CN108232306A - 一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法 - Google Patents

一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述正极片、负极片按照有正极敷料区的位置必须有负极敷料区覆盖的原则，采用交错结构工艺进行极片制作，然后将所制得的正、负极片与单面涂覆陶瓷加聚偏氟乙烯的PE膜或者是PP的涂层隔膜经卷绕、封装、注液制成待化成电池。所述将待化成电池进行高温热压、低温冷压和陈化后，再经过高温压力化成后制得高能量密度聚合物锂离子电池。本发明通过正、负极采用交错结构以及隔膜单面涂覆纳米陶瓷氧化物加聚偏氟乙烯，能增加电池的平整度和硬度，具有高能量密度的同时，也具有良好的安全性能以及循环性能。

Description

一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池设计与制造技术领域，具体涉及一种能应用于智能手机、平板电脑等消费类电子产品的高电压高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法。
背景技术
聚合物锂离子电池结构尺寸的灵活性广泛应用于手机、平板电脑等消费类电子产品中，但是随着手机、平板电脑等消费类电子产品的大屏化，智能化以及使用频率的增加，对聚合物锂离子电池的体积能量密度、循环寿命、安全性要求越来越高。
将锂离子电池电压由4.2V提升至4.35V，可以提升锂离子电池体积能量密度，但是高电压的情况下，正极表面具有高的氧化电位，隔膜极易被氧化，影响电池的循环性能。采用更薄的隔膜也可以增加锂离子电池的体积能量密度，但由于隔膜越薄，其抗穿刺强度差，影响电池的安全性能。在隔膜上涂覆纳米陶瓷氧化物，既可以抗氧化，也能够提升安全性能，有利于配合高电压电池体系的使用。隔膜上涂覆聚偏氟乙烯能够将正极片、负极片、隔膜接触更紧密，降低电池内阻，提高电池循环性能。
本发明提供一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，从锂离子电池内部结构方面，采用单面涂覆纳米陶瓷氧化物加聚偏氟乙烯隔膜，充分利用锂离子电池空间结构，制造出高的体积能量密度、长循环、高安全性能的聚合物锂离子电池。
发明内容
本发明目的在于提供了一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，为了实现上述发明目的，本发明采取了以下技术方案：
一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将正、负极片按照有正极敷料区的位置必须有负极敷料区覆盖的原则，采用交错结构工艺进行极片制作，然后将所制得的正极片、负极片与单面涂层隔膜经卷绕、封装、注液制成待化成电池；
（2）将待化成电池进行高温热压、低温冷压和陈化后，再进行经过高温压力化成后制得高能量密度聚合物锂离子电池。
所述单面涂层隔膜为单面涂覆纳米陶瓷氧化物与聚偏氟乙烯的PE膜或者是PP膜；卷绕时，隔膜的涂层面对着正极片，非涂层面对着负极片。
所述的交错结构即为正极片、负极片头部极耳位附近都有一段空箔位区，卷绕时正极极耳（a）恰好落在负极空箔区（2），负极极耳（b）恰好落在正极空箔区（1），如图1所示。
所述高温热压的参数为：高温70℃~80℃、气压0.4 MPa~0.6 MPa、时间90min~120min。
所述低温冷压的参数为：低温15℃~20℃、气压0.4 MPa~0.6 MPa、时间60min~90min。
所述陈化的参数为常温25℃~30℃，搁置24~26h或者是高温40℃~45℃，搁置14h~18h。
所述隔膜基膜厚度为7μm或者是9μm。
本发明的有益效果在于：
（1）正极极耳与负极极耳附近设置空箔，当遇到大电流或者是内部高温时能够迅速将热量导出，减少电池起火或者燃烧的风险，提升电池安全性能；同时也充分利用极片空间结构，提高电池容量；
（2）采用基膜为7μm或者是9μm单面涂覆纳米陶瓷氧化物与聚偏氟乙烯的PE膜或者是PP膜，有以下优点：a、陶瓷能使隔膜在180℃高温情况下形体保持良好，避免隔膜收缩造成内部短路，提高电池安全性能；b、陶瓷也可以抗氧化，由于涂层面对着正极，在正极高的氧化电位下避免隔膜氧化变质，提升电池循环性能和安全性能；c、聚偏氟乙烯能够使隔膜与正极材料聚合，减少隔膜与极片的空间缝隙，增加电池硬度以及空间利用率，降低电池内阻，提高电池循环性能以及能量密度；
（3）利用本发明制得的聚合物锂离子电池，其体积能量密度可达630Wh/L ~670Wh/L，1C充电放电循环750次容量保持大于80%，能够通过UL1642安全测试标准。
附图说明
图1为正极片、负极片、隔膜卷绕后第一层结构示意图。图中1-正极空箔区、2-负极空箔区、a-正极极耳、b-负极极耳。
图2为通过本发明实施例1的1C充电放电循环曲线图。
图3为通过本发明实施例2的1C充电放电循环曲线图。
图4为通过本发明实施例3的1C充电放电循环曲线图。
具体实施方式
为了使本发明能够清楚、明白，下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明：
实施例1：一种高能量密度聚合物锂离子电池，包括如下步骤：
A、正极采用4.35V高电压钴酸锂，负极材料为人造石墨，按照常规制浆工艺制成浆料，然后按照有正极敷料区的位置必须有负极敷料区原则，采用交错结构工艺进行极片制作，然后将所制得的正极片、负极片与单面涂覆陶瓷与聚偏氟乙烯的PE膜进行卷绕，隔膜的涂层面对着正极片，非涂层面对着负极片，正极极耳（a）恰好落在负极空箔区（2），负极极耳（b）恰好落在正极空箔区（1），制得卷芯；
