CN108400378A - 一种柔性的全固态锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性全固态锂离子电池，其特征在于：包括高水氧阻隔性和柔性的封装材料和置于材料内部的电池组，还公开了一种柔性全固态锂离子电池的制备工艺，其特征在于：包括第一极片的制备、第二极片的制备以及电池组装。本发明的优点是：与传统的液态锂离子电池相比，全固态锂电池由于采用固态电解质，可以实现电池的弯折性能、柔性的全固态锂电池不仅可以适用于一些微型、便携式的电子设备中，同时也可用于可穿戴的电子产品中。

Description

一种柔性的全固态锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及柔性锂离子电池技术领域，尤其涉及了一种柔性全固态锂离子电池，还涉及了一种柔性全固态锂离子电池的制备工艺。
背景技术
近年来，随着智能可穿戴设备的快速发展以及曲面、柔性屏幕技术的推广，柔性电子正向便携式、可弯折、高效率、低成本和可循环利用方向发展，开发具有弯折稳定性的高容量和高安全性的柔性锂离子电池成为储能领域研究的热点之一。
因此，需要寻求一种新的技术来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是：针对上述不足，提供一种柔性的全固态锂离子电池及其制备工艺，这种制备工艺简单且能大规模生产高容量的、高安全性和柔性的全固态锂离子电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种柔性全固态锂离子电池，包括高水氧阻隔性和柔性的封装材料和置于材料内部的电池组。
高水氧阻隔性和柔性的封装材料为铝塑膜、柔性电路板或高阻隔性聚合物复合膜中的一种。
高阻隔性聚合物复合膜由高阻隔性聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氯乙烯(PVDC)以及聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)中的一种构成。
电池组包括第一极片和第二极片。
第一极片由负极集流体层、负极浆料以及无机-有机复合固态电解质膜层构成。
其中，负极集流体层包括铜箔、涂炭铜箔或涂石墨烯铜箔中一种。
负极浆料由负极活性材料、导电剂、锂盐和粘结剂构成，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；负极活性材料为石墨，导电剂为SP导电碳材料，锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和二草酸硼酸锂中的一种或多种，粘结剂为聚偏氟乙烯。
无机-有机复合的固态电解质膜层包括陶瓷粉体、锂盐、聚合物和粘结剂，溶剂为N-甲基吡咯烷或二甲基甲酰胺中的一种；陶瓷粉体为锂镧钛氧、锂镧锆氧和锂镧锆钽氧中的一种或多种，聚合物为聚偏氟乙烯、聚环氧丙烷、聚硅氧烷、聚酰亚胺和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种，锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和二草酸硼酸锂中的一种或多种，粘结剂为聚偏氟乙烯。
第二极片由正极集流体层、正极浆料以及无机-有机复合固态电解质膜层构成。
其中，所述正极集流体层包括铝箔、涂炭铝箔或涂石墨烯铝箔中一种。
正极浆料由正极活性材料、导电剂、锂盐和粘结剂构成，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；正极活性材料为钴酸锂、磷酸铁铁和镍钴锰三元材料中的一种或多种，导电剂为碳纳米管(CNTs)、SP导电碳和碳纤维中的一种或多种，锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和二草酸硼酸锂中的一种或多种，粘结剂为聚偏氟乙烯。
无机-有机复合的固态电解质膜层包括陶瓷粉体、锂盐、聚合物和粘结剂，溶剂为N-甲基吡咯烷或二甲基甲酰胺中的一种；陶瓷粉体为锂镧钛氧、锂镧锆氧和锂镧锆钽氧中的一种或多种，聚合物为聚偏氟乙烯、聚环氧丙烷、聚硅氧烷、聚酰亚胺和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种，锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和二草酸硼酸锂中的一种或多种，粘结剂为聚偏氟乙烯。
一种柔性全固态锂离子电池的制备工艺，包括第一极片的制备、第二极片的制备以及电池组装，
其中，第一极片的制备：在负极集流体层上涂覆负极浆料，将涂覆后的极片真空干燥12h，然后将烘干后的极片进行辊压，将处理好的极片进一步真空干燥；再在负极极片上涂覆一层无机-有机复合电解质浆料，然后进行真空干燥；
