極片之間具有一隔膜。該正、負(fù)極片102，104的數(shù)量不限，正、負(fù)極片102，104可以分別為1層 100層或更多層，優(yōu)選為20層 50層。請(qǐng)參閱圖3，該正極片102包括一片狀的正極集流體112及形成于該正極集流體 112與所述負(fù)極集流體114相對(duì)的表面的正極材料層122。該負(fù)極片104包括一片狀的負(fù)極集流體114及形成于該負(fù)極集流體114與所述正極集流體112相對(duì)的表面的負(fù)極材料層 124。優(yōu)選地，該正極片102具有兩個(gè)正極材料層122分別形成在該正極集流體112兩個(gè)相對(duì)表面，該負(fù)極片104具有兩個(gè)負(fù)極材料層1 分別形成在該負(fù)極集流體114兩個(gè)相對(duì)表面。將所述正極片102與負(fù)極片104層疊設(shè)置后，該正極材料層122與負(fù)極材料層IM通過所述隔膜106間隔，并與所述隔膜106貼合設(shè)置。該正極集流體112及負(fù)極集流體114 還可分別具有一伸出正極材料層122及負(fù)極材料層IM外部的極耳130。該極耳130用于與鋰離子電池外部的電路電連接。當(dāng)多個(gè)正極片102與多個(gè)負(fù)極片104交替層疊設(shè)置時(shí)， 該多個(gè)正極集流體112的極耳相互重疊，該多個(gè)負(fù)極集流體114的極耳相互重疊，且該正極集流體112的極耳與該負(fù)極集流體114的極耳分開設(shè)置。該正極片102具有至少一第一通孔132，該負(fù)極片104具有至少一與所述第一通孔132相對(duì)應(yīng)的第二通孔134。該第一通孔132與第二通孔134為電解液提供流通通道，使正、負(fù)電極片102，104表面的電解液能夠流入正、負(fù)電極片102，104之間。優(yōu)選地，該正極片102與負(fù)極片104均具有多個(gè)基本均勻的分布在正、負(fù)極片102，104上的第一及第二通孔132，134。形成在正極片102上的第一通孔132使正極片102兩個(gè)相對(duì)的表面連通，形成在負(fù)極片104上的第二通孔134使負(fù)極片104兩個(gè)相對(duì)的表面連通。可以理解，該第一及第二通孔132，134的數(shù)量與正、負(fù)極片102，104的面積有關(guān)，當(dāng)鋰離子電池較小時(shí)，如正、負(fù)極片102，104的邊長(zhǎng)小于等于10厘米時(shí)，可僅在正極片102的中心形成一第一通孔132，并在負(fù)極片104的中心形成一與第一通孔132位置對(duì)應(yīng)的第二通孔134。由于該正、負(fù)極片102，104整體具有第一及第二通孔132，134，該正極材料層122、 正極集流體112、負(fù)極材料層IM及負(fù)極集流體114也具有通孔，且該正極材料層122的通孔與正極集流體112的通孔邊緣對(duì)齊，該負(fù)極材料層124的通孔與負(fù)極集流體114的通孔邊緣對(duì)齊。每個(gè)負(fù)極片104上的第二通孔134都與一個(gè)正極片102上的第一通孔132對(duì)應(yīng)。 亦即，正極片102上的第一通孔132的數(shù)量可以多于負(fù)極片104的第二通孔134的數(shù)量。優(yōu)選地，第一通孔132及第二通孔134數(shù)量相等。當(dāng)將正、負(fù)極片102，104層疊設(shè)置后，該正、 負(fù)極片102，104的相互對(duì)應(yīng)的第一及第二通孔132，134的軸線基本對(duì)準(zhǔn)。然而，該正、負(fù)極片102，104是先各自形成第一及第二通孔132，134后，再與所述隔膜106裝配在一起的，因此設(shè)置于所述正、負(fù)極片102，104之間的隔膜106為一完整結(jié)構(gòu)，并不具有類似于正、負(fù)極片102，104的第一及第二通孔132，134，從而防止正、負(fù)極片102，104之間的短路。該正、負(fù)極片102，104的第一及第二通孔132，1；34形狀不限、可以為圓孔、方空、菱形孔、三角形孔、多邊形孔或其組合。該正、負(fù)極片102，104相對(duì)應(yīng)的第一及第二通孔132， 134可以具有一致的形狀，例如當(dāng)正極片102上的第一通孔132為圓孔時(shí)，與該第一通孔 132對(duì)應(yīng)的負(fù)極片104的第二通孔134也為圓孔。該每個(gè)第一及第二通孔132，134的面積約為0. 001平方毫米 13平方毫米，每個(gè)第一及第二通孔132，134的邊長(zhǎng)或直徑約為50微米 4毫米。優(yōu)選地，該第一及第二通孔132，134為直徑1毫米 2毫米的圓孔。同一正、 負(fù)極片102，104上相鄰的兩個(gè)第一及第二通孔132，134軸線之間的間隔為1厘米 50厘米，優(yōu)選為5厘米。該多個(gè)第一及第二通孔132，134可按行及列排列形成陣列，或以正、負(fù)極片102，104的中心為圓心呈發(fā)散狀排列。