B、将所制得的卷芯经过封装、注液制成待化成电芯并对其进行常温28℃，搁置24h进行陈化。其中铝塑包装膜为昭和膜，电解液型号为JN-1606；
C、将陈化电芯置于高温环境中进行热压，参数为高温70℃、气压0.4 MPa、时间100min,。然后转入低温环境中进行冷压，参数为低温15℃、气压0.5 MPa、时间70min，得到聚合电芯；
D、将聚合后的电芯按常规工艺进行高温压力化成、真空二封抽气、整形、分容后，制得型号为435768的聚合物锂离子电池。本发明对制得的聚合物锂离子电池进行性能检测结果见表1，其安全测试标准按照UL1642测试标准。
表1为本发明实施例1制得的聚合物锂离子电池性能测试结果。
表1
实施例2：一种高能量密度聚合物锂离子电池，包括如下步骤：
A、正极采用4.35V高电压钴酸锂，负极材料为人造石墨，按照常规制浆工艺制成浆料，然后按照有正极敷料区的位置必须有负极敷料区原则，采用交错结构工艺进行极片制作，然后将所制得的正极片、负极片与单面涂覆陶瓷与聚偏氟乙烯的PE膜进行卷绕，隔膜的涂层面对着正极片，非涂层面对着负极片，正极极耳（a）恰好落在负极空箔区（2），负极极耳（b）恰好落在正极空箔区（1），制得卷芯；
B、将所制得的卷芯经过封装、注液制成待化成电芯并对其进行高温45℃，搁置17h进行陈化。其中铝塑包装膜为昭和膜，电解液型号为JN-1606；
C、将陈化电芯置于高温环境中进行热压，参数为高温75℃、气压0.5MPa、时间110min,。然后转入低温环境中进行冷压，参数为低温18℃、气压0.5 MPa、时间80min，得到聚合电芯；
D、将聚合后的电芯按常规工艺进行高温压力化成、真空二封抽气、整形、分容后，制得型号为515978的聚合物锂离子电池。本发明对制得的聚合物锂离子电池进行性能检测结果见表2，其安全测试标准按照UL1642测试标准。
表2为本发明实施例2制得的聚合物锂离子电池性能测试结果。
表2
实施例3：一种高能量密度聚合物锂离子电池，包括如下步骤：
A、正极采用4.35V高电压钴酸锂，负极材料为人造石墨，按照常规制浆工艺制成浆料，然后按照有正极敷料区的位置必须有负极敷料区原则，采用交错结构工艺进行极片制作，然后将所制得的正极片、负极片与单面涂覆陶瓷与聚偏氟乙烯的PE膜进行卷绕，隔膜的涂层面对着正极片，非涂层面对着负极片，正极极耳（a）恰好落在负极空箔区（2），负极极耳（b）恰好落在正极空箔区（1），制得卷芯；
B、将所制得的卷芯经过封装、注液制成待化成电芯并对其进行常温25℃，搁置26h进行陈化。其中铝塑包装膜为昭和膜，电解液型号为JN-1606；
C、将陈化电芯置于高温环境中进行热压，参数为高温75℃、气压0.6MPa、时间120min,。然后转入低温环境中进行冷压，参数为：低温20℃、气压0.6 MPa、时间90min，得到聚合电芯；
D、将聚合后的电芯按常规工艺进行高温压力化成、真空二封抽气、整形、分容后，制得型号为376390的聚合物锂离子电池。本发明对制得的聚合物锂离子电池进行性能检测结果见表3，其安全测试标准按照UL1642测试标准。
表3为本发明实施例3制得的聚合物锂离子电池性能测试结果。
表3
综合实施例1、2、3，利用本发明制得的聚合物锂离子电池，其体积能量密度可达630Wh/L~670Wh/L、1.0C循环750次容量保持大于80%，其安全性能可以通过UL1642测试标准。
以上所述仅是本发明结合实施方式做出进一步说明，应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将正、负极片按照有正极敷料区的位置必须有负极敷料区覆盖的原则，采用交错结构工艺进行极片制作，然后将所制得的正极片、负极片与单面涂层隔膜经卷绕、封装、注液制成待化成电池；
（2）将待化成电池进行高温热压、低温冷压和陈化后，再进行经过高温压力化成后制得高能量密度聚合物锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述的单面涂层隔膜为单面涂覆纳米陶瓷氧化物与聚偏氟乙烯的PE膜或者是PP膜；卷绕时，隔膜的涂层面对着正极片，非涂层面对着负极片。
3.根据权利要求1所述的一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述的交错结构即为正极片、负极片头部极耳位附近都有一段空箔位区，卷绕时正极极耳恰好落在负极空箔区，负极极耳恰好落在正极空箔区。
4. 根据权利要求1所述的一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述高温热压的参数为：高温70℃~80℃、气压0.4 MPa ~0.6 MPa、时间90min~120min。
5. 根据权利要求1所述的一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述低温冷压的参数为：低温15℃~20℃、气压0.4 MPa ~0.6 MPa、时间60min~90min。
6.根据权利要求1所述的一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述陈化的参数为常温25℃~30℃，搁置24~26h或者是高温40℃~45℃，搁置14h~18h。
7.根据权利要求1所述的一种高能量密度聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述隔膜基膜厚度为7μm或者是9μm。
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