CN103456994A

CN103456994A - 一种凝胶电解液锂离子电池的制作方法

Info

Publication number: CN103456994A
Application number: CN2012101670459A
Authority: CN
Inventors: 付正伟; 陈军
Original assignee: Wanxiang Group Corp; Wanxiang Electric Vehicle Co Ltd
Current assignee: Wanxiang Group Corp; Wanxiang Electric Vehicle Co Ltd
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池技术领域，为解决传统的锂电池液态电解液容易出现循环寿命低，安全性能较差等缺点，本发明提出一种凝胶电解液锂离子电池的制作方法，所述的凝胶电解液锂电池包括壳体、正极片、负极片、凝胶电解液、隔膜组成，本发明改善目前液态电解液锂离子电池的不足，提供了一种安全性能较高，循环性能较好的凝胶电解液锂离子电池。

Description

一种凝胶电解液锂离子电池的制作方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池技术领域，具体地说是涉及一种凝胶电解液锂离子电池的制备方法。

背景技术

能源紧缺问题是当今人类社会和谐发展所面临的重要难题，石油资源由于它的储藏量不是无限的，目前在世界能源消费以石油为主导的条件下，如果能源消费结构不改变，就会发生能源危机，因此寻找替代不可再生矿物能源的任务已经迫不及待。另外，随着科学技术的不断进步，人类物质文化的逐步提高，人们对科技产品的需求也日益提高。而新一代信息技术产业的发展，直接依赖电池产业的技术进步和产品更新，其中锂离子电池产业为此创造了前所未有的巨大市场。锂离子电池具有电压高，比能量高，充放电寿命长，无记忆效应，对环境污染小，自放电率低等优点，但是目前采用传统的液态电解液容易出现循环寿命低，安全性能较差等缺点，随着人们对锂离子电池的需求，人们急切希望得到一种能够取代传统液态电解液的固态电解液，不仅可以改善电池的循环寿命，而且能够提高电池的安全性。

中国专利CN101409369A公开了一种大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池及其制备方法，该发明公开了大容量高功率聚合物磷酸铁锂动力电池，正极浆料的重量配比为：磷酸铁锂81～85%、超导碳1～5.5%、导电炭黑0～2.5%、导电石墨0～4%、鳞片石墨0～2.5%、碳纳米管0～2%、聚偏氟乙烯6～7.5%；负极浆料的重量配比为：负极材料89～91%、超导碳1～3.5%、导电炭黑0～2%、导电石墨0～4%、丁苯橡胶2.5～3.5%、羧甲基纤维素钠1.5～2%；制备所述电池的步骤是：浆料的制备、正负极涂布、极片辊压、极片横切和分切、极片烘烤、正负极极耳焊接、电池芯的制备、电芯的入壳及封装、电芯烘烤、电池注液、电池化成和分容。但是该专利所使用的电解液是液体的，存在着一定的安全隐患。

发明内容

为解决传统的锂电池液态电解液容易出现循环寿命低，安全性能较差等缺点，本发明提出一种凝胶电解液锂离子电池的制作方法，本发明改善目前液态电解液锂离子电池的不足，提供了一种安全性能较高，循环性能较好的凝胶电解液锂离子电池。

本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：一种凝胶电解液锂电池的制作方法，所述的凝胶电解液锂电池包括壳体、正极极片、正极极耳、负极极片、负极极耳、凝胶电解液、隔膜组成，所述的制备方法为以下步骤：

（1）正极极片的制作：正极极片由正极集流体和涂覆在正极集流体上的活性物质、导电剂、粘结剂组成，正极活性物质，导电剂和粘结剂在正极制浆溶剂中混合成浆料后，在正极集流体上涂覆，涂覆速度为10～20m/min，然后在80~150 ℃下干燥后，经滚压形成厚度为130~230μ的正极极片，其压实密度为1.7~2.6g/cm³；作为优选，正极集流体为铝箔，活性物质选自橄榄石结构LiFePO₄、层状LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3、固溶体xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂中一种或者几种任意比例的混合物，导电剂选自导电炭黑、超导碳、导电石墨中的一种或者任意比例的混合物，粘结剂为聚偏氟乙烯，正极制浆溶剂为N-甲基吡咯烷酮，其中，固溶体xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂中，0＜x＜1，正极活性物质、导电剂、粘结剂三种组分的的质量百分含量分别为75～95%、0～20%、2～12%，注入正极制浆溶剂后，正极浆料的固含量为40~45%。

（2）负极极片的制作：负极极片由负极集流体和涂覆在负极集流体上的活性物质、导电剂、粘结剂组成，负极活性物质、导电剂和粘结剂在负极制浆溶剂中混合成浆料，在负极集流体上涂覆，涂覆速度为10～20m/min，然后在80~150 ℃下干燥后，经辊压后形成厚度为100~200μ的负极极片，其压实密度为1.0～2.0 g/cm³；作为优选，负极集流体为铜箔，活性物质选自人造石墨、天然石墨中的一种或几种任意比例的混合物，导电剂选自导电炭黑、超导碳、导电石墨、碳纳米管中的一种或者几种任意比例的混合物，粘结剂选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的一种或者两种任意比例的混合物，负极制浆溶剂为去离子水，其中负极活性物质、导电剂、粘结剂三种组分的的质量百分含量分别为88～98%、0～2%、1～10%，注入负极制浆溶剂后，负极浆料的固含量为40~45%。