該正、負(fù)極片102，104的開孔率優(yōu)選小于10%，更為優(yōu)選小于2%，如至1%。。較小的開孔率一方面可以確保正、負(fù)極集流體112，114表面能夠擔(dān)載更多活性物質(zhì)，避免影響電池容量；另一方面可以確保正、負(fù)電極集流體112，114 具有足夠的強(qiáng)度，不致由于擠壓而斷裂。請(qǐng)參閱圖4，該正極片102的第一通孔132的尺寸可以大于或等于所述負(fù)極片104 第二通孔134的尺寸。當(dāng)該通孔132，134為圓形孔時(shí)，該第一通孔132的直徑大于或等于第二通孔134的直徑。當(dāng)該通孔132，134為矩形孔時(shí)，該第一通孔132的邊長(zhǎng)大于或等于第二通孔134的邊長(zhǎng)。優(yōu)選地，該正極片102通孔132的尺寸大于所述負(fù)極片104第二通孔 134，從而為負(fù)極片104第二通孔134的位置留有余量，易于裝配。當(dāng)正、負(fù)極片102，104第一及第二通孔132，134的位置略有偏差而非精確對(duì)準(zhǔn)時(shí)，在垂直于所述正、負(fù)極片102，104 的方向上，該正極片102的第一通孔132包圍該負(fù)極片104的第二通孔134，使負(fù)極片104 的第二通孔134位于正極片102的第一通孔132的范圍內(nèi)，從而使整個(gè)正極片102的正極材料層122均對(duì)應(yīng)有負(fù)極片104的負(fù)極材料層124。由于正極材料層122含鋰，這種設(shè)置方式使從正極片102到負(fù)極片104的方向上，由于總有負(fù)極材料層124與正極材料層122相對(duì)應(yīng)，防止鋰離子直接以金屬鋰的形式析出，提高電池的安全性。優(yōu)選地，該正極片102第一通孔132的邊長(zhǎng)或直徑為該負(fù)極片104第二通孔134的邊長(zhǎng)或直徑的1. 5倍至2倍。本實(shí)施例中，該正極片102第一通孔132的邊長(zhǎng)或直徑為2毫米，該負(fù)極片104第二通孔134 的邊長(zhǎng)或直徑為1毫米。當(dāng)該鋰離子電池100包括多個(gè)正極片102及多個(gè)負(fù)極片104相互交疊時(shí)，該多個(gè)正、負(fù)極片102，104中的第一及第二通孔132，134的軸線均相互基本對(duì)準(zhǔn)， 或至少使所述負(fù)極片104的第二通孔134能夠位于所述正極片102的第一通孔132的范圍內(nèi)。該正、負(fù)極集流體112，114為金屬箔片，該正極集流體112可以為鋁箔或鈦箔，該負(fù)極集流體114可以為銅箔或鎳箔。該正、負(fù)極集流體112，114的厚度為1微米 200微米。 該正極材料層122包括均勻混和的正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。該負(fù)極材料層IM包括均勻混合的負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。該正極活性物質(zhì)可以為錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰或磷酸鐵鋰等，該負(fù)極活性物質(zhì)可以為天然石墨、有機(jī)裂解碳或中間相碳微球(MCMB) 等，該導(dǎo)電劑可以為乙炔黑或碳纖維等，該粘結(jié)劑可以為聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯 (PTFE)等?？梢岳斫?，該正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑也可采用其他常用的材料。該正極片102的整體厚度約為100微米 300微米，優(yōu)選為200微米。該負(fù)極片 104的整體厚度約為50微米 200微米，優(yōu)選為100微米。所述隔膜106可以為聚丙烯微孔性膜，所述電解液中的電解質(zhì)鹽可以為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰或雙草酸硼酸鋰等，所述電解液中的有機(jī)溶劑可以為碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯或碳酸二甲酯等?？梢岳斫?，所述隔膜106和電解液也可采用其他常用的材料。另外，所述電解液可以用固體電解質(zhì)膜或離子液體取代，當(dāng)該鋰離子電池具有固體電解質(zhì)膜時(shí)，該固體電解質(zhì)膜進(jìn)一步取代所述隔膜106，設(shè)置在所述正極材料層122與負(fù)極材料層IM之間。所述外部封裝結(jié)構(gòu)108可以為硬質(zhì)電池殼或軟封裝袋。所述130暴露于所述外部封裝結(jié)構(gòu)108之外，從而實(shí)現(xiàn)與外部電路的電連接。