CN102969516A - 薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特点是：用聚合物胶黏剂将正极板和作为电解质片的微晶玻璃陶瓷片一面粘贴成一体；正极板作为微晶玻璃陶瓷片的支撑体将磨薄微晶玻璃陶瓷片；正极板上引出正极极耳；负极封装膜热合到微晶玻璃陶瓷片另一面后，负极封装膜热合成装有金属锂负极封装袋，注入负极电解液，封口，置入电池外壳中。本发明由于将正极板作为加工微晶玻璃陶瓷片的支撑体，对微晶玻璃陶瓷片进行磨薄处理，不仅有效防止了微晶玻璃陶瓷片的碎裂，提高了微晶玻璃陶瓷片加工的成品率，而且可将微晶玻璃陶瓷片厚度制得很薄，减小了电池内阻，有效提高了电流密度。
Description
技术领域
本发明属于金属锂电池制造技术领域，特别是涉及一种薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法。
背景技术
水体系金属锂电池作为可长期储备并具有更高比能量和比功率潜力的电化学体系而成为锂系列电池研发的一个新兴的重要方向。水体系金属锂电池的理论比能量远高于传统的化学电源体系，是常规锂电池能量的十倍以上。但是由于金属锂很容易被水腐蚀析氢，造成容量的损失和安全隐患，目前主要采用微晶玻璃陶瓷片作为电解质片来保护金属锂，而使得锂电极可以在水溶液中稳定工作。
目前微晶玻璃陶瓷片因加工水平限制，一定的尺寸随加工厚度减薄废品率迅速增高，这样使得微晶玻璃陶瓷片具有很高的成本，而且微晶玻璃陶瓷片薄片非常脆弱，在装配锂保护电极时极易碎裂，使得锂保护电极以及电池组装非常复杂。同时，由于微晶玻璃陶瓷片厚度限制，电池内阻不能进一步减小，影响了电池大电流放电的能力。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种电池制备过程中微晶玻璃陶瓷片厚度薄、不碎裂、成品率高，制成的电池内阻小、电流密度高的薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法。
本发明采取的技术方案是：
薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特点是：包括以下制备步骤：
⑴用聚合物胶黏剂将正极板和作为电解质片的微晶玻璃陶瓷片一面粘贴成一体；
⑵步骤⑴中的微晶玻璃陶瓷片位于正极板的上面，将微晶玻璃陶瓷片磨薄至厚度0.08mm~0.12mm；正极板上引出正极极耳；
⑶使用对碱性水溶液及负极电解液均稳定的热熔胶，将负极封装膜与微晶玻璃陶瓷片另一面，热合成一体后，再将负极封装膜热合成封装袋，在干燥气氛下，将作为负极的金属锂装填到封装袋中，引出负极极耳，封装袋内注入负极电解液后，真空条件下对封装袋进行封口，形成水体系金属锂电池芯；
⑷将步骤⑶中的水体系金属锂电池芯置入对碱性水溶液稳定的电池外壳中；其中，未与微晶玻璃陶瓷片粘贴的正极板一面位于电池外壳内或位于电池外壳外；正极极耳和负极极耳从电池外壳内部引出，电池外壳内注满碱性水溶液作为正极电解液，最后对电池外壳进行密封，完成本发明制备的水体系金属锂电池。
本发明还可以采用如下技术方案：
所述步骤⑴中的正极板为AgO板或空气电极板。
所述步骤⑴中的聚合物胶黏剂为PVDF、PVDF-HFP或PTFE溶液之一种。
所述步骤⑶中的负极电解液为高氯酸锂、六氟磷酸锂、四硼酸锂之一种电解质和碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯之一种或一种以上溶剂形成的电解液；
所述步骤⑶中的热熔胶为聚丙烯、聚乙烯、聚酯或聚酰胺溶液之一种。
所述步骤⑶中的负极封装膜为柔性铝塑膜。
所述步骤⑷中的电池外壳为环氧树脂板制成的方形壳。
所述步骤⑵中正极极耳为铝丝网或者镍丝网、步骤⑶中负极极耳为铜丝网。
所述步骤⑷中的正极电解液为LiOH水溶液。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明由于将正极板作为加工微晶玻璃陶瓷片的支撑体，对微晶玻璃陶瓷片进行磨薄处理，不仅有效防止了微晶玻璃陶瓷片的碎裂，提高了微晶玻璃陶瓷片加工的成品率，而且可将微晶玻璃陶瓷片厚度制得很薄，减小了电池内阻，有效提高了电流密度。