（3）隔膜采用PP/PP隔膜；

（4）将负极片、隔膜和正极片按照“Z”型叠片模式制成电池芯，正极极耳和负极极耳分别与正负极极片平焊在一起，用铝塑膜将其封装，向电池内按照5～10g/Ah注入凝胶电解液，封装后浸润，然后对电池芯抽真空，在50～100 ℃温度下烘烤12～36h令其成胶，化成后即得到凝胶电解液电池。凝胶电解质采用在常规的电解液中添加凝胶剂，电解液的溶质选自LiPF6（六氟磷酸锂），溶剂选自EC(碳酸乙烯酯）、DMC（碳酸二甲酯）、DEC（碳酸二乙酯）、EMC（碳酸甲乙酯）中一种，凝胶剂选自PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PAN（聚丙烯腈）、PEO（聚环氧乙烷）中一种，其中电解液的质量百分比浓度为13%～20%，凝胶剂的使用量与电解液质量比为1：0.6～1.5，作为优选，正极极耳为正极铝极耳，负极极耳为负极铜极耳。

将正极活性物质，负极活性物质，导电剂，粘结剂按照上述要求制浆，烘烤，辊压，叠片，将裸电芯用铝塑膜封装，按照上述方案注液，烘烤，化成。本发明制作电池流程如附图1所示，所得电芯外观如附图2所示。

本发明的电解液是胶冻状的，属于半固体的。凝胶电解液电池具有更高的电解液氧化还原窗口的优点而使其具有更好的安全性，由于电解液是半固体的，没有流动性，令其结构可塑性比较强，可以做成任意形状。

本发明所生产的电池可以广泛的应用到包括电动摩托车、电动工具、电动自行车、电动玩具、摄像机、笔记本电脑在内的各种用电器具。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）优异的安全可靠性，不易燃烧。由于采用凝胶电解液，电池中没有液体存在，很难造成电芯短路，起火。

（2）形状可塑性强，由于电芯全部为固体，一次可以制作出任意形状的电池，体积利用率高。

（3）更长得循环寿命。

（4）本发明工艺简单，容易制造和造作，安全性和稳定性好，可实现工业化生产。

附图说明

图1为本发明的制作流程图；

图2为本发明的电芯结构示意图；

图3为本发明实施例所得电芯的配方性能曲线图；

图4为本发明实施例所得电芯的循环性能曲线图。

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。

实施例1

（1）、正极极片的制备：将磷酸铁锂4500g、导电剂SP（导电炭黑）225g、粘结剂PVDF（聚偏氟乙烯）275g按照质量百分含量90%、4.5%、5.5%与N-甲基吡咯烷酮溶剂7500g混合，制成浆料，浆料的固含量为40%，将浆料涂覆在铝箔两面，在110℃下干燥，辊压，经辊压后得到厚度为162μ的极片，其压实密度为2.2g/cm³，得到正极极片。

（2）、负极极片的制备：将人造石墨和天然石墨的混合物3318g、导电剂SP(导电炭黑)42g、羧甲基纤维素钠CMC52.5g，丁苯橡胶SBR87.5g按照质量百分含量为94.8%：1.2%、1.5%、2.5%与去离子水混合，制成浆料，负极浆料的固含量为35%，将浆料均匀的涂覆在铜箔的两面，在110℃下干燥后，辊压，得到厚度为103μ的极片，其压实密度为1.6g/cm³，得到负极极片。

（3）、将极片进行剪裁，具体尺寸如下：正极极片尺寸(mm)：208×132×0.162；负极极片尺寸(mm)： 211×134×0.103；隔膜宽度(mm)：215。

（4）、按照“Z”型叠片模式将负极极片、隔膜、正极极片，按照“Z”型叠片模式叠成电池芯，电池芯分别与正极铝极耳和负极铜极耳焊接，并用铝塑膜热封成电池，如图2所示。

（5）、将干燥后的电池注入电解液、按照8g/Ah注入电解液，电解质采用在常规的电解液中添加凝胶剂，电解液的溶质选自LiPF6（六氟磷酸锂），溶剂选自EC(碳酸乙烯酯），电解液的质量百分比浓度为13%，凝胶剂选自PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），凝胶剂与电解液的质量比为1：1.5，封装后浸润36h后，对电池芯抽真空，在60℃干燥箱中干燥24h得到凝胶电解液电池。

实施例2

（1）、正极极片的制备：将磷酸铁锂5400g、导电剂导电石墨300g、粘结剂PVDF（聚偏氟乙烯）300g按照质量比90%：5%：5%与N-甲基吡咯烷酮溶剂混合7333g，制成浆料，浆料的固含量为45%，将浆料涂覆在铝箔两面，在150℃下干燥，辊压，经辊压后得到厚度为120μ的极片，其压实密度为2.0g/cm³，得到正极极片。