第二极片的制备：在正极集流体层上涂覆负极浆料，将涂覆后的极片真空干燥12h，然后将烘干后的极片进行辊压，将处理好的极片进一步真空干燥；再在正极极片上涂覆一层无机-有机复合电解质浆料，然后进行真空干燥；
电池组装:将第一极片和第二极片分别裁切，在第一级片和第二极片的顶端留出极耳部分，然后将第一极片和第二极片贴合在一起，采用高温胶带将其固定，然后用封装材料封装，最后用冷热压机对电池进行高温压合，柔性的全固态锂离子电池就制备完成了。
采用热封或胶封进行封装；热封的温度为130-200℃，热封时间3-10s，封装胶是硅胶、OCA固化胶或UV固化胶中的一种，冷压的压力为0.1-1MPa，冷压时间为10-60s。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：与传统的液态锂离子电池相比，全固态锂电池由于采用固态电解质，可以实现电池的弯折性能、柔性的全固态锂电池不仅可以适用于一些微型、便携式的电子设备中，同时也可用于可穿戴的电子产品中；本发明采用了无机-有机复合固态电解质，提供一种柔性的全固态锂离子电池及其制备工艺，这种制备工艺简单且能大规模生产高容量的、高安全性和柔性的全固态锂离子电池。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
一种柔性全固态锂离子电池，包括高水氧阻隔性和柔性的封装材料和置于材料内部的电池组。
高水氧阻隔性和柔性的封装材料高阻隔性聚合物复合膜。
高阻隔性聚合物复合膜由高阻隔性聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氯乙烯(PVDC)以及聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)中的一种构成，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
电池组包括第一极片和第二极片。
第一极片由负极集流体层、负极浆料以及无机-有机复合固态电解质膜层构成。
其中，负极集流体层包括涂炭铜箔。
负极浆料由负极活性材料、导电剂、锂盐和粘结剂构成，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；负极活性材料为石墨，导电剂为SP导电碳材料，锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
无机-有机复合的固态电解质膜层包括陶瓷粉体、锂盐、聚合物和粘结剂，溶剂为N-甲基吡咯烷或二甲基甲酰胺中的一种；陶瓷粉体为锂镧锆氧，聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯中，锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
第二极片由正极集流体层、正极浆料以及无机-有机复合固态电解质膜层构成。
其中，所述正极集流体层包括涂炭铝箔。
正极浆料由正极活性材料、导电剂、锂盐和粘结剂构成，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；正极活性材料为镍钴锰三元材料，导电剂为SP导电碳，锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
无机-有机复合的固态电解质膜层包括陶瓷粉体、锂盐、聚合物和粘结剂，溶剂为二甲基甲酰胺；陶瓷粉体为锂镧锆钽氧，聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯，锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
一种柔性全固态锂离子电池的制备工艺，包括第一极片的制备、第二极片的制备以及电池组装，
其中，第一极片的制备：在负极集流体层上涂覆负极浆料，将涂覆后的极片真空干燥12h，然后将烘干后的极片进行辊压，将处理好的极片进一步真空干燥；再在负极极片上涂覆一层无机-有机复合电解质浆料，然后进行真空干燥；
第二极片的制备：在正极集流体层上涂覆负极浆料，将涂覆后的极片真空干燥12h，然后将烘干后的极片进行辊压，将处理好的极片进一步真空干燥；再在正极极片上涂覆一层无机-有机复合电解质浆料，然后进行真空干燥；
