一種柔軟型聚合物鋰電池及其製備方法
2023-05-25 12:18:16 2
專利名稱：一種柔軟型聚合物鋰電池及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種柔軟型聚合物鋰電池及其製備方法，特別是涉及一種由鍍鋁碳纖維布和鍍銅碳纖維布分別作為正極集流體和負極集流體的柔軟型聚合物鋰電池及其製備方法。
背景技術：
鋰電池作為一種優秀的能量存儲和轉換的器件，已經在人們生產和生活中的各個領域得到了廣泛應用。鋰電池按其結構可以分為液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池。液 態鋰離子電池由於使用液態電解質，容易產生漏夜等危險。而且液態鋰電池大多採用鋁殼或者鋼殼進行外包裝，使得電池的形狀非常固定化，能量密度受到嚴重限制。在液態鋰離子電池基礎上發展而來的聚合物鋰電池，正好能在性能上彌補傳統液態鋰電池的缺憾。首先，由於採用鋁塑複合膜軟包裝，相對於採用鋁殼等硬包裝的傳統電池而言，不容易爆炸，具有更高的安全性。其次，聚合物鋰電池更輕、更薄、容量更大。第三，聚合物鋰電池可以設計成任意形狀，具有非常好的柔韌性。第四，由於聚合物鋰電池電解質採用固狀或凝膠狀物質，不會洩漏，因而減少了汙染。但是，正是由於聚合物鋰電池使用金屬鋁塑複合膜進行包裝，導致電池機械性能和抗衝擊能力較弱，產生了巨大的安全隱患。本發明的目的是克服上述技術困難，採用具有強抗衝擊能力的鍍鋁碳纖維布和鍍銅碳纖維布分別作為正極集流體和負極集流體，為聚合物鋰電池抵禦外來衝擊提供了又一防線，大大提高了聚合物鋰電池的機械性能和安全性倉泛。檢索專利發現，還沒有發現採用同類型鍍鋁碳纖維布和鍍銅碳纖維布作為鋰電池集流體的相關專利。
發明內容
本發明的一個目的在於提供一種柔軟型聚合物鋰電池，另一個目的在於提供一種柔軟型聚合物鋰電池的製備方法，其聚合物鋰電池具有抗衝擊能力強、柔韌性好、安全性高以及循環壽命好等優點。本發明的技術方案是這樣實現的一種柔軟型聚合物鋰電池，包括正極極片、負極極片、複合聚合物膜以及外包裝鋁塑膜；其特徵在於正極極片包含正極活性材料、正極粘結劑、正極導電劑和正極集流體，其中正極活性材料、正極粘結劑和正極導電劑三者形成的混合物均勻的塗覆於正極集流體表面；所述負極極片包含負極活性材料、負極粘結劑、負極導電劑和負極集流體，其中負極活性材料、負極粘結劑和負極導電劑三者形成的混合物均勻的塗覆於負極集流體表面；所述複合聚合物膜具有三層結構，中間層為薄膜基體材料、兩側外層膜由聚合物材料和無機粉末添加劑製備而得。所述的正極極片中的正極活性材料包括LiMn204、Li (Ni。. 333MnQ. 333CoQ. 333) O2和LiCoO2 ;正極粘結劑包括聚偏氟乙烯、羥丙基甲基纖維素、羥基丁苯；正極導電劑包括乙炔黑、納米碳纖維、碳納米管；正極集流體為鍍鋁碳纖維布，是由碳纖維布和鍍鋁層組成。所述負極極片中的負極的活性材料包括人造石墨、Li4Ti5O12、矽碳複合材料；負極粘結劑包括聚偏氟乙烯、羥丙基甲基纖維素、羥基丁苯；負極導電劑包括乙炔黑、納米碳纖維、碳納米管；負極集流體為鍍銅碳纖維布，是由碳纖維布和鍍銅層組成。所述複合聚合物膜中的中間層薄膜基體材料包括聚丙烯、聚乙稀和無紡布；所述聚合物材料包括聚 偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯；所述無機粉末添加劑包括二氧化娃、二氧化錯和三氧化二招。一種柔軟型聚合物鋰電池的製造方法，其特徵在於包括如下步驟
a)正極極片的製備
將85、5#. %正極活性材料、3 7#. %正極粘結劑和2飛%正導電劑溶於N-甲基吡咯烷酮中，充分攪拌，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料塗於由厚度為O. 2^2mm的碳纖維布和厚度為O.廣2. 5μπι的鍍鋁層組成的鍍鋁碳纖維布集流體上，8(T120°C真空乾燥後即得到正極極片；