（2）、负极极片的制备：将人造石墨和天然石墨的混合物3800g、导电剂导电石墨40g、羧甲基纤维素钠CMC60g，丁苯橡胶SBR100g按照质量比为95%：1%：1.5%：2.5%与去离子水5524g混合，制成浆料，负极浆料的固含量为42%，将浆料均匀的涂覆在铜箔的两面，在95℃下干燥后，辊压，得到厚度为105μ的极片，其压实密度为1.3g/cm³，得到负极极片。

（4）、按照“Z”型叠片模式将负极极片、隔膜、正极极片、隔膜将极片叠成电芯，电池芯分别与正极铝极耳和负极铜极耳焊接，并用铝塑膜热封成电池，如图2所示。

（5）、向电池注入电解液、按照9g/Ah注入电解液，电解质采用在常规的电解液中添加凝胶剂，电解液的溶质选自LiPF6（六氟磷酸锂），溶剂选自DMC(碳酸二甲酯），电解液的质量百分比浓度为20%，凝胶剂选自PAN（聚丙烯腈），凝胶剂与电解液的质量比为1：0.6，封装后浸润36h后，对电池芯抽真空，在70 ℃干燥箱中干燥20h得到凝胶电解液电池。

对实施例得到的凝胶电解液电池进行测试，

1、测试条件：1c充放电，充电先恒流充电，截止电压3.65V；后恒压充电，恒压充电截止电流为500Ma,放电截止电压为2V。

测试结果：如图3所示，10C倍率放电容量保持在90%以上。

2、测试条件：1c充放电，充电过程中先恒流充电，截止电压3.65V；后恒压充电，恒压充电截止电流为500mA, 放电截止电压为2V。

测试结果：如图4所示，100次循环容量保持在85%以上。

Claims

1.一种凝胶电解液锂电池的制作方法，所述的凝胶电解液锂电池由壳体、正极极片、正极极耳、负极极片、负极极耳、凝胶电解液、隔膜组成，其特征在于，所述的制备方法为以下步骤：

（1）正极极片的制作：正极极片由正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性物质、导电剂、粘结剂组成，正极活性物质，导电剂和粘结剂在正极制浆溶剂中混合成浆料后，在正极集流体上涂覆，涂覆速度为10～20m/min，然后在80~150℃下干燥后，经滚压形成厚度为130~230μ的正极极片，正极极片的压实密度为1.7~2.6g/cm³；

（2）负极极片的制作：负极极片由负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性物质、导电剂、粘结剂组成，负极活性物质、导电剂和粘结剂在负极制浆溶剂中混合成浆料，在负极集流体上涂覆，涂覆速度为10～20m/min，然后在80~150℃下干燥后，经辊压后形成厚度为100~200μ的负极极片，负极极片的压实密度为1.0～2.0 g/cm³；

（3）隔膜采用PP/PP隔膜；

（4）将负极极片、隔膜和正极极片按照“Z”型叠片模式制成电池芯，正极极耳和负极极耳分别与正、负极极片平焊在一起，用铝塑膜将电池芯、正、负极耳封装成电池，向电池内按照5～10g/Ah注入凝胶电解液，封装后浸润，然后对电池芯抽真空，在50～100℃温度下烘烤12～36h令电解液成胶，化成后即得到凝胶电解液电池。

2.根据权利要求1所述的一种凝胶电解液锂电池的制作方法，其特征在于：正极集流体为铝箔，活性物质选自橄榄石结构LiFePO₄、层状LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3、固溶体xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂中一种或几种，其中，固溶体xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂中，0＜x＜1，导电剂选自导电炭黑、超导碳、导电石墨中的一种或几种，粘结剂为聚偏氟乙烯，正极制浆溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

3.根据权利要求1或2所述的一种凝胶电解液锂电池的制作方法，其特征在于：正极活性物质、导电剂、粘结剂三种组分的的质量百分含量分别为75～95%、0～20%、2～12%，注入正极制浆溶剂后，正极浆料的固含量为40~45%。

4.根据权利要求1所述的一种凝胶电解液锂电池的制作方法，其特征在于：负极集流体为铜箔，活性物质选自人造石墨、天然石墨中的一种或几种，导电剂选自导电炭黑、超导碳、导电石墨、碳纳米管中的一种或几种，粘结剂选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的一种或者两种，负极制浆溶剂为去离子水。

5.根据权利要求1或4所述的一种凝胶电解液锂电池的制作方法，其特征在于：负极活性物质、导电剂、粘结剂三种组分的质量百分含量分别为88～98%、0～2%、1～10%，注入负极制浆溶剂后，负极浆料的固含量为40~45%。

6.根据权利要求1所述的一种凝胶电解液锂电池的制作方法，其特征在于：正极极耳为正极铝极耳，负极极耳为负极铜极耳。

7.根据权利要求1所述的一种凝胶电解液锂电池的制作方法，其特征在于：所述的凝胶电解质是在电解液中添加凝胶剂，电解液的溶质选自六氟磷酸锂，溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中一种，凝胶剂选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷中一种，其中电解液的质量百分比浓度为13%～20%，凝胶剂的使用量与电解液质量比为1：0.6～1.5。