电池组装:将第一极片和第二极片分别裁切，在第一级片和第二极片的顶端留出极耳部分，然后将第一极片和第二极片贴合在一起，采用高温胶带将其固定，然后用封装材料封装，采用热封或胶封进行封装；热封的温度为180℃，热封时间5s。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：与传统的液态锂离子电池相比，全固态锂电池由于采用固态电解质，可以实现电池的弯折性能、柔性的全固态锂电池不仅可以适用于一些微型、便携式的电子设备中，同时也可用于可穿戴的电子产品中；本发明采用了无机-有机复合固态电解质，提供一种柔性的全固态锂离子电池及其制备工艺，这种制备工艺简单且能大规模生产高容量的、高安全性和柔性的全固态锂离子电池。
实施例二：
一种柔性全固态锂离子电池，包括高水氧阻隔性和柔性的封装材料和置于材料内部的电池组。
高水氧阻隔性和柔性的封装材料为铝塑膜。
电池组包括第一极片和第二极片。
第一极片由负极集流体层、负极浆料以及无机-有机复合固态电解质膜层构成。
其中，负极集流体层包括铜箔。
负极浆料由负极活性材料、导电剂、锂盐和粘结剂构成，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；负极活性材料为石墨，导电剂为SP导电碳材料，锂盐为六氟磷酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
无机-有机复合的固态电解质膜层包括陶瓷粉体、锂盐、聚合物和粘结剂，溶剂为二甲基甲酰胺中的一种；陶瓷粉体为锂镧钛氧，聚合物为聚酰亚胺，锂盐为六氟磷酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
第二极片由正极集流体层、正极浆料以及无机-有机复合固态电解质膜层构成。
其中，所述正极集流体层包括铝箔。
正极浆料由正极活性材料、导电剂、锂盐和粘结剂构成，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；正极活性材料为钴酸锂，导电剂为碳纤维，锂盐为六氟磷酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
无机-有机复合的固态电解质膜层包括陶瓷粉体、锂盐、聚合物和粘结剂，溶剂为N-甲基吡咯烷或二甲基甲酰胺中的一种；陶瓷粉体为锂镧锆氧，聚合物为聚酰亚胺，锂盐为六氟磷酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
一种柔性全固态锂离子电池的制备工艺，包括第一极片的制备、第二极片的制备以及电池组装，
其中，第一极片的制备：在负极集流体层上涂覆负极浆料，将涂覆后的极片真空干燥12h，然后将烘干后的极片进行辊压，将处理好的极片进一步真空干燥；再在负极极片上涂覆一层无机-有机复合电解质浆料，然后进行真空干燥；
第二极片的制备：在正极集流体层上涂覆负极浆料，将涂覆后的极片真空干燥12h，然后将烘干后的极片进行辊压，将处理好的极片进一步真空干燥；再在正极极片上涂覆一层无机-有机复合电解质浆料，然后进行真空干燥；
电池组装:将第一极片和第二极片分别裁切，在第一级片和第二极片的顶端留出极耳部分，然后将第一极片和第二极片贴合在一起，采用高温胶带将其固定，然后用封装材料封装，最后用冷热压机对电池进行高温压合，封装胶是OCA 固化胶，冷压的压力为0.1-1MPa，冷压时间为30s。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：与传统的液态锂离子电池相比，全固态锂电池由于采用固态电解质，可以实现电池的弯折性能、柔性的全固态锂电池不仅可以适用于一些微型、便携式的电子设备中，同时也可用于可穿戴的电子产品中；本发明采用了无机-有机复合固态电解质，提供一种柔性的全固态锂离子电池及其制备工艺，这种制备工艺简单且能大规模生产高容量的、高安全性和柔性的全固态锂离子电池。
实施例三：
一种柔性全固态锂离子电池，包括高水氧阻隔性和柔性的封装材料和置于材料内部的电池组。
高水氧阻隔性和柔性的封装材料为高阻隔性聚合物复合膜。
高阻隔性聚合物复合膜由高阻隔性聚酰亚胺(PI)。
电池组包括第一极片和第二极片。
第一极片由负极集流体层、负极浆料以及无机-有机复合固态电解质膜层构成。
其中，负极集流体层包括涂石墨烯铜箔。
负极浆料由负极活性材料、导电剂、锂盐和粘结剂构成，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；负极活性材料为石墨，导电剂为SP导电碳材料，锂盐为二草酸硼酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
无机-有机复合的固态电解质膜层包括陶瓷粉体、锂盐、聚合物和粘结剂，溶剂为二甲基甲酰胺中的一种；陶瓷粉体为锂镧锆氧，聚合物为聚偏氟乙烯，锂盐为六氟磷酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
第二极片由正极集流体层、正极浆料以及无机-有机复合固态电解质膜层构成。