b)負極極片的製備
將87、3#. %負極活性材料、5 8#. %負極粘結劑和2 5#. %負極導電劑溶於N-甲基吡咯烷酮中，充分攪拌，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料塗於由厚度為O. 2^2mm的纖維布和厚度為O. f I. 5μπι的鍍銅層組成的鍍銅碳纖維布集流體上，8(T120°C真空乾燥後即得到負極極片。)複合聚合物膜的製備
將聚合物材料和無機粉末添加劑按照重量比(0.5 1.5) :I溶於丙酮溶液中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌均勻後在密閉容器中靜止，直至形成凝膠狀；將該凝膠狀物體採用流延法塗於薄膜基體材料的兩側，8(T130°C烘乾後用乙醇溶液對其進行萃取，8(T130°C再次烘乾後得複合聚合物膜；
d)柔軟型聚合物鋰電池的製備
將由c)所得到的複合聚合物膜、由a)所得到的正極極片和由b)所得到的負極極片按照圖4的方式進行層疊，通過金屬鋁塑料複合膜進行包裝後，在手套箱中注入適量電解液IMol -Γ1 LiPF6 (體積比EC =DMC=I :1)。對金屬鋁塑複合膜進行熱壓封裝，得柔軟型聚合物鋰電池。本發明的積極效果是該柔軟性聚合物鋰電池質量輕、具有抗衝擊能力強、安全性能高、機械性能高、能量密度高和柔軟性好的優點。
圖I為正極極片結構示意圖，其中「I」是碳纖維布，「2」是鍍鋁層，「3」是由碳纖維布和鍍鋁層所組成的鍍鋁碳纖維布，「4」是由正極活性材料、導電劑和粘結劑所製備的正極材料。圖2為複合聚合物膜結構示意圖，其中「5」是中間層聚合物基體材料，「6」是由聚合物材料和無機粉末添加劑製備的外層膜。圖3為負極極片結構示意圖，其中「I」是碳纖維布，「7」是鍍銅層，「8」是由碳纖維布和鍍銅層所組成的鍍銅碳纖維布，「9」是由負極活性材料、導電劑和粘結劑所製備的負極材料。圖4為柔軟型聚合物鋰電池結構示意圖，其中「 10 」是正極極片，「 11」是複合聚合物膜，「 12」是負極極片，「 13」是金屬鋁塑複合膜。
具體實施例方式在下述的具體事例描述中，給出了大量具體的細節以及便提供對本發明更為深刻的理解。然而，對於本領域技術人員來說顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域公知的一些技術特徵為進行描述。實施例I :
正極極片的製備
將90#.% LiMn2O4,6ri. %聚偏氟乙烯和4仏％乙炔黑溶於N-甲基吡咯烷酮中，充分攪拌，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料塗於由厚度為O. 3mm的碳纖維布I和厚度為
0.2 μ m的鍍鋁層2組成的鍍鋁碳纖維布3集流體上，120°C真空乾燥後即得到正極極片；
負極極片的製備
將90#. %人造石墨、5#. %聚偏氟乙烯和5#. %乙炔黑溶於N-甲基吡咯烷酮中，充 分攪拌，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料塗於由厚度為O. 3mm的纖維布和厚度為O. 12 μ m的鍍銅層組成的鍍銅碳纖維布集流體上，IOO0C真空乾燥後即得到負極極片。複合聚合物膜的製備
將聚偏氟乙烯和二氧化矽按照重量比O. 6 1溶於丙酮溶液中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌均勻後在密閉容器中靜止，直至形成凝膠狀；將該凝膠狀物體採用流延法塗於聚丙烯隔膜的兩側，IOO0C烘乾後用乙醇溶液對其進行萃取，IOO0C再次烘乾後得複合聚合物膜；柔軟型聚合物鋰電池的製備
將複合聚合物膜、正極極片和負極極片按照圖4的方式進行層疊，通過金屬鋁塑料複合膜進行包裝後，在手套箱中注入電解液IMol · Γ1 LiPF6 (體積比EC =DMC=I :1)。對金屬鋁塑複合膜進行熱壓封裝，得柔軟型聚合物鋰電池。實施例2
正極極片的製備
將85#. % Li (Nia 333Mna 333Coa 333) O2、7# . %輕丙基甲基纖維素和8# . %納米碳纖維溶於N-甲基吡咯烷酮中，充分攪拌，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料塗於由厚度為Imm的碳纖維布和厚度為I. 2 μ m的鍍鋁層組成的鍍鋁碳纖維布集流體上，IOO0C真空乾燥後即得到正極極片；
負極極片的製備
將93#. % Li4Ti5O12,5ri. %羥丙基甲基纖維素和2wt. %納米碳纖維溶於N-甲基吡咯烷酮中，充分攪拌，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料塗於由厚度為Imm的纖維布和厚度為
1.2 μ m的鍍銅層組成的鍍銅碳纖維布集流體上，80°C真空乾燥後即得到負極極片。複合聚合物膜的製備
將聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化鋯添加劑按照重量比I. 5 1溶於丙酮溶液中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌均勻後在密閉容器中靜止，直至形成凝膠狀；將該凝膠狀物體採用流延法塗於聚乙稀隔膜的兩側，80°C烘乾後用乙醇溶液對其進行萃取，80°C再次烘乾後得複合聚合物膜；
柔軟型聚合物鋰電池的製備
將複合聚合物膜、正極極片和負極極片按照圖4的方式進行層疊，通過金屬鋁塑料複合膜進行包裝後，在手套箱中注入電解液IMol · Γ1 LiPF6 (體積比EC =DMC=I :1)。對金屬鋁塑複合膜進行熱壓封裝，得柔軟型聚合物鋰電池。實施例3
正極極片的製備 將95#. % LiCoO2,3ri. %羥基丁苯和2時· %碳納米管溶於N-甲基吡咯烷酮中，充分攪拌，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料塗於由厚度為2mm的碳纖維布和厚度為2. 5μπι的鍍鋁層組成的鍍鋁碳纖維布集流體上，80°C真空乾燥後即得到正極極片；
負極極片的製備
將87#.%矽碳複合材料、8#.%羥基丁苯和5#.%碳納米管溶於N-甲基吡咯烷酮中，充分攪拌，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料塗於由厚度為2mm的纖維布和厚度為
I.5 μ m的鍍銅層組成的鍍銅碳纖維布集流體上，120°C真空乾燥後即得到負極極片。複合聚合物膜的製備
將聚氯乙烯和三氧化二鋁按照重量比O. 5 :1溶於丙酮溶液中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌均勻後在密閉容器中靜止，直至形成凝膠狀；將該凝膠狀物體採用流延法塗於無紡的兩側，130°C烘乾後用乙醇溶液對其進行萃取，130°C再次烘乾後得複合聚合物膜；
柔軟型聚合物鋰電池的製備
將複合聚合物膜、正極極片和負極極片按照圖4的方式進行層疊，通過金屬鋁塑料複合膜進行包裝後，在手套箱中注入電解液IMol · Γ1 LiPF6 (體積比EC =DMC=I :1)。對金屬鋁塑複合膜進行熱壓封裝，得柔軟型聚合物鋰電池。
權利要求
1.一種柔軟型聚合物鋰電池，包括正極極片、負極極片、複合聚合物膜以及外包裝鋁塑膜；其特徵在於正極極片包含正極活性材料、正極粘結劑、正極導電劑和正極集流體，其中正極活性材料、正極粘結劑和正極導電劑三者形成的混合物均勻的塗覆於正極集流體表面；所述負極極片包含負極活性材料、負極粘結劑、負極導電劑和負極集流體，其中負極活性材料、負極粘結劑和負極導電劑三者形成的混合物均勻的塗覆於負極集流體表面；所述複合聚合物膜具有三層結構，中間層為薄膜基體材料、兩側外層膜由聚合物材料和無機粉末添加劑製備而得。
2.根據權利要求I所述的一種柔軟型聚合物鋰電池，其特徵在於所述的正極極片中的正極活性材料包括LiMn204、Li (Nia 333Mna 333Coa 333)O2和LiCoO2 ;正極粘結劑包括聚偏氟乙烯、羥丙基甲基纖維素、羥基丁苯；正極導電劑包括乙炔黑、納米碳纖維、碳納米管；正極集流體為鍍鋁碳纖維布，是由碳纖維布和鍍鋁層組成。
3.根據權利要求I所述的一種柔軟型聚合物鋰電池，其特徵在於所述負極極片中的負極的活性材料包括人造石墨、Li4Ti5O12、矽碳複合材料；負極粘結劑包括聚偏氟乙烯、羥丙基甲基纖維素、羥基丁苯；負極導電劑包括乙炔黑、納米碳纖維、碳納米管；負極集流體為鍍銅碳纖維布，是由碳纖維布和鍍銅層組成。
4.根據權利要求I所述的一種柔軟型聚合物鋰電池，其特徵在於所述複合聚合物膜中的中間層薄膜基體材料包括聚丙烯、聚乙稀和無紡布；所述聚合物材料包括聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯；所述無機粉末添加劑包括二氧化矽、二氧化鋯和三氧化二鋁。
5.一種柔軟型聚合物鋰電池的製造方法，其特徵在於包括如下步驟 a)正極極片的製備 將85、5#. %正極活性材料、3 7#. %正極粘結劑和2飛%正導電劑溶於N-甲基吡咯烷酮中，充分攪拌，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料塗於由厚度為0. 2^2mm的碳纖維布和厚度為0. f 2. 5 的鍍鋁層組成的鍍鋁碳纖維布集流體上，8(T120°C真空乾燥後即得到正極極片； b)負極極片的製備 將87、3#. %負極活性材料、5 8#. %負極粘結劑和2 5#. %負極導電劑溶於N-甲基吡咯烷酮中，充分攪拌，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料塗於由厚度為0. 2^2mm的纖維布和厚度為0. f I. 5 的鍍銅層組成的鍍銅碳纖維布集流體上，8(T120°C真空乾燥後即得到負極極片； c)複合聚合物膜的製備 將聚合物材料和無機粉末添加劑按照重量比(0.5 1.5) :I溶於丙酮溶液中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌均勻後在密閉容器中靜止，直至形成凝膠狀；將該凝膠狀物體採用流延法塗於薄膜基體材料的兩側，8(T130°C烘乾後用乙醇溶液對其進行萃取，8(T130°C再次烘乾後得複合聚合物膜； d)柔軟型聚合物鋰電池的製備 將由c)所得到的複合聚合物膜、由a)所得到的正極極片和由b)所得到的負極極片按照圖4的方式進行層疊，通過金屬鋁塑料複合膜進行包裝後，在手套箱中注入適量電解液IMol I/1 LiPF6 (體積比EC =DMC=I : I);對金屬鋁塑複合膜進行熱壓封裝，得柔軟型聚合物鋰電池。
全文摘要
本發明涉及一種柔軟型聚合物鋰電池及其製備方法，其特徵在於聚合物電池包括由鍍鋁碳纖維布作為集流體的正極極片、由鍍銅碳纖維布作為集流體的負極極片、由複合聚合物電解質膜作為正負極極片之間的隔離物，採用鋁塑膜進行外包裝。其具有抗衝擊能力強、安全性能高、機械性能高和柔軟性好的優點。
文檔編號H01M10/0525GK102738469SQ20121023880
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者姜濤, 安宇鵬, 張克金, 林革, 王丹, 王金興, 榮常如, 魏曉川 申請人:中國第一汽車股份有限公司