CN102315426A - 聚合物电池的油、水体系复合制片工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚合物电池的油、水体系复合制片工艺，涉及锂电池技术领域，其特征在于：包括水系制片工艺和油系制片工艺，将油系制片工艺和水系制片工艺制好的水、油复合正、负极片制成聚合物电芯，注入聚合物专用电解液，固化后便可制造出聚合物电池。本发明既解决了活性物质与基材的牢固粘结，又能在活性物质的表面形成聚合物凝胶，大大降低了电池的内阻，使其成为高端锂离子聚合物电池，本发明给国内电池行业提升了一个新的台阶，打破世界电池保守技术。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种聚合物电池的油、水体系复合制片工艺。
背景技术
目前锂电池技术在国内、外正处蓬勃发展的阶段，锂电池新技术的研发也在世界各国紧锣密鼓的进行着，但由于国内的技术和国外的差距还是有很大的差别，从电池的原材料、以及电池的设备大部分还是依靠进口.锂电池在设计和生产时有多种形式，如钢壳、铝壳、塑壳、铝塑复合膜的软包电池等层出不穷，而在使用的领域里也发挥着不同作用，锂电池的主要结构有几大部分组成；正极：电池的核心，活性物质，参与电极反应，正极是含锂的过渡金属氧化物，如LiMn2O4。；LiFePO4；LiC0O2等；负极：电池的核心，活性物质，参与电极反应，负极是碳素材料，如石墨、人造石墨、天然石墨、复合石墨等；电解液：决定电池性能的重要部份，电解液主要是一些有机物液体，比如PC(碳酸丙烯酯)，EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)等，当然还有其他的一些添加剂，无机盐LiPF6等；隔膜：主要以PP、PE等材质，制成带有微孔的薄膜，隔离在正负极之间来防止正负极的直接短路；外壳：主要用来密封和保护电芯的，通常有钢壳、铝壳、塑壳、铝塑复合膜等。通常制作锂电池有油系和水系两种体系；
一、水系制片特点：
1、环保
AL系列是水系分散体，在制作成电极涂料时，没有必要使用有机溶媒。电极在进行涂布和干燥时，不发生有机溶媒的挥发，所以不需要配备有机溶媒回收装置；
2、粘合性良好
AL系列是苯乙烯·丁二烯系橡胶微粒子的分散体，少量使用即可显示良好的粘合性能；显示活物质之间，或与基材之间的良好的粘合性。
3、高柔软性电极
AL系列为苯乙烯·丁二烯系橡胶，可生产柔软性高的电极，耐折裂性能良好，可对提高能量密度作出贡献。
水系制片在拌料过程中用来稀释的只是蒸馏水或去离子水，涂布等过程中无需要控制环境湿度就能完美的将浆料粘附在基材上。
缺点：用此粘合剂制做出的极片不能制作出高端聚合物电池，因为这种粘合剂不能与油系中的粘结剂(PVDF)相容。
二、油系制片的特点：
油系所用的粘合剂主要是以PVDF(聚偏氟乙烯)为主，用来稀释PVDF的容液为NMP；
1、粘结性：
对环境要求非常严格，一般在配料、搅拌、涂布等工艺下要求环境湿度在20％-30％左右，否则当PVDF吸收空气中的水分时粘度会大大降低，甚至无法将活性物质粘结到基材上去，特别在夏季或梅雨季节很难制成锂电池，即使能生产也要付出巨大的能耗和生产成本，同时也会直接影响电池的质量。
优点：任性好，工艺成熟，压实密度高、用油系体系制成的极片可以生产出聚合物固态电池。
锂聚合物电池(Li-polymer，又称高分子锂电池)，它也是锂离子电池的一种，但是与液锂电池(Li-ion)相比具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化，以及高安全性等多种明显优势，是一种新型电池。在形状上，锂聚合物电池具有超薄化特征，可以配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池。该类电池可以达到的最小厚度可达0.5mm。它的标称电压3.2-3.6V，没有记忆效应。
根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery，简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithiumion battery，简称为LIP)两大类。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同，锂离子电池使用的是液体电解质，而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替，这种聚合物可以是“干态”的，也可以是“胶态”的，目前大部分采用聚合物胶体电解质。
由于用固体电解质代替了液体电解质，与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50％以上。此外，聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态锂离子电池有所提高。基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。然而就是上面所说的水系、油系制成的极片两者存在着优缺点无法满足制成聚合物锂离子电池，使得在国内到目前为止还没有开发出真正的聚合物电池，造成了中国电池行业迟迟不前。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种即解决了活性物质与基材的牢固粘结，又能在活性物质的表面形成聚合物凝胶，大大降低了电池的内阻，使其成为高端锂离子聚合物电池的聚合物电池的油、水体系复合制片工艺。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现，
聚合物电池的油、水体系复合制片工艺，其特征在于：包括水系制片工艺和油系制片工艺，
