CN110957524A - 一种容量高的锂离子电池及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种容量高的锂离子电池，包括电芯和外壳，电芯密封在外壳内；电芯由正极、负极和隔膜卷绕或者折叠而成，电芯上浸有电解液，隔膜上接枝有甲基丙烯酸甲酯的单体或者聚合物。在本发明中，由于在隔膜上接枝有甲基丙烯酸甲酯聚合物或者有甲基丙烯酸乙酯掺杂的甲基丙烯酸甲酯聚合物，使得隔膜对电解液的亲和力更强，并且聚合物在隔膜表面形成一个三维网状结构使得隔膜能够吸收更多的电解液，并且浸润电解液的时间大大缩短，这能够提高锂离子电池的放电比容量，并且能够大大的缩短锂离子电池的封装时间。

Description

一种容量高的锂离子电池及制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种容量高的锂离子电池及制备方法，其隔膜对电解液的浸润性好，隔膜能够吸收更多的电解液。
背景技术
锂离子电池因具有功率大、能量密度高、循环寿命长、自放电容量低等优异性能而在移动电子设备及电动汽车等领域得到广泛应用。
目前对于锂离子电池的改进主要是集中在电解液、正极活性材料和负极材料上，对隔膜的关注远没有上面三种关注的多，实际上随着锂离子电池性能要求的提高对隔膜材料提出了越来越高的要求。锂离子电池中隔膜的主要作用是物理分隔开正负极以防止电池短路，并提供锂离子传输通道以确保锂离子能通过隔膜在电极之间来回穿梭。目前，商业化锂离子电池的隔膜材料主要是烯烃类聚合物，如聚乙烯( PE) 和聚丙烯( PP)。聚烯烃隔膜具有成本低、孔结构适宜、机械性能及热闭孔性能良好等优点，然而其热稳定性较差，对液体电解液的浸润性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种隔膜能够吸收更多电解液的容量高的锂离子电池及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种容量高的锂离子电池，包括电芯和外壳，所述电芯密封在外壳内；所述电芯由正极、负极和隔膜卷绕或者折叠而成，所述电芯上浸有电解液，所述隔膜上接枝有甲基丙烯酸甲酯的单体或者聚合物。
上述的容量高的锂离子电池，优选的，所述隔膜上还接枝有甲基丙烯酸乙酯的单体或者聚合物。
上述的容量高的锂离子电池，优选的，所述溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯中的一种或者多种。
上述的容量高的锂离子电池，优选的，所述隔膜为PE隔膜或者PP隔膜。
一种容量高的锂离子电池的制备方法，：包括以下步骤，
1）活性隔膜的制备，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
向40-60份甲基丙烯酸甲酯单体溶液中加入1-2份交联剂，混合均匀后加入1-2份光引发剂在黑暗条件下混合均匀；
Figure 443507DEST_PATH_IMAGE002
将隔膜浸人到步骤
Figure 576548DEST_PATH_IMAGE001
的溶液中，光照5-10秒，后取出在去离子水中正反旋转漂洗1-5分钟；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
重复步骤
Figure 692272DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 594369DEST_PATH_IMAGE002
5-10次后烘干；
Figure 635881DEST_PATH_IMAGE004
将步骤
Figure 928322DEST_PATH_IMAGE003
的隔膜浸在电解液中30-60分钟；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
将步骤
Figure 847736DEST_PATH_IMAGE004
的隔膜在常温-50℃的温度下烘干，即得到活性隔膜。
2）将正极、隔膜和负极裁切后卷绕或者折叠成电芯，并且装入到外壳内；
3）向外壳内注入电解液，并且封装。
上述的容量高的锂离子电池的制备方法，优选的，所述在甲基丙烯酸甲酯单体溶液中加入甲基丙烯酸乙酯单体，所述甲基丙烯酸甲酯单体和甲基丙烯酸乙酯单体的摩尔比为20：1-5:1。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，由于在隔膜上接枝有甲基丙烯酸甲酯聚合物或者有甲基丙烯酸乙酯掺杂的甲基丙烯酸甲酯聚合物，使得隔膜对电解液的亲和力更强，并且聚合物在隔膜表面形成一个三维网状结构使得隔膜能够吸收更多的电解液，并且浸润电解液的时间大大缩短，这能够提高锂离子电池的放电比容量，并且能够大大的缩短锂离子电池的封装时间。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
