高循環壽命的凝膠態聚合物電池及其製造方法
2023-05-02 05:23:46
專利名稱：高循環壽命的凝膠態聚合物電池及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種膠態隔膜的製造方法，以及使用該隔膜和水性負極材料製作的凝 膠態聚合物電池。
背景技術：
隨著電子工業、信息技術的快速發展，人們對各類電器電源的要求越來越高。聚合 物鋰離子電池被用於多種移動可攜式設備，例如行動電話、照相機、筆記本電腦、可攜式電 動工具等。而電池的充電方式也日益多元化，例如使用常規電源充電，備用電源電池充電， 使用用電設備上的USB接口進行充電等。目前，新興的一種充電技術是使用太陽能對電池進行充電，在這種情況下，電池的 充放電環境溫度都會達到60°C左右。然而，常規聚合物電池的耐高溫性能比較差，在溫度達 到60°C時長期循環充放電使用電池，會使電池迅速膨脹，並且電池的容量也會隨著充放電 循環的次數迅速衰減，一般達到100多次電池就無法正常使用。因此在上述情況下，需要一 種具有良好耐高溫性能的聚合物鋰離子電池。
發明內容
本發明的目的是提供一種高安全性、高循環壽命，尤其是在60°C的高溫環境下具 有良好的循環充放電壽命的凝膠態聚合物電池。本發明的目的是通過採用以下技術方案來實現的一種有機膠，所述有機膠是聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其 濃度是0. 10% ；或者是聚氧化乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其濃度是0. 1 % 10% ；所述有機膠的溶液中添加有無機亞微米級金屬氧化物，其重量比例是0 50%。作為本發明的優選技術方案，所述無機亞微米級金屬氧化物包括鋁氧化物、鋯氧 化物、矽氧化物、鈦氧化物中的一種或幾種。一種凝膠態聚合物電池，包括殼體、正極、負極、隔膜和電解液，所述隔膜的兩面均 勻塗覆有上述的有機膠，有機膠塗層的厚度是0. Ιμπι ΙΟμπι。作為本發明的優選技術方案，所述隔膜包括聚乙烯微孔隔膜或者聚丙烯微孔隔 膜；或者，所述隔膜是由聚乙烯微孔隔膜和聚丙烯微孔隔膜共同組成的多層隔膜。作為本發明的優選技術方案，所述正極包括鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、鎳錳為主體 的多元材料、鎳鈷為主體的多元材料或鎳錳鈷三元材料中的一種；或者，所述正極採用上述材料中任意兩種或兩種以上的混合材料；所述負極採用人造石墨或者天然石墨。作為本發明的優選技術方案，所述正極、隔膜和負極依次疊放構成疊片式結構的卷芯，或者採用卷繞方式構成卷繞式結構的卷芯。一種凝膠態聚合物電池的製造方法，包括下述步驟(1)正極製備；(2)負極製備；(3)隔膜製備將上述的有機膠均勻塗覆在隔膜的兩面，有機膠塗層的厚度控制 ￠0. 1μπι~10μπι；(4)封裝、化成將上述正極片、負極片和塗覆有機膠的隔膜製成卷芯後封裝在聚 合物包裝膜中，然後封口、化成；(5)聚合化成後通過加熱方式引發電解液和隔膜表面的有機膠塗層產生聚合反 應，加熱的溫度範圍控制在60 100°C之間，加熱時間是4 6小時。作為本發明的優選技術方案，所述有機膠的塗覆方法包括含浸法、流延法或噴塗法。作為本發明的優選技術方案，所述電解液的溶劑是碳酸酯，電解質是鋰鹽。作為本發明的優選技術方案，所述電解液和有機膠聚合反應後形成多孔聚合物；所述電池的充放電過程中鋰離子的傳導通過上述聚合物進行。本發明的有益效果是相對於現有技術，本發明的電池具備以下特性1)高循環壽命常溫循環1000次，電池容量可以保持在80%以上，60°C環境溫度 下1000次循環，電池容量可以保持在70%以上；2)高安全性能因為電池內部無液態電解液，在濫用情況下亦不會發生爆炸、起 火的危險，在250°C的高溫環境中亦不會發生起火噴射的問題。
具體實施例方式下面結合具體實施施和對比例對本發明作進一步說明有機膠，是聚偏氟乙烯(PVDF)的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液或者丙酮溶液；或者 是聚氧化乙烯(PEO)的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其濃度是0. 10% ；有機 膠的溶液中添加有無機亞微米級金屬氧化物，包括鋁氧化物、鋯氧化物、矽氧化物、鈦氧化 物中的一種或幾種，其重量比例是0 50%。凝膠態聚合物電池，包括殼體、正極、負極、隔膜和電解液，所述隔膜的兩面均勻塗 覆有上述的有機膠，有機膠塗層的厚度是0. Ιμπι ΙΟμπι。所述隔膜包括聚乙烯微孔隔膜 或者聚丙烯微孔隔膜。或者，所述隔膜是由聚乙烯微孔隔膜和聚丙烯微孔隔膜共同組成的 多層隔膜。所述正極包括鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、鎳錳為主體的多元材料、鎳鈷為主體的多 元材料或鎳錳鈷三元材料中的一種；或者，正極採用上述材料中任意兩種或兩種以上的混 合材料。