其中，所述正极集流体层包括涂石墨烯铝箔。
正极浆料由正极活性材料、导电剂、锂盐和粘结剂构成，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；正极活性材料为磷酸铁铁，导电剂为碳纳米管(CNTs)，锂盐为六氟磷酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
无机-有机复合的固态电解质膜层包括陶瓷粉体、锂盐、聚合物和粘结剂，溶剂为N-甲基吡咯烷或二甲基甲酰胺中的一种；陶瓷粉体为锂镧钛氧，聚合物为聚偏氟乙烯，锂盐为六氟磷酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯。
一种柔性全固态锂离子电池的制备工艺，包括第一极片的制备、第二极片的制备以及电池组装，
其中，第一极片的制备：在负极集流体层上涂覆负极浆料，将涂覆后的极片真空干燥12h，然后将烘干后的极片进行辊压，将处理好的极片进一步真空干燥；再在负极极片上涂覆一层无机-有机复合电解质浆料，然后进行真空干燥；
第二极片的制备：在正极集流体层上涂覆负极浆料，将涂覆后的极片真空干燥12h，然后将烘干后的极片进行辊压，将处理好的极片进一步真空干燥；再在正极极片上涂覆一层无机-有机复合电解质浆料，然后进行真空干燥；
电池组装:将第一极片和第二极片分别裁切，在第一级片和第二极片的顶端留出极耳部分，然后将第一极片和第二极片贴合在一起，采用高温胶带将其固定，然后用封装材料封装，最后用冷热压机对电池进行高温压合，柔性的全固态锂离子电池就制备完成了，封装胶是UV固化胶，冷压的压力为0.1-1MPa，冷压时间为50s。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：与传统的液态锂离子电池相比，全固态锂电池由于采用固态电解质，可以实现电池的弯折性能、柔性的全固态锂电池不仅可以适用于一些微型、便携式的电子设备中，同时也可用于可穿戴的电子产品中；本发明采用了无机-有机复合固态电解质，提供一种柔性的全固态锂离子电池及其制备工艺，这种制备工艺简单且能大规模生产高容量的、高安全性和柔性的全固态锂离子电池
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柔性全固态锂离子电池，其特征在于：包括高水氧阻隔性和柔性的封装材料和置于材料内部的电池组。
2.根据权利要求1所述的一种柔性全固态锂离子电池，其特征在于：所述高水氧阻隔性和柔性的封装材料为铝塑膜、柔性电路板或高阻隔性聚合物复合膜中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种柔性全固态锂离子电池，其特征在于：所述高阻隔性聚合物复合膜由高阻隔性聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氯乙烯(PVDC)以及聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)中的一种构成。
4.根据权利要求1所述的一种柔性全固态锂离子电池，其特征在于：所述电池组包括第一极片和第二极片。
5.根据权利要求4所述的一种柔性全固态锂离子电池，其特征在于：所述第一极片由负极集流体层、负极浆料以及无机-有机复合固态电解质膜层构成。
6.根据权利要求4所述的一种柔性全固态锂离子电池，其特征在于：所述第二极片由正极集流体层、正极浆料以及无机-有机复合固态电解质膜层构成。
7.一种柔性全固态锂离子电池的制备工艺，其特征在于：包括第一极片的制备、第二极片的制备以及电池组装，
其中，第一极片的制备：在负极集流体层上涂覆负极浆料，将涂覆后的极片真空干燥12h，然后将烘干后的极片进行辊压，将处理好的极片进一步真空干燥；再在负极极片上涂覆一层无机-有机复合电解质浆料，然后进行真空干燥；
第二极片的制备：在正极集流体层上涂覆负极浆料，将涂覆后的极片真空干燥12h，然后将烘干后的极片进行辊压，将处理好的极片进一步真空干燥；再在正极极片上涂覆一层无机-有机复合电解质浆料，然后进行真空干燥；
电池组装:将第一极片和第二极片分别裁切，在第一级片和第二极片的顶端留出极耳部分，然后将第一极片和第二极片贴合在一起，采用高温胶带将其固定，然后用封装材料封装，最后用冷热压机对电池进行高温压合，柔性的全固态锂离子电池就制备完成了。
8.根据权利要求7所述的一种柔性全固态锂离子电池的制备工艺，其特征在于：采用热封或胶封进行封装；热封的温度为130-200℃，热封时间3-10s，封装胶是硅胶、OCA固化胶或UV固化胶中的一种，冷压的压力为0.1-1MPa，冷压时间为10-60s。
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