CN106450482A - 一种全固态软包锂离子电池制作方法 - Google Patents

一种全固态软包锂离子电池制作方法 Download PDF

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余佳川
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Abstract

本发明提供了一种全固态软包锂离子电池制作方法，包括有正极浆料配制、正/负极极片制作、电池装配、极组热处理、负压封装、测试，依次分为S1、S2、S3、S4、S5、S6，共6个步骤完成，该制作方法简单，制作成本低廉，相比于液态电解质锂离子电池，本方法制作的全固态软包锂离子电池在电池能量密度的提高、工作温度区间的拓宽、使用寿命方面的延长方面也有较大的发展空间，特别是电池安全性能有了极大的改善，有效的降低了电池起火爆炸的风险，在未来的锂电池技术及市场中具有极大的应用前景。

Description

一种全固态软包锂离子电池制作方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池制作方法，特别是一种全固态软包锂离子电池制作方法。
背景技术
锂离子电池以其高能量密度、长循环寿命、无记忆效应、可快速充放电及环境友好等优点，自投入市场以来一直备受瞩目，在3C产品、电动工具、电动自行车等中小型电池领域应用广泛。然而锂离子电池在电动汽车、规模储能等大型电池领域应用还存在障碍，首当其冲的就是安全问题。目前商品化锂离子电池一般采用易挥发、易燃、易爆的有机液态电解质，有机液体电解质容易腐蚀正、负极，会造成电池容量不可逆损失，同时在充放电过程中，会分解产生可燃气体，从而引起火灾和爆炸等严重的安全问题。在滥用状态下(如热冲击、过充、过放、短路等)安全问题更为严重。波音787飞机安全事故、三星Note 7手机自燃事故正是由液态电解质锂离子电池所引起。因此，将液体电解液替换成固体电解质、开发全固态锂离子电池，是从根本上解决电池安全问题的必经之路。
目前学术界及产业界对于全固态锂离子电池的研究重点仍然是固体电解质的开发及性能的提升，对于全固态电池制作工艺、整体结构设计的探索非常不足。目前已有的全固态锂离子电池生产工艺流程复杂，成本高昂，不适合大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于：克服以上已有技术的不足，提供一种制作简单、性价比高的全固态软包锂离子电池制作方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种全固态软包锂离子电池制备方法，包括有正极浆料配制、正/负极极片制作、电池装配、极组热处理、负压封装、测试，依次分为S1、S2、S3、S4、S5、S6，共6个步骤完成，其特征是：
所述步骤S1为正极浆料的配制，用以正极涂布；
所述步骤S2为正/负极极片的制作，用以引出正极耳与负极耳；
所述步骤S3为电池装配，将所述正/负极极片和固态电解质进行交错叠层，用以制作成为极组；
所述步骤S4为极组热处理，依次进行热压和高温存储，用以改善正/负极材料和固态电解质之间的接触；
所述步骤S5为负压封装，用以获得全固态软包锂离子电池；
所述步骤S6为测试，对电池进行充放电测试，用以筛选出合格的成品电池。
本发明提供的全固态软包锂离子电池制作方法，生产步骤简单，生产效率高效，生产成本低廉。
相比于液态电解质锂离子电池，本方法制作的全固态软包锂离子电池在电池能量密度的提高、工作温度区间的拓宽、使用寿命方面的延长方面也有较大的发展空间，特别是安全性能有了极大的改善，有效的降低了电池起火爆炸的风险，在未来的锂电池技术及市场中具有极大的应用前景。
附图说明
图1是本发明全固态软包锂离子电池制作流程图。
图2是本发明正极浆料的配制流程图。
图3是本发明正/负极极片制作流程图。
图4是本发明极组热处理工艺流程图。
图5是本发明全固态软包锂离子电池的充放电曲线图，其中正极活性物质为LiFePO4，电解质为PEO基聚合物电解质，负极为金属锂片，充放电电压范围为2.5V～3.7V。
具体实施方式
请参阅图1至图5，为本发明具体实施方式。
从图1至图3可以看出：
一种全固态软包锂离子电池的制作方法，包括有正极浆料配制、正/负极极片制作、电池装配、极组热处理、负压封装、测试，依次分为S1、S2、S3、S4、S5、S6，共6个步骤完成，其中：
所述步骤S1为正极浆料的配制，用以正极涂布。正极浆料由正极活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂组成，正极活性物质选用磷酸铁锂(LiFePO4)、粘结剂选用聚环氧乙烷-聚偏氟乙烯(PEO-PVDF)复合溶液，导电剂为导电碳黑(Super P)，溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，正极浆料的配制，还包括S11、S12、S13、S14、S15，共5个步骤，其中所述步骤S11为备料，按正极活性物质、粘结剂和导电剂质量比为80:10:10准备正极材料；
所述步骤S12为原料烘干，将正极活性物质、粘结剂、导电剂在100℃～200℃下，真空干燥4h～12h；
所述步骤S13为粘结剂搅拌，将粘结剂和有机溶剂真空搅拌2h～4h，真空度为-0.08～-0.1MPa；
所述步骤S14为导电胶制作，将导电剂加入到S13混合液体中，真空搅拌0.5h～2h，真空度为-0.08～-0.1MPa；
所述步骤S15为浆料搅拌，将正极活性物质加入到S14混合液体中，真空搅拌4h～8h，真空度为-0.08～-0.1MPa；从而获得该全固态软包锂离子电池正极浆料。
所述步骤S2为正/负极极片的制作，还包括步骤S21、S22、S23、S24、S25，共5个步骤，其中：所述步骤S21为正极涂布，将正极浆料涂覆到正极集流体上，正极集流体材质为铝。
所述步骤S22为正极碾压裁切，用以获得规定尺寸。
所述步骤S23为正极极耳焊接，正极极耳材质为铝。
所述步骤S24为负极裁切，负极活性物质为金属锂片，其厚度为0.2mm。直接装配到固体电解质的表面，然后进行裁切成规定尺寸。
所述步骤S25为负极极耳引出，负极极耳为镍极耳。使用物理压合的方式将镍极耳压合到负极材料金属锂上。
所述步骤S3为电池装配，将所述正负极极片和固态电解质进行交错叠层。电池极芯采用叠片式装配，采用正极极片、电解质、负极极片交错的方式进行层叠。其中，所述固体电解质材料为以无纺布为骨架，以双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)为锂盐，以聚环氧乙烷(PEO)复合材料为电解质基体，该固态聚合物电解质室温电导率可达到10-4S/cm数量级。
所述步骤S4为极组热处理，还包括步骤S41、S42共2个步骤，用以改善正负极材料和固态电解质之间的接触，其中：
所述步骤S41为极组热压工艺，用以改善正负极材料与固态电解质之间的界面接触。选择热压时间为30s，热压温度为100℃，热压压力为100MPa。
所述步骤S42为极组高温存储工艺，用以改善正/负极材料与固态电解质之间的界面接触。选择存储温度为120℃，存储时间为12h。
所述步骤S5为负压封装，将热处理后的极组进行绝缘封装，封装壳采用铝塑膜，封装采用负压封装工艺，以获得全固态软包锂离子电池结构。
所述步骤S6为测试，将成品电池放置于测试柜中进行充放电测试，用以筛选出合格的成品电池。
从图5可以看出：
根据该方法制作的全固态软包锂离子电池，其首周放电容量可达到128.8mAh/g，其中正极电活性物质为磷酸铁锂。充放电倍率为0.2C，充放电电压范围为2.5V～3.7V。
以上实施例，均为说明本发明的较佳实施例，用以说明本发明的技术特征和可实施性，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专业人士应可明了并加以实施。因此其他在未脱离本发明所揭示的前提下，完成的等效的改变或修饰，均包含在所述的申请专利范围之内。