所述負極採用人造石墨或者天然石墨。正極、隔膜和負極依次疊放構成疊片式結 構的卷芯，或者採用卷繞方式構成卷繞式結構的卷芯。凝膠態聚合物電池的製造方法，包括下述步驟(1)正極製備；(2)負極製備；(3)隔膜製備將上述的有機膠均勻塗覆在隔膜的兩面，有機膠塗層的厚度控制在0. 1 μ m 10 μ m ；本步驟有機膠的塗覆方法包括含浸法、流延法或噴塗法。(4)封裝、化成將上述正極片、負極片和塗覆有機膠的隔膜製成卷芯後封裝在聚 合物包裝膜中，放入電池殼體內，注入電解液，然後封口、化成；本步驟電解液的溶劑是碳酸 酯，電解質是鋰鹽。(5)聚合化成後通過加熱方式引發電解液和隔膜表面的有機膠塗層產生聚合反 應，加熱的溫度範圍控制在60 100°C之間，加熱時間是4 6小時。電解液和有機膠聚合 反應後形成多孔聚合物；電池的充放電過程中鋰離子的傳導通過上述聚合物進行。本發明電池的全部製作流程主要包括以下步驟正負極配料-正負極塗布-正負極烘烤-正負極壓光-正負極分切-正負極制 片-隔膜塗覆有機膠-正負極卷繞(疊片)-封裝-烘烤-注液-化成-高溫聚合-真空 密封-容量分選-成品。實施例本實施例採用的電池型號為603450，容量為IOOOmAh,採用卷繞式結構。正極使用鈷酸鋰，負極使用人造石墨，隔膜使用16 μ m單層聚乙烯隔膜，有機膠成 分為PVDF5%，Al2O3IO^，溶液使用NMP溶液，有機膠塗層厚度為極片3 μ m,隔膜3 μ m，聚合 溫度70°C，聚合時間4h。對比例正極採用鈷酸鋰，負極使用人造石墨，隔膜使用16 μ m單層聚乙烯隔膜，常規製作 電池。實施例與對比例的試驗結果見下表
權利要求
1.一種有機膠，其特徵是所述有機膠是聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮 溶液，其濃度是0. 10% ；或者是聚氧化乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液或者丙酮溶液，其濃度是0. 10% ；所述有機膠的溶液中添加有無機亞微米級金屬氧化物，其重量比例是0 50%。
2.根據權利要求1所述的有機膠，其特徵是所述無機亞微米級金屬氧化物包括鋁氧 化物、鋯氧化物、矽氧化物、鈦氧化物中的一種或幾種。
3.一種凝膠態聚合物電池，包括殼體、正極、負極、隔膜和電解液，其特徵是所述隔膜 的兩面均勻塗覆有如權利要求1或2所述的有機膠，有機膠塗層的厚度是0. 1 μ m 10 μ m。
4.根據權利要求3所述的凝膠態聚合物電池，其特徵是所述隔膜包括聚乙烯微孔隔 膜或者聚丙烯微孔隔膜；或者，所述隔膜是由聚乙烯微孔隔膜和聚丙烯微孔隔膜共同組成的多層隔膜。
5.根據權利要求3所述的凝膠態聚合物電池，其特徵是所述正極包括鈷酸鋰、錳酸 鋰、鎳酸鋰、鎳錳為主體的多元材料、鎳鈷為主體的多元材料或鎳錳鈷三元材料中的一種；或者，所述正極採用上述材料中任意兩種或兩種以上的混合材料；所述負極採用人造石墨或者天然石墨。
6.根據權利要求3所述的凝膠態聚合物電池，其特徵是所述正極、隔膜和負極依次疊 放構成疊片式結構的卷芯，或者採用卷繞方式構成卷繞式結構的卷芯。
7.一種凝膠態聚合物電池的製造方法，其特徵是包括下述步驟(1)正極製備；(2)負極製備；(3)隔膜製備將權利要求1或2所述的有機膠均勻塗覆在隔膜的兩面，有機膠塗層的 厚度控制在0. Iym- IOym ；(4)封裝、化成將上述正極片、負極片和塗覆有機膠的隔膜製成卷芯後封裝在聚合物 包裝膜中，然後封口、化成；(5)聚合化成後通過加熱方式引發電解液和隔膜表面的有機膠塗層產生聚合反應， 加熱的溫度範圍控制在60 100°C之間，加熱時間是4 6小時。
8.根據權利要求7所述的凝膠態聚合物電池的製造方法，其特徵是所述有機膠的塗 覆方法包括含浸法、流延法或噴塗法。
9.根據權利要求7所述的凝膠態聚合物電池的製造方法，其特徵是所述電解液的溶 劑是碳酸酯，電解質是鋰鹽。
10.根據權利要求7所述的凝膠態聚合物電池的製造方法，其特徵是所述電解液和有 機膠聚合反應後形成多孔聚合物；所述電池的充放電過程中鋰離子的傳導通過上述聚合物進行。
全文摘要
本發明涉及高循環壽命的凝膠態聚合物電池及其製造方法，包括有機膠，是PVDF的NMP溶液，濃度0.1％～10％，添加有無機亞微米級金屬氧化物。凝膠態聚合物電池，包括正極、負極和隔膜，隔膜的兩面塗覆有上述有機膠，塗層厚度0.1μm～10μm。凝膠態聚合物電池的製造方法，主要包括隔膜製備將上述有機膠均勻塗覆在隔膜的兩面；聚合加熱引發電解液和有機膠聚合反應，加熱溫度60～100℃，時間4～6小時。本發明電池的特性1、高循環壽命常溫或60℃環境溫度循環1000次，電池容量保持在80％或70％以上；2、高安全性電池內部無液態電解液，不會發生爆炸、起火的危險，250℃高溫環境中不會發生起火噴射。
文檔編號C09J127/16GK102115649SQ200910214500
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者徐延銘, 李俊義 申請人:珠海光宇電池有限公司