附图说明
图1是本发明制备的一种水体系金属锂电池结构示意图。
图中，1-正极极耳；2-正极电解液；3-正极板；4-聚合物胶黏剂；5-电解质片；6-负极电解液；7-负极极耳；8-热熔胶；9-金属锂；10-负极封装膜；11-电池外壳。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图1详细说明如下：
薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，包括以下制备步骤：
⑴用聚合物胶黏剂4将正极板3和作为电解质片5的微晶玻璃陶瓷片一面粘贴成一体；
⑵步骤⑴中的微晶玻璃陶瓷片位于正极板的上面，将微晶玻璃陶瓷片磨薄至厚度0.08mm~0.12mm；正极板上引出正极极耳1；
⑶使用对碱性水溶液及负极电解液均稳定的热熔胶8，将负极封装膜10与微晶玻璃陶瓷片另一面，热合成一体后，再将负极封装膜热合成封装袋，在干燥气氛下，将作为负极的金属锂9装填到封装袋中，引出负极极耳7，封装袋内注入负极电解液6后，真空条件下对封装袋进行封口，形成水体系金属锂电池芯；
⑷将步骤⑶中的水体系金属锂电池芯置入对碱性水溶液稳定的电池外壳11中；其中，未与微晶玻璃陶瓷片粘贴的正极板一面位于电池外壳内或位于电池外壳外；正极极耳和负极极耳从电池外壳内部引出，电池外壳内注满碱性水溶液作为正极电解液2，最后对电池外壳进行密封，完成本发明制备的水体系金属锂电池。
所述正极板为AgO板或空气电极板。
所述聚合物胶黏剂为PVDF、PVDF-HFP或PTFE溶液之一种。
所述负极电解液为高氯酸锂、六氟磷酸锂、四硼酸锂之一种电解质和碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯之一种或一种以上溶剂形成的电解液；
所述热熔胶为聚丙烯、聚乙烯、聚酯或聚酰胺溶液之一种。
所述负极封装膜为柔性铝塑膜。
所述电池外壳为环氧树脂板制成的方形壳。
所述正极极耳为铝丝网或者镍丝网、步骤⑶中负极极耳为铜丝网。
所述正极电解液为LiOH水溶液。
实施例1
⑴选用20×20mm、1mm厚的微晶玻璃陶瓷片作为电解质片，20×20cm、1mm厚的AgO板作为正极板，使用DMF为溶剂的PVDF-HFP溶液作为聚合物胶黏剂，将聚合物胶黏剂均匀涂到微晶玻璃陶瓷片一面后贴附到AgO板上，置于鼓风干燥箱中，60℃烘干，微晶玻璃陶瓷片与AgO板粘贴成一体；
⑵AgO板作为微晶玻璃陶瓷片的支撑体位于微晶玻璃陶瓷片的下面，用1000目精度的磨床对微晶玻璃陶瓷片磨至0.08mm厚；正极板上引出作为正极极耳的铝丝网；
⑶使用裁好的柔性铝塑膜作为负极封装膜，该柔性铝塑膜靠近金属锂侧对负极电解液和金属锂均稳定，外侧对碱性水溶液稳定；用低温聚丙烯热熔胶将铝塑膜与微晶玻璃陶瓷片另一面贴合，置于热封口机上，温度为200℃时，铝塑膜与微晶玻璃陶瓷片另一面热合成一体，再将负极封装膜热合成封装袋，在干燥气氛下，将作为负极的金属锂装填到封装袋中，引出作为负极极耳的铜丝网，封装袋中注入六氟磷酸锂的浓度为0.5M的碳酸乙烯酯溶液作为负极电解液，采用真空封口机对封装袋封口后，形成水体系金属锂电池芯；
⑷将所述电池芯置入环氧树脂板制成的电池外壳中，正极极耳和负极极耳从电池外壳内部引出，电池外壳内注满0.1mol/L的LiOH水溶液作正极电解液，最后对电池外壳进行密封，完成本发明制备的水体系金属锂电池。
将本发明实施例1制备的水体系金属锂电池加热至70℃，用arbin设备进行放电试验；与使用0.3mm厚微晶玻璃陶瓷片，目前公知方法制备的水体系锂-AgO电池测试数据相比，在同样的电压下，电流密度提高了10%~20%。
实施例2
⑴选用20×20mm、1mm厚的微晶玻璃陶瓷片作为电解质片，20×20cm、1mm厚的空气电极板为正极板，使用DMF为溶剂的PVDF-HFP溶液作为聚合物胶黏剂，将聚合物胶黏剂均匀涂到微晶玻璃陶瓷片一面后贴附到空气电极板表面，置于鼓风干燥箱中，60℃烘干，微晶玻璃陶瓷片一面与空气电极板粘贴成一体；