一种容量高的锂离子电池，包括电芯和外壳，所述电芯密封在外壳内；所述电芯由正极、负极和隔膜卷绕或者折叠而成，所述电芯上浸有电解液，所述隔膜上接枝有甲基丙烯酸甲酯的单体或者聚合物。在本发明中，由于在隔膜上接枝有甲基丙烯酸甲酯聚合物使得隔膜对电解液的亲和力更强，并且聚合物在隔膜表面形成一个三维网状结构使得隔膜能够吸收更多的电解液，并且浸润电解液的时间大大缩短，这能够提高锂离子电池的放电比容量，并且能够大大的缩短锂离子电池的封装时间。
在本发明中，隔膜上还接枝有甲基丙烯酸乙酯的单体或者聚合物。在本发明中，如果在甲基丙烯酸甲酯中加入一定量的甲基丙烯酸乙酯能够提高聚合物的韧性，使得聚合物与隔膜的接枝效果更好。在聚合的时候由于有甲基丙烯酸乙酯的存在，所以甲基丙烯酸甲酯聚合的时候会掺杂进去甲基丙烯酸乙酯，这样能够提高聚合物的韧性和粘度。
在本发明中，溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯中的一种或者多种。接枝在隔膜上面的甲基丙烯酸甲酯聚合物能够与上面的这些溶剂有更高的相容性，使得隔膜浸润电解液的速度加快，并且能够浸润更多的电解液。
在本发明中，隔膜为PE隔膜或者PP隔膜。这两种隔膜也是锂离子电池最常用的隔膜。
一种容量高的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤，
1）活性隔膜的制备，
Figure 604340DEST_PATH_IMAGE001
向40-60份甲基丙烯酸甲酯单体溶液中加入1-2份交联剂，混合均匀后加入1-2份光引发剂在黑暗条件下混合均匀；
Figure 318218DEST_PATH_IMAGE002
将隔膜浸人到步骤
Figure 363534DEST_PATH_IMAGE001
的溶液中，光照5-10秒，后取出在去离子水中正反旋转漂洗1-5分钟；
Figure 322525DEST_PATH_IMAGE003
重复步骤
Figure 871318DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 21677DEST_PATH_IMAGE002
5-10次后烘干；
Figure 351027DEST_PATH_IMAGE004
将步骤
Figure 549927DEST_PATH_IMAGE003
的隔膜浸在电解液中30-60分钟；
Figure 15544DEST_PATH_IMAGE005
将步骤
Figure 274487DEST_PATH_IMAGE004
的隔膜在常温-50℃的温度下烘干，即得到活性隔膜。
2）将正极、隔膜和负极裁切后卷绕或者折叠成电芯，并且装入到外壳内；
3）向外壳内注入电解液，并且封装。
上述的容量高的锂离子电池的制备方法，优选的，所述在甲基丙烯酸甲酯单体溶液中加入甲基丙烯酸乙酯单体，所述甲基丙烯酸甲酯单体和甲基丙烯酸乙酯单体的摩尔比为20：1-5:1。
实施例1
一种循环性能好的锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和外壳；正极、负极和隔膜卷绕或者折叠成电芯，电芯密封设置在外壳内；电芯上浸渍有电解液，电解液的溶剂为碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合物，碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的比例为1:1。在本实施例中，隔膜上接枝有甲基丙烯酸甲酯聚合物，在甲基丙烯酸甲酯聚合物中掺杂有甲基丙烯酸乙酯。
在本实施例中，隔膜为PE隔膜，溶质采用的是六氟磷酸锂。
本实施例的容量高的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤，
1）活性隔膜的制备，
Figure 613106DEST_PATH_IMAGE001
向40-60份甲基丙烯酸甲酯单体和2-8份甲基丙烯酸乙酯溶液中加入1-2份交联剂，混合均匀后加入1-2份光引发剂在黑暗条件下混合均匀；
Figure 412434DEST_PATH_IMAGE002
将隔膜浸人到步骤
Figure 935820DEST_PATH_IMAGE001
的溶液中，光照5-10秒，后取出在去离子水中正反旋转漂洗1-5分钟；
Figure 427981DEST_PATH_IMAGE003
重复步骤
Figure 404027DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 7047DEST_PATH_IMAGE002