所述水系制片工艺为，
1、配制正极水配料
由正极活性物质、粘结剂及导电剂构成，其比例为，正极活性物质∶粘结剂∶导电剂＝89∶5∶6，按以上比例配制浆料，用去离子水将浆料的粘稠度调整为6000cps；
2、正极涂布
正极涂布的基材为15um厚的铝箔，将基材放置于涂布机中，用配制好的正极水系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段60C°，二段80C°，三段80C°，四段80C°，五段60C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面，双面涂覆完毕，放于真空储存箱储存待用；
3、配制负极水系配料
由石墨、粘结剂、导电剂构成，其比例为，石墨∶粘结剂∶导电剂＝95∶4∶1，按以上比例配制浆料，用去离子水将浆料的粘稠度调整为4000cps；
4、负极涂布
负极涂布的基材为12um厚的铜箔，将基材放置于涂布机中，用配制好的负极水系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段60C°，二段80C°，三段80C°，四段80C°，五段60C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面，双面涂覆完毕，大卷用90C。恒温烘干放于真空储存箱储存待用；
所述油系制片工艺为，
1、配制正极油系配料
由正极活性物质、聚偏氟乙烯及导电剂构成，其比例为，正极活性物质∶聚偏氟乙烯∶导电剂＝90∶5∶5，按以上比例配制浆料，用N-甲基吡咯烷酮(NMP)将浆料的粘稠度调整为6000cps；
2、正极涂布
将第一次水系涂覆好的正极极片放置于涂布机中，用配制好的正极油系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段90C°，二段110C°，三段110C°，四段110C°，五段90C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面。
3、配制负极油系配料
由石墨、聚偏氟乙烯、导电剂构成，其比例为，石墨∶聚偏氟乙烯∶导电剂＝95∶4∶1，按以上比例配制浆料，用N-甲基吡咯烷酮(NMP)将浆料的粘稠度调整为4000cps；
4、负极涂布
将第一次水系涂覆好的负极极片放置于涂布机中，用配制好的负极油系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段90C°，二段110C°，三段110C°，四段110C°，五段90C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面；
最终将油系制片工艺和水系制片工艺制好的水、油复合正、负极片制成聚合物电芯，注入聚合物专用电解液，固化后便可制造出聚合物电池。
本发明的有益效果是：
1、无液体漏出；
2、在充放电过程中不会产生大量的易燃易爆气体无气胀出现；
3、枪弹穿刺不燃烧、不爆炸；
4、高空跌落不短路；
5、在正负极片中形成的凝胶体使得正负极片成为一个整体，便于电子迁移的速度；
6、使用寿命长，循环次数在1500-2000次左右；
7、由于电解质是固态或凝胶状在耐高低温方面也优势与其他液态锂电池。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实例，进一步阐述本发明。
聚合物电池的油、水体系复合制片工艺，包括水系制片工艺和油系制片工艺，
水系制片工艺为，
1、配制正极水配料
由正极活性物质、粘结剂及导电剂构成，其比例为，正极活性物质∶粘结剂∶导电剂＝89∶5∶6，按以上比例配制浆料，用去离子水将浆料的粘稠度调整为6000cps；
3、正极涂布
正极涂布的基材为15um厚的铝箔，将基材放置于涂布机中，用配制好的正极水系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段60C°，二段80C°，三段80C°，四段80C°，五段60C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面，双面涂覆完毕，放于真空储存箱储存待用；
3、配制负极水系配料
由石墨、粘结剂、导电剂构成，其比例为，石墨∶粘结剂∶导电剂＝95∶4∶1，按以上比例配制浆料，用去离子水将浆料的粘稠度调整为4000cps；
5、负极涂布
负极涂布的基材为12um厚的铜箔，将基材放置于涂布机中，用配制好的负极水系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段60C°，二段80C°，三段80C°，四段80C°，五段60C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面，双面涂覆完毕，大卷用90C°恒温烘干放于真空储存箱储存待用；
油系制片工艺为，
3、配制正极油系配料
由正极活性物质、聚偏氟乙烯及导电剂构成，其比例为，正极活性物质：聚偏氟乙烯∶导电剂＝90∶5∶5，按以上比例配制浆料，用NMP将浆料的粘稠度调整为6000cps；
4、正极涂布
将第一次水系涂覆好的正极极片放置于涂布机中，用配制好的正极油系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段90C°，二段110C°，三段110C°，四段110C°，五段90C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面。
3、配制负极油系配料
由石墨、聚偏氟乙烯、导电剂构成，其比例为，石墨∶聚偏氟乙烯∶导电剂＝95∶4∶1，按以上比例配制浆料，用NMP将浆料的粘稠度调整为4000cps；
4、负极涂布