⑵空气电极板作为微晶玻璃陶瓷片的支撑体位于微晶玻璃陶瓷片的下面，用1000目精度的磨床对微晶玻璃陶瓷片磨至0.1mm厚；正极板上引出正极极耳；
⑶使用裁好的柔性铝塑膜作为负极封装膜，该柔性铝塑膜靠近金属锂侧对负极电解液和金属锂均稳定，外侧对碱性水溶液稳定；用低温聚丙烯热熔胶将铝塑膜与微晶玻璃陶瓷片另一面贴合，置于热封口机上，温度为200℃时，铝塑膜与微晶玻璃陶瓷片另一面热合成一体，再将负极封装膜热合成封装袋，在干燥气氛下，将作为负极的金属锂装填到封装袋中，引出作为负极极耳的铜丝网，封装袋中注入六氟磷酸锂的浓度为0.5M的碳酸乙烯酯溶液作为负极电解液，采用真空封口机对封装袋封口后，形成水体系金属锂电池芯；
⑷将所述电池芯置入环氧树脂板制成的电池外壳中，空气电极板未与微晶玻璃陶瓷片粘贴的一面置于电池外壳的外侧，以使正极板反应物氧气能顺利扩散至空气电极板上；正极极耳和负极极耳从电池外壳内部引出，电池外壳内注满0.1mol/L的LiOH水溶液作正极电解液，最后对电池外壳进行密封封装，完成本发明制备的水体系金属锂电池。
常温条件下使用arbin设备对实施例2制备的水体系金属锂电池进行放电试验；与使用0.3mm厚微晶玻璃陶瓷片，采用常规方法组装的锂空气电池测试数据相比，在同样的电压下，电流密度提高约10%。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
⑴用聚合物胶黏剂将正极板和作为电解质片的微晶玻璃陶瓷片一面粘贴成一体；
⑵步骤⑴中的微晶玻璃陶瓷片位于正极板的上面，将微晶玻璃陶瓷片磨薄至厚度0.08mm~0.12mm；正极板上引出正极极耳；
⑶使用对碱性水溶液及负极电解液均稳定的热熔胶，将负极封装膜与微晶玻璃陶瓷片另一面，热合成一体后，再将负极封装膜热合成封装袋，在干燥气氛下，将作为负极的金属锂装填到封装袋中，引出负极极耳，封装袋内注入负极电解液后，真空条件下对封装袋进行封口，形成水体系金属锂电池芯；
⑷将步骤⑶中的水体系金属锂电池芯置入对碱性水溶液稳定的电池外壳中；其中，未与微晶玻璃陶瓷片粘贴的正极板一面位于电池外壳内或位于电池外壳外；正极极耳和负极极耳从电池外壳内部引出，电池外壳内注满碱性水溶液作为正极电解液，最后对电池外壳进行密封，完成本发明制备的水体系金属锂电池。
2.根据权利要求1所述薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中的正极板为AgO板或空气电极板。
3.根据权利要求1所述薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中的聚合物胶黏剂为PVDF、PVDF-HFP或PTFE溶液之一种。
4.根据权利要求1所述薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤⑶中的负极电解液为高氯酸锂、六氟磷酸锂、四硼酸锂之一种电解质和碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯之一种或一种以上溶剂形成的电解液。
5.根据权利要求1所述薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤⑶中的热熔胶为聚丙烯、聚乙烯、聚酯或聚酰胺溶液 之一种。
6.根据权利要求1所述薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤⑶中的负极封装膜为柔性铝塑膜。
7.根据权利要求1所述薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤⑷中的电池外壳为环氧树脂板制成的方形壳。
8.根据权利要求1所述薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤⑵中正极极耳为铝丝网或者镍丝网、步骤⑶中负极极耳为铜丝网。
9.根据权利要求1所述薄型微晶玻璃陶瓷片金属锂电池的制备方法，其特征在于：所述步骤⑷中的正极电解液为LiOH水溶液。
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