Claims (4)

1.一种全固态软包锂离子电池制备方法，包括有正极浆料配制、正/负极极片制作、电池装配、极组热处理、负压封装、测试，依次分为S1、S2、S3、S4、S5、S6，共6个步骤完成，其特征是：
所述步骤S1为正极浆料的配制，用以正极涂布；
所述步骤S2为正/负极极片的制作，用以引出正极耳与负极耳；
所述步骤S3为电池装配，将所述正/负极极片和固态电解质进行交错叠层，用以制作成为极组；
所述步骤S4为极组热处理，依次进行热压和高温存储，用以改善正/负极材料和固态电解质之间的接触；
所述步骤S5为负压封装，用以获得全固态软包锂离子电池；
所述步骤S6为测试，对电池进行充放电测试，用以筛选出合格的成品电池。
2.如权利要求1所述一种全固态软包锂离子电池制备方法，其特征是：
所述步骤S1为正极浆料的配制，正极浆料由正极活性物质、粘结剂、导电剂和溶剂组成，正极活性物质选用磷酸铁锂(LiFePO4)、粘结剂选用聚环氧乙烷-聚偏氟乙烯(PEO-PVDF)复合溶液，导电剂为导电碳黑(Super P)，溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，正极浆料的配制，还包括S11、S12、S13、S14、S15，共5个步骤，其中：
所述步骤S11为备料，按正极活性物质、粘结剂和导电剂质量比为80:10:10准备正极材料；
所述步骤S12为原料烘干，将正极活性物质、粘结剂、导电剂在100℃～200℃下，真空干燥4h～12h；
所述步骤S13为粘结剂搅拌，将粘结剂和有机溶剂真空搅拌2h～4h，真空度为-0.08～-0.1MPa；
所述步骤S14为导电胶制作，将导电剂加入到S13混合液体中，真空搅拌0.5h～2h，真空度为-0.08～-0.1MPa；
所述步骤S15为浆料搅拌，将正极活性物质加入到S14混合液体中，真空搅拌4h～8h，真空度为-0.08～-0.1MPa；从而获得该全固态软包锂离子电池正极浆料。
3.如权利要求1所述一种全固态软包锂离子电池制备方法，其特征是：
所述步骤S2，还包括步骤S21、S22、S23、S24、S25，共5个步骤，其中：
所述步骤S21为正极涂布，将正极浆料涂覆到正极集流体上，正极集流体材质为铝；
所述步骤S22为正极碾压裁切，用以获得规定尺寸；
所述步骤S23为正极极耳焊接，正极极耳材质为铝；
所述步骤S24为负极裁切，负极材料为金属锂，直接装配到固体电解质的表面，然后进行裁切成规定尺寸；
所述步骤S25为负极极耳引出，负极极耳为镍，使用物理压合的方式将镍极耳压合到负极材料金属锂上。
4.如权利要求1所述一种全固态软包锂离子电池制备方法，其特征是：
所述步骤S4为极组热处理，还包括步骤S41、S42共2个步骤：
所述步骤S41为极组热压工艺，用以改善正/负极材料与固态电解质之间的界面接触，选择热压时间为30s，选择热压温度为100℃，选择热压压力为100MPa；
所述步骤S42为极组高温存储工艺，用以改善正/负极材料与固态电解质之间的界面接触，选择温度为120℃，选择存储时间为12h。
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