5-10次后烘干；
Figure 650518DEST_PATH_IMAGE004
将步骤
Figure 549466DEST_PATH_IMAGE003
的隔膜浸在电解液中30-60分钟；
Figure 340704DEST_PATH_IMAGE005
将步骤
Figure 419519DEST_PATH_IMAGE004
的隔膜在常温-50℃的温度下烘干，即得到活性隔膜。
2）将正极、隔膜和负极裁切后卷绕或者折叠成电芯，并且装入到外壳内；
3）向外壳内注入电解液，并且封装。
对比例1
对比例1与实施例1的区别是对比例1中的隔膜就是PE隔膜，没有用甲基丙烯酸甲酯或者甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯进行修饰。对比例的其他部分与实施例1都一样。
将实施例1中的隔膜切成长×宽为40mm×40mm，将没有进行过任何处理的PE隔膜也切成同样的大小，在两张隔膜的一个角上滴4滴电解液，实施例1的电解纸在50秒的时候就安全浸润了，而没有经过任何处理的PE隔膜需要30分钟以上。由此可见实施例1的隔膜能够大大的缩短电解液的浸润时间，大大缩短锂离子电池的封装时间。
将隔膜完全浸润电解液后，其重量是自身重量的3.1倍，而对比例1仅仅是其自身重量的1.8倍。隔膜能够大量的吸附电解液有利于与电极的良好接触，从而提高锂离子电池的放电比容量性能。
实施例1的放电比容量为321mA·h /g，对比例1的放电比容量为为291 mA·h /g，实施例1比对比例1提高了10.3%。这是因为实施例1中的隔膜吸附了大量的电解液，改善了隔膜与电极的界面，降低了电池的内阻，从而使电池具有更高的放电比容量。
在本发明中，由于在隔膜上接枝有甲基丙烯酸甲酯聚合物或者有甲基丙烯酸乙酯掺杂的甲基丙烯酸甲酯聚合物，使得隔膜对电解液的亲和力更强，并且聚合物在隔膜表面形成一个三维网状结构使得隔膜能够吸收更多的电解液，并且浸润电解液的时间大大缩短，这能够提高锂离子电池的放电比容量，并且能够大大的缩短锂离子电池的封装时间。

Claims (6)

1.一种容量高的锂离子电池，其特征在于：包括电芯和外壳，所述电芯密封在外壳内；所述电芯由正极、负极和隔膜卷绕或者折叠而成，所述电芯上浸有电解液，所述隔膜上接枝有甲基丙烯酸甲酯的单体或者聚合物。
2.根据权利要求1所述的容量高的锂离子电池，其特征在于：所述隔膜上还接枝有甲基丙烯酸乙酯的单体或者聚合物。
3.根据权利要求1所述的容量高的锂离子电池，其特征在于：所述溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的容量高的锂离子电池，其特征在于：所述隔膜为PE隔膜或者PP隔膜。
5.一种容量高的锂离子电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
1）活性隔膜的制备，
Figure 994227DEST_PATH_IMAGE001
向40-60份甲基丙烯酸甲酯单体溶液中加入1-2份交联剂，混合均匀后加入1-2份光引发剂在黑暗条件下混合均匀；
Figure 67226DEST_PATH_IMAGE002
将隔膜浸人到步骤
Figure 658351DEST_PATH_IMAGE001
的溶液中，光照5-10秒，后取出在去离子水中正反旋转漂洗1-5分钟；
Figure 816799DEST_PATH_IMAGE003
重复步骤
Figure 154502DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 82007DEST_PATH_IMAGE002
5-10次后烘干；
Figure 283181DEST_PATH_IMAGE004
将步骤
Figure 489778DEST_PATH_IMAGE003
的隔膜浸在电解液中30-60分钟；
Figure 801811DEST_PATH_IMAGE005
将步骤
Figure 849401DEST_PATH_IMAGE004
的隔膜在常温-50℃的温度下烘干，即得到活性隔膜；
2）将正极、隔膜和负极裁切后卷绕或者折叠成电芯，并且装入到外壳内；
3）向外壳内注入电解液，并且封装。
6.根据权利要求5所述的容量高的锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述在甲基丙烯酸甲酯单体溶液中加入甲基丙烯酸乙酯单体，所述甲基丙烯酸甲酯单体和甲基丙烯酸乙酯单体的摩尔比为20：1-5:1。
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