CN111900482A - 一种柔性一体化电芯的生产方法 - Google Patents
一种柔性一体化电芯的生产方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111900482A CN111900482A CN202010574615.0A CN202010574615A CN111900482A CN 111900482 A CN111900482 A CN 111900482A CN 202010574615 A CN202010574615 A CN 202010574615A CN 111900482 A CN111900482 A CN 111900482A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flexible
- positive electrode
- flexible integrated
- lithium
- battery cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims description 28
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 26
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims description 26
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 20
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 18
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 18
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 16
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 10
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 9
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- -1 lithium bis-trifluoromethylsulfonyl imide Chemical class 0.000 claims description 6
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 5
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 5
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 5
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 5
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 claims description 5
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 claims description 5
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 5
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 claims description 5
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 claims description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 4
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WHRQRNQSZWMIMU-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyethyl methyl hydrogen phosphate Chemical compound COP(O)(=O)OCCO WHRQRNQSZWMIMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 14
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 11
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 5
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 3
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- CAAULPUQFIIOTL-UHFFFAOYSA-N methyl dihydrogen phosphate Chemical compound COP(O)(O)=O CAAULPUQFIIOTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- OBTWBSRJZRCYQV-UHFFFAOYSA-N sulfuryl difluoride Chemical group FS(F)(=O)=O OBTWBSRJZRCYQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AEXDMFVPDVVSQJ-UHFFFAOYSA-N trifluoro(trifluoromethylsulfonyl)methane Chemical group FC(F)(F)S(=O)(=O)C(F)(F)F AEXDMFVPDVVSQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明涉及柔性一体化电芯的生产方法，将聚合物电解质、锂盐、电池添加剂混合均匀后，涂敷在柔性自支撑正极薄膜与柔性自支撑负极薄膜之间，并于30℃～150℃加热的条件下原位聚合1h～8h固化成一体，得到柔性一体化电芯。电芯的一体化、无隔膜化，从而有效的避免了电池在弯折过程中活性材料从集流体上的脱落以及各组分错位带来的界面问题，避免了界面阻抗的产生，而用该全固态电池芯制成的全固态电池，也具有较长使用寿命和较高的电性能，在大规模柔性锂电池特别是柔性电子产品以及可穿戴设备的使用和开发等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种柔性一体化电芯的生产方法。
背景技术
近年来，随着柔性/可穿戴器件在智能服装、生物监测器、电子纸、表皮电子学、柔性显示屏等领域的快速发展，与可穿戴电子产品适配的电源，必须兼具重量轻、体积小、可任意形变，制造过程简单快捷并且成本低廉等特点。
锂离子电池具有安全性能高、能量密度高、循环寿命长、工作温度范围宽、电化学窗口宽，同时具备柔性优势、回收方便等优点。传统锂离子电池的封装按照正极片、隔膜、负极片堆叠，采用金属壳或者铝塑膜软包封装，使得传统的锂离子电池在柔性/可穿戴器件中的应用中存在障碍，传统的锂离子电池电极材料在发生弯曲、扭折等形变时，一方面由于电极材料与集流体之间界面作用力弱，极易出现电极材料开裂甚至脱落，导致电池性能急剧下降，极大的缩短电池使用寿命和造成安全隐患；另一方面，各组分之间的相互错位会造成大的界面问题，导致界面阻抗的增加，极大的影响电池的电化学性能。现有的技术中，柔性电极制备方法复杂，材料制备时间长，而传统的涂布法所制备出的各式柔性电极始终无法满足柔性电极对活性材料与集流体的附着力的使用标准。
为了减少柔性电池各组分间的界面阻抗，企业和研发机构也提出了相关的解决方案。例如申请号为201410788427.2的中国专利内公开了一种一体化电池芯，其是在干燥环境中，自下至上将负极集流体、负极材料、固体电解质、复合正极、正极集流体在电池压制模具中压制成一体。但是，这样的电池芯结构中各组分只是通过简单的物理作用联系在一起，因而随着充放电的进行，以及外力弯折的环境中，各组分相互之间的作用力就会明显地减弱。同时活性材料与集流体间的黏附力也无法解决弯折过程中两者脱落的问题。
申请号为CN201810495322.6的中国发明专利同样公开了一种一体化电池芯的制备方法，其通过固态电解质在正负电极间一体聚合的方式有效消除了充放电过程中引起的界面分离而产生的阻抗大的技术问题，但是正负极活性材料在集流体上的粘附力仍然没有得到很好的解决，同时金属集流体在弯折过程变形不易回复的问题仍然会存在，因而，还有较大的空间待于改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性一体化电芯的生产方法，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种柔性一体化电芯的生产方法，包括如下步骤：
将聚合物电解质、锂盐、电池添加剂混合均匀后，涂敷在柔性自支撑正极薄膜与柔性自支撑负极薄膜之间，并于30℃～150℃加热的条件下原位聚合1h～8h固化成一体，得到柔性一体化电芯。
进一步，聚合物电解质、锂盐、电池添加剂的质量比为60～100：10～44：0～14。
进一步，聚合物电解质为聚甲基磷酸一缩二乙二醇酯。
进一步，锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或者几种。
优选地，锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂。
进一步，电池添加剂为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锆一种或几种。
优选地，电池添加剂为二氧化硅和三氧化二铝。
进一步，柔性自支撑正极薄膜的具体制备步骤为：
向溶剂中加入正极活性物质、导电剂、粘结剂，配成正极电极浆料，并将正极电极浆料涂布于基板上，干燥处理，得到柔性自支撑正极薄膜。
进一步，正极活性物质与导电剂的质量比为7.5:1～9:0.5，正极活性物质与粘结剂的质量比为7:1～9:0.5，正极电极浆料的固含量为500mg/mL～67mg/mL。
进一步，干燥处理时，干燥的温度为10℃～120℃，时间为0.5h～24h。
进一步，配制正极电极浆料具体包括：
将溶剂、活性物质、导电剂和粘结剂置于球磨罐中，球磨机转速为250转/分钟～500转/分钟，球磨时间为1h～4h；
或者，
将溶剂、活性物质、导电剂和粘结剂置于玻璃容器中，磁力搅拌的转速为500转/分钟～1000转/分钟，磁搅时间为4h～10h。
进一步，正极活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、钛酸锂中的一种；
导电剂为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、乙炔黑、炭黑、科琴黑中的一种或几种；
粘结剂为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐中的一种或两种；
溶剂为THF、NMP、DMF中的一种。
基板材质为玻璃、PET片材、PP片材中的一种。
优选地、粘结剂为聚氨酯和聚乙烯二氧噻吩。
进一步，柔性自支撑负极薄膜的具体制备步骤为：
向溶剂中加入负极活性物质、导电剂、粘结剂，负极活性物质与导电剂的质量比为7.5:1～9:0.5，负极活性物质与粘结剂的质量比为7:1～9:0.5，负极电极浆料的固含量为500mg/mL～67mg/mL，负极活性物质为三元材料、石墨、硅碳中的一种，导电剂为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、乙炔黑、炭黑、科琴黑中的一种或几种，粘结剂为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐中的一种或两种，其中，粘结剂优选为聚氨酯和聚乙烯二氧噻吩，溶剂为THF、NMP、DMF中的一种，并将负极电极浆料涂布于基板上，基板材质为玻璃、PET片材、PP片材中的一种，配成负极电极浆料，配制负极电极浆料具体包括：
将溶剂、活性物质、导电剂和粘结剂置于球磨罐中，球磨机转速为250转/分钟～500转/分钟，球磨时间为1h～4h；
或者，
将溶剂、活性物质、导电剂和粘结剂置于玻璃容器中，磁力搅拌的转速为500转/分钟～1000转/分钟，磁搅时间为4h～10h；
干燥处理，干燥的温度为10℃～120℃，时间为0.5h～24h，得到柔性自支撑负极薄膜。
本发明的有益效果是：电芯的一体化、无隔膜化，从而有效的避免了电池在弯折过程中活性材料从集流体上的脱落以及各组分错位带来的界面问题，避免了界面阻抗的产生，另外，固态电解质在正负极之间的原位聚合有效提升了固态电解质与正负电极间的界面接触，极大的提高了固态电池的界面相容性，从而减小了界面阻抗、而用该柔性一体化电芯制成的全固态电池，也具有较长使用寿命和较高的电性能，在大规模柔性锂电池特别是柔性电子产品以及可穿戴设备的使用和开发等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为柔性一体化电芯示意图；
图2为柔性一体化电芯的实物图；
图3为柔性自支撑正极薄膜电化学性能图；
图4为柔性一体化电芯电化学性能图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种柔性一体化电芯的生产方法，包括如下步骤：
将聚合物电解质、锂盐、电池添加剂混合均匀后，涂敷在柔性自支撑正极薄膜与柔性自支撑负极薄膜之间，并于30℃～150℃加热的条件下原位聚合1h～8h固化成一体，得到柔性一体化电芯。
其中，聚合物电解质、锂盐、电池添加剂的质量比为60～100：10～44：0～14。
聚合物电解质为聚甲基磷酸一缩二乙二醇酯，锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或者两种。
电池添加剂为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锆一种或几种。
柔性自支撑正极薄膜的具体制备步骤为：
向溶剂中加入正极活性物质、导电剂、粘结剂，配成正极电极浆料，并将正极电极浆料涂布于基板上，干燥处理，得到柔性自支撑正极薄膜。
正极活性物质与导电剂的质量比为7.5:1～9:0.5，正极活性物质与粘结剂的质量比为7:1～9:0.5，正极电极浆料的固含量为500mg/mL～67mg/mL。
干燥处理时，干燥的温度为10℃～120℃，时间为0.5h～24h。
配制正极电极浆料具体包括：
将溶剂、活性物质、导电剂和粘结剂置于球磨罐中，球磨机转速为250转/分钟～500转/分钟，球磨时间为1h～4h；
或者，
将溶剂、活性物质、导电剂和粘结剂置于玻璃容器中，磁力搅拌的转速为500转/分钟～1000转/分钟，磁搅时间为4h～10h。
正极活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、钛酸锂中的一种；
导电剂为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、乙炔黑、炭黑、科琴黑中的一种或几种；
粘结剂为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐中的一种或两种；
溶剂为THF、NMP、DMF中的一种。
基板材质为玻璃、PET片材、PP片材中的一种。
优选地、粘结剂为聚氨酯和聚乙烯二氧噻吩。
柔性自支撑负极薄膜的制备工艺与柔性自支撑正极薄膜的制备工艺仅活性物质的原料不同，其它均相同。
柔性自支撑负极薄膜的具体制备步骤为：
向溶剂中加入负极活性物质、导电剂、粘结剂，负极活性物质与导电剂的质量比为7.5:1～9:0.5，负极活性物质与粘结剂的质量比为7:1～9:0.5，负极电极浆料的固含量为500mg/mL～67mg/mL，负极活性物质为三元材料、石墨、硅碳中的一种，导电剂为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、乙炔黑、炭黑、科琴黑中的一种或几种，粘结剂为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐中的一种或两种，其中，粘结剂优选为聚氨酯和聚乙烯二氧噻吩，溶剂为THF、NMP、DMF中的一种，并将负极电极浆料涂布于基板上，基板材质为玻璃、PET片材、PP片材中的一种，配成负极电极浆料，配制负极电极浆料具体包括：
将溶剂、活性物质、导电剂和粘结剂置于球磨罐中，球磨机转速为250转/分钟～500转/分钟，球磨时间为1h～4h；
或者，
将溶剂、活性物质、导电剂和粘结剂置于玻璃容器中，磁力搅拌的转速为500转/分钟～1000转/分钟，磁搅时间为4h～10h；
干燥处理，干燥的温度为10℃～120℃，时间为0.5h～24h，得到柔性自支撑负极薄膜。
聚氨酯大分子中含有大量的极性基团，分子间力很强，导致其具有优良成膜性，能够在活性物质间形成坚韧而耐久的薄膜，拒水性良好，它还具有一定透湿性，聚氨酯包裹活性物质形成的薄膜，物理性能好，耐曲折、柔软度好、抗拉强度大、具有透气性；包裹活性材料的聚氨酯通常具有柔顺性，有利于电极/电解质在膨胀伸缩的过程中起到缓冲的作用，同时其不溶于电解液，从而也就保证了自支撑薄膜电极长时间保持完整性。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、正极材料、负极材料、电解质和集流体四者之间是一体聚合而成的，从而也就消除了四者之间的界面，进而避免了界面阻抗的产生；
2、正极材料、负极材料和电解质材料在涂覆之后，电芯的无隔膜化，从而有效的避免了电池在弯折过程中活性材料从集流体上的脱落以及各组分错位带来的界面问题，避免了界面阻抗的产生，也降低了电池芯的内阻值；
3、电极材料在集流体表面的原位聚合提高了电极材料对集流体的粘附性。
其一，利用低分子量液态的聚合物电解质、锂盐和电池添加剂的混合液作为固态电解质前驱体，在电池中原位聚合固化成不燃型固态聚合物电解质，该聚合物全固态电解质由于采用甲基磷酸酯为构筑单元，具有极好的阻燃和安全性能，大幅提高储能电池尤其是大容量电池和电池组的安全性能；
其二，本发明采用原位共聚的设计理念，使固态电解质与正负电极以及集流体之间具有良好的接触，极大的提高了固态电池的界面相容性，减少了固态电池界面阻抗，提高了固态电池室温充放电能力和倍率性能；
其三，本发明由端环氧基交联聚合生成网状聚合物固态电解质含有大量的阻燃磷酸酯，因而具有不燃的特性，解决了大容量电池发生着火爆炸等安全性问题。
实现了简易涂布法大规模生产柔性电极，无需集流体就能满足独立自支撑柔性电极的制备，制备方法简单，且省时省力，所制备的柔性电极既具备良好的柔性，可反复对折，也消除了传统通过集流体制备电极所带来的不可避免的掉粉缺陷产生，且电化学性能优异，尤其适用于大规模制备柔性电极，对柔性电池的发展与推广均有着巨大的意义。
实施例1
配制正极电极浆料：称取质量比为15:3:2的磷酸铁锂、碳纳米管、聚氨酯(PU)，加入到THF中，通过球磨机以转速为400转/分钟的转速，进行球磨分散处理3h，配制成固含量为400mg/mL的正极电极浆料；
配制负极电极浆料：称取质量比为15:3:2的石墨、碳纳米管、聚氨酯(PU)，加入到THF中，通过球磨机以转速为400转/分钟的转速，进行球磨分散处理3h，配制成固含量为400mg/mL的负极电极浆料；
将正极电极浆料进行涂布、干燥、剥离，得到柔性自支撑正极薄膜，特别的，涂布所用的基板为柔性的聚丙烯片材，前期干燥温度为25℃、10min，后期干燥温度为120℃、30min，薄膜经过辊压再冲压成固定尺寸；
将负极电极浆料进行涂布、干燥、剥离，得到柔性自支撑负极薄膜，特别的，涂布所用的基板为柔性的聚丙烯片材，前期干燥温度为25℃、10min，后期干燥温度为120℃、30min，薄膜经过辊压再冲压成固定尺寸；
将聚合物电解质、锂盐、电池添加剂按质量比为60～100：10～44：0～14混合均匀后，涂敷在柔性自支撑正极薄膜与柔性自支撑负极薄膜之间，并于30℃～150℃加热的条件下原位聚合1h～8h固化成一体，即得到柔性一体化电芯。
请参阅图1所示，柔性一体化电芯示意图，其中，柔性一体化电芯包括金属涂层1、柔性自支撑负极薄膜2、铜箔3、负极极耳4、固态电解质前驱体涂层5、柔性自支撑正极薄膜6和正极极耳7，图2是柔性一体化电芯的结构实物图；图3制备的柔性自支撑正极薄膜电化学性能图，展现出较好的倍率性能；图4是一体化电芯的全电池性能图，图中可以看出，本发明的一体化电芯的全电池具有良好的循环稳定性。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种柔性一体化电芯的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚合物电解质、锂盐、电池添加剂混合均匀后，涂敷在柔性自支撑正极薄膜与柔性自支撑负极薄膜之间，并于30℃～150℃加热的条件下原位聚合1h～8h固化成一体，得到柔性一体化电芯。
2.根据权利要求1所述的一种柔性一体化电芯的生产方法，其特征在于，聚合物电解质、锂盐、电池添加剂的质量比为60～100：10～44：0～14。
3.根据权利要求2所述的一种柔性一体化电芯的生产方法，其特征在于，所述聚合物电解质为聚甲基磷酸一缩二乙二醇酯。
4.根据权利要求3所述的一种柔性一体化电芯的生产方法，其特征在于，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或者两种。
5.根据权利要求4所述的一种柔性一体化电芯的生产方法，其特征在于，所述电池添加剂为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锆中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种柔性一体化电芯的生产方法，其特征在于，所述柔性自支撑正极薄膜的具体制备步骤为：
向溶剂中加入正极活性物质、导电剂、粘结剂，配成正极电极浆料，并将正极电极浆料涂布于基板上，干燥处理，得到柔性自支撑正极薄膜。
7.根据权利要求6所述的一种柔性一体化电芯的生产方法，其特征在于，所述正极活性物质与导电剂的质量比为7.5:1～9:0.5，所述正极活性物质与粘结剂的质量比为7:1～9:0.5，所述正极电极浆料的固含量为500mg/mL～67mg/mL。
8.根据权利要求6或7所述的一种柔性一体化电芯的生产方法，其特征在于，干燥处理时，干燥的温度为10℃～120℃，时间为0.5h～24h。
9.根据权利要求6所述的一种柔性一体化电芯的生产方法，其特征在于，配制正极电极浆料具体包括：
将溶剂、活性物质、导电剂和粘结剂置于球磨罐中，球磨机转速为250转/分钟～500转/分钟，球磨时间为1h～4h；
或者，
将溶剂、活性物质、导电剂和粘结剂置于玻璃容器中，磁力搅拌的转速为500转/分钟～1000转/分钟，磁搅时间为4h～10h。
10.根据权利要求6所述的一种柔性一体化电芯的生产方法，其特征在于，
所述正极活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、钛酸锂中的一种；
所述导电剂为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、乙炔黑、炭黑、科琴黑中的一种或几种；
所述粘结剂为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐中的一种或两种；
所述溶剂为THF、NMP、DMF中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010574615.0A CN111900482A (zh) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | 一种柔性一体化电芯的生产方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010574615.0A CN111900482A (zh) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | 一种柔性一体化电芯的生产方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111900482A true CN111900482A (zh) | 2020-11-06 |
Family
ID=73206914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010574615.0A Pending CN111900482A (zh) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | 一种柔性一体化电芯的生产方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111900482A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112909313A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-04 | 南开大学 | 一种柔性一体化水系储能器件大规模连续制备方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105161720A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-12-16 | 安徽大学 | 一种基于水性聚氨酯粘结剂的锂离子电池正极浆料 |
| CN105914405A (zh) * | 2016-04-21 | 2016-08-31 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种由环氧化合物原位开环聚合制备全固态聚合物电解质的制备方法以及在全固态锂电池中应用 |
| CN106784993A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种柔性聚合物薄型锂离子电池及其制备方法 |
| CN107634184A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-01-26 | 电子科技大学 | 柔性全固态聚合物锂电池及其制备方法 |
| CN107785609A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-09 | 江汉大学 | 全固态聚合物电解质的制备方法及含有该电解质的二次锂电池 |
| CN107819156A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-20 | 江汉大学 | 不燃型固态聚合物电解质的制备方法及含有该固态聚合物电解质的二次锂电池 |
| CN107863555A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-30 | 江汉大学 | 一种不燃型固态聚合物电解质及其在固态二次电池中的应用 |
| CN108767322A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-11-06 | 浙江锋锂新能源科技有限公司 | 一种全固态电池芯的制备方法 |
| CN110010849A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-12 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种柔性锂离子电池正极极片及其制备方法 |
| CN110627997A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-31 | 山东一诺威聚氨酯股份有限公司 | 锂离子电池用热塑性聚氨酯粘结剂及其制备方法和应用 |
| CN110752348A (zh) * | 2019-09-11 | 2020-02-04 | 武汉瑞科美新能源有限责任公司 | 一种溶剂-非溶剂法制备自支撑柔性电极的方法及自支撑柔性电极 |
| CN111211301A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-29 | 上海工程技术大学 | 柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-06-22 CN CN202010574615.0A patent/CN111900482A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105161720A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-12-16 | 安徽大学 | 一种基于水性聚氨酯粘结剂的锂离子电池正极浆料 |
| CN105914405A (zh) * | 2016-04-21 | 2016-08-31 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种由环氧化合物原位开环聚合制备全固态聚合物电解质的制备方法以及在全固态锂电池中应用 |
| CN106784993A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种柔性聚合物薄型锂离子电池及其制备方法 |
| CN107634184A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-01-26 | 电子科技大学 | 柔性全固态聚合物锂电池及其制备方法 |
| CN107785609A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-09 | 江汉大学 | 全固态聚合物电解质的制备方法及含有该电解质的二次锂电池 |
| CN107819156A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-20 | 江汉大学 | 不燃型固态聚合物电解质的制备方法及含有该固态聚合物电解质的二次锂电池 |
| CN107863555A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-30 | 江汉大学 | 一种不燃型固态聚合物电解质及其在固态二次电池中的应用 |
| CN108767322A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-11-06 | 浙江锋锂新能源科技有限公司 | 一种全固态电池芯的制备方法 |
| CN110010849A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-12 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种柔性锂离子电池正极极片及其制备方法 |
| CN110627997A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-31 | 山东一诺威聚氨酯股份有限公司 | 锂离子电池用热塑性聚氨酯粘结剂及其制备方法和应用 |
| CN110752348A (zh) * | 2019-09-11 | 2020-02-04 | 武汉瑞科美新能源有限责任公司 | 一种溶剂-非溶剂法制备自支撑柔性电极的方法及自支撑柔性电极 |
| CN111211301A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-29 | 上海工程技术大学 | 柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112909313A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-04 | 南开大学 | 一种柔性一体化水系储能器件大规模连续制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108987800B (zh) | 固态电解质及其制备方法和含有该固态电解质的固态电池 | |
| CN108963327B (zh) | 一种无机填料复合peo固体电解质材料及制备方法和全固态电池 | |
| CN103474620B (zh) | 固态锂离子电极、电池及其制备方法 | |
| WO2022041702A1 (zh) | 一种凝胶电解质前驱体及其应用 | |
| JP7308580B2 (ja) | 改質セルロースをベースとする固体ポリマー電解質、及びリチウム又はナトリウム二次電池におけるその使用 | |
| CN111180791A (zh) | 一种基于金属有机框架/离子液体复合固态电解质的制备方法 | |
| CN102117932B (zh) | 一种聚合物电解质膜及其制备方法和聚合物电池 | |
| CN102709597A (zh) | 一种复合全固态聚合物电解质锂离子电池及其制备方法 | |
| CN102593424A (zh) | 一种锂离子电池正极的制备方法 | |
| CN108448162B (zh) | 高柔性聚合物固态电解质膜的制备方法及锂离子电池的制备方法 | |
| CN104157827A (zh) | 锂离子电池负极片及其制备方法 | |
| Ma et al. | Three-dimensional hierarchical walnut kernel shape conducting polymer as water soluble binder for lithium-ion battery | |
| CN110611120A (zh) | 单离子导体聚合物全固态电解质及包含其的锂二次电池 | |
| CN111540956A (zh) | 一种原位固化的电极微界面处理工艺 | |
| CN114069037A (zh) | 一种凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用、固态锂电池及其制备方法 | |
| CN101826640B (zh) | 一种锂离子电池用极芯和使用该极芯的锂离子电池 | |
| CN103151563A (zh) | 一种聚合物电池的制备方法及聚合物电池 | |
| CN104241657A (zh) | 聚苯胺电