本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池的制備方法主要包括以下幾個(gè)步驟步驟一，提供正極集流體112及負(fù)極集流體114 ；步驟二，分別在該正極集流體112及負(fù)極集流體114表面均勻涂布正極材料層122 及負(fù)極材料層124，形成正極片102及負(fù)極片104 ；步驟三，在正極片102及負(fù)極片104上形成位置對(duì)應(yīng)的第一及第二通孔132，134 ； 以及步驟四，將正極片102及負(fù)極片104封裝至一外部封裝結(jié)構(gòu)108中。在上述步驟二中，可通過涂膜機(jī)對(duì)所述正、負(fù)極集流體112，114進(jìn)行涂膜。具體地，先將正極活性物質(zhì)及負(fù)極活性物質(zhì)分別與導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑溶液混合，形成正極漿料及負(fù)極漿料，再通過涂膜機(jī)將正、負(fù)極漿料分別涂布于正、負(fù)極集流體112，114表面并干燥， 形成正、負(fù)極材料層122，124。進(jìn)一步地，可通過壓膜機(jī)對(duì)涂布的正、負(fù)極材料層122，IM進(jìn)行壓實(shí)。在上述步驟三中，所述形成第一及第二通孔132，134的方法可以采用沖壓法或激光刻蝕法等方法。通過激光刻蝕法可形成尺寸較小的第一及第二通孔132，134。所述第一及第二通孔132，134是在形成正、負(fù)極材料層122,1 之后形成的，從而避免先單獨(dú)對(duì)正、負(fù)極集流體112，114開孔后再進(jìn)行涂布時(shí)產(chǎn)生的漿料滲漏或粘連使第一及第二通孔132，134 堵塞的情況。所述第一及第二通孔132，134是形成在正、負(fù)極片102，104對(duì)應(yīng)的位置，具體地，可通過定位裝置將大小相等的正、負(fù)極片102，104固定，并在相同的位置進(jìn)行打孔。當(dāng)所述鋰離子電池采用電解液或離子液體時(shí)，上述步驟四可進(jìn)一步包括(1)提供隔膜106，將正極片102與負(fù)極片104分別設(shè)置于所述隔膜106兩側(cè)并壓合；以及(2)通過所述第一及第二通孔132，134向正極片102及負(fù)極片104間注入電解質(zhì)， 并將所述正極片102、負(fù)極片104、隔膜106及電解質(zhì)封裝于所述外部封裝結(jié)構(gòu)108中。在上述步驟(1)中，可先將所述隔膜106鋪設(shè)于正極片102表面，再將所述負(fù)極片104覆蓋于隔膜106之上，在裝配的過程中，應(yīng)通過定位裝置使正極片102上的第一通孔 132與負(fù)極片104上的第二通孔134盡量對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)所述鋰離子電池包括多個(gè)正極片102及多個(gè)負(fù)極片104時(shí)，可反復(fù)多次的依次層疊所述正極片102、隔膜106及負(fù)極片104，形成多層結(jié)構(gòu)。層疊后的正、負(fù)極片102，104及隔膜106可通過壓膜機(jī)相互壓緊。在上述步驟⑵中，所述電解液通過所述通孔注入正、負(fù)極片102，104之間。由于所述正、負(fù)極片102，104具有第一及第二通孔132，134，通過所述第一及第二通孔132，134， 電解液可快速地流入正、負(fù)極片102，104之間，迅速浸潤(rùn)整個(gè)正極片102、負(fù)極片104及隔膜 106，提高了鋰離子電池的生產(chǎn)效率。所述正、負(fù)極片102，104的面積越大，尤其是在動(dòng)力大電池中，從通孔處注入電解液的效果越明顯。優(yōu)選地，該正、負(fù)極片102，104的面積可大于 400平方厘米。當(dāng)該正、負(fù)極片102，104為矩形時(shí)，該正、負(fù)極片102，104的邊長(zhǎng)可大于20 厘米，優(yōu)選為50厘米 100厘米。當(dāng)所述鋰離子電池100采用固體電解質(zhì)時(shí)，可直接將固體電解質(zhì)膜代替所述隔膜 106設(shè)置在正、負(fù)極片102，104之間。所述鋰離子電池在使用時(shí)，由于所述正、負(fù)極片102，104具有第一及第二通孔 132，134，使在正、負(fù)極片102，104間電解液或其他物質(zhì)分解產(chǎn)生的氣體能夠容易的排出。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池，其包括層疊并間隔設(shè)置的正極片及負(fù)極片，其特征在于，該正極片具有至少一第一通孔，該負(fù)極片具有至少一第二通孔，該第二通孔與該第一通孔位置對(duì)應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該正極片具有多個(gè)第一通孔，該負(fù)極片具有多個(gè)第二通孔，每個(gè)第二通孔都與一個(gè)第一通孔對(duì)應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述相互對(duì)應(yīng)的第一通孔與第二通孔的軸線基本對(duì)準(zhǔn)。
4.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該第一通孔與第二通孔具有相同的形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該第一通孔的面積大于所述第二通孔的面積。
6.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，在垂直于所述正、負(fù)極片的方向上， 所述相互對(duì)應(yīng)的第二通孔位于所述第一通孔的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該第一通孔及第二通孔的形狀包括圓孔、方空、菱形孔、三角形孔及多邊形孔中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，每個(gè)所述第一通孔及第二通孔的面積為0. 001平方毫米至13平方毫米。
9.如權(quán)利要求2所述的鋰離子電池，其特征在于，該相鄰的兩個(gè)第一通孔及相鄰的兩個(gè)第二通孔的軸線之間的間距為1厘米至50厘米。
10.如權(quán)利要求2所述的鋰離子電池，其特征在于，該第一通孔為直徑2毫米的圓孔，該第二通孔為直徑1毫米的圓孔，并一一軸線對(duì)準(zhǔn)。
11.如權(quán)利要求10所述的鋰離子電池，其特征在于，該相鄰的兩個(gè)第一通孔及相鄰的兩個(gè)第二通孔的軸線之間的間距均為5厘米。
12.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該正極片及負(fù)極片的開孔率小于 10%。
13.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該正極片包括一正極集流體及設(shè)置于該正極集流體表面的正極材料層，該負(fù)極片包括一負(fù)極集流體及設(shè)置于該負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料層。
14.如權(quán)利要求13所述的鋰離子電池，其特征在于，該正極集流體為鋁箔或鈦箔，該負(fù)極集流體為銅箔或鎳箔。
15.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，進(jìn)一步包括將該正極片與該負(fù)極片間隔的隔膜。
16.如權(quán)利要求15所述的鋰離子電池，其特征在于，進(jìn)一步包括電解質(zhì)及外部封裝結(jié)構(gòu)將所述正極片、負(fù)極片、電解質(zhì)及隔膜封裝于該外部封裝結(jié)構(gòu)中。
17.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，進(jìn)一步包括將該正極片與該負(fù)極片間隔的固體電解質(zhì)。
18.—種鋰離子電池，其包括多個(gè)正極片及多個(gè)負(fù)極片，該多個(gè)正極片與多個(gè)負(fù)極片交替層疊并間隔設(shè)置，其特征在于，該每個(gè)正極片具有多個(gè)第一通孔，該每個(gè)負(fù)極片具有多個(gè)第二通孔，該每個(gè)第二通孔都與一個(gè)第一通孔對(duì)應(yīng)。
19.一種鋰離子電池的制備方法，其包括提供正極集流體及負(fù)極集流體；分別在該正極集流體及負(fù)極集流體表面均勻涂布正極材料層及負(fù)極材料層，形成正極片及負(fù)極片；在正極片及負(fù)極片上形成位置對(duì)應(yīng)的通孔；以及將正極片及負(fù)極片封裝至一外部封裝結(jié)構(gòu)中。
20.如權(quán)利要求19所述的鋰離子電池的制備方法，其特征在于，所述將正極片及負(fù)極片封裝至一外部封裝結(jié)構(gòu)中的步驟進(jìn)一步包括提供隔膜，將正極片與負(fù)極片分別設(shè)置于所述隔膜兩側(cè)并壓合；以及通過所述通孔向正極片及負(fù)極片間注入電解質(zhì)，并將所述正極片、負(fù)極片、隔膜及電解質(zhì)封裝于所述外部封裝結(jié)構(gòu)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，其包括層疊并間隔設(shè)置的正極片及負(fù)極片，該正極片具有至少一第一通孔，該負(fù)極片具有至少一第二通孔，該第二通孔與該第一通孔位置對(duì)應(yīng)。本發(fā)明還涉及一種鋰離子電池的制備方法。
文檔編號(hào)H01M10/058GK102214838SQ20101013873
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者何向明, 李建軍, 蒲薇華, 高劍 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司