将第一次水系涂覆好的负极极片放置于涂布机中，用配制好的负极油系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段90C°，二段110C°，三段110C°，四段110C°，五段90C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面；
最终将油系制片工艺和水系制片工艺制好的水、油复合正、负极片制成聚合物电芯，注入聚合物专用电解液，固化后便可制造出聚合物电池。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.聚合物电池的油、水体系复合制片工艺，其特征在于：包括水系制片工艺和油系制片工艺。
2.根据权利要求1所述的聚合物电池的油、水体系复合制片工艺，其特征在于：所述水系制片工艺为，
a、配制正极水配料
由正极活性物质、粘结剂及导电剂构成，其比例为，正极活性物质∶粘结剂∶导电剂＝89∶5∶6，按以上比例配制浆料，用去离子水将浆料的粘稠度调整为6000cps；
b、正极涂布
正极涂布的基材为15um厚的铝箔，将基材放置于涂布机中，用配制好的正极水系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段60C°，二段80C°，三段80C°，四段80C°，五段60C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面，双面涂覆完毕，放于真空储存箱储存待用；
c、配制负极水系配料
由石墨、粘结剂、导电剂构成，其比例为，石墨∶粘结剂∶导电剂＝95∶4∶1，按以上比例配制浆料，用去离子水将浆料的粘稠度调整为4000cps；
d、负极涂布
负极涂布的基材为12um厚的铜箔，将基材放置于涂布机中，用配制好的负极水系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段60C°，二段80C°，三段80C°，四段80C°，五段60C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面，双面涂覆完毕，大卷用90C。恒温烘干放于真空储存箱储存待用。
3.根据权利要求1所述的聚合物电池的油、水体系复合制片工艺，其特征在于：所述油系制片工艺为，
a、配制正极油系配料
由正极活性物质、聚偏氟乙烯及导电剂构成，其比例为，正极活性物质∶聚偏氟乙烯∶导电剂＝90∶5∶5，按以上比例配制浆料，用N-甲基吡咯烷酮将浆料的粘稠度调整为6000cps；
b、正极涂布
将第一次水系涂覆好的正极极片放置于涂布机中，用配制好的正极油系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段90C°，二段110C°，三段110C°，四段110C°，五段90C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面。
c、配制负极油系配料
由石墨、聚偏氟乙烯、导电剂构成，其比例为，石墨∶聚偏氟乙烯∶导电剂＝95∶4∶1，按以上比例配制浆料，用N-甲基吡咯烷酮将浆料的粘稠度调整为4000cps；
d、负极涂布
将第一次水系涂覆好的负极极片放置于涂布机中，用配制好的负极油系配料进行涂布，温度分为5段控制，分别为：一段90C°，二段110C°，三段110C°，四段110C°，五段90C°，涂布厚度为总单面面密度的50％，精度±2um，第一面涂布结束，按前面相同的工艺涂覆第二面。
4.根据权利要求2或3所述的聚合物电池的油、水体系复合制片工艺，其特征在于：将油系制片工艺和水系制片工艺制好的水、油复合正、负极片制成聚合物电芯，注入聚合物专用电解液，固化后便可制造出聚合物电池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ANHUI LIBA POWER LITHIUM BATTERY TECHNOLOGY CO., L Free format text: FORMER OWNER: LI XUEZHI Effective date: 20140430 Free format text: FORMER OWNER: LI MING Effective date: 20140430 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 239200 CHUZHOU, ANHUI PROVINCE TO: 239236 CHUZHOU, ANHUI PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140430 Address after: 239236 No. three road, economic development zone, fork river town, Chuzhou, Anhui Patentee after: Anhui Liba Power Lithium Battery Technology Co., Ltd. Address before: Chen Wang Cun Zhen Zhu long Nanqiao District 239200 Anhui city of Chuzhou Province Wang Chen Group No. 66 Patentee before: Li Xuezhi Patentee before: Li Ming |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140430 Termination date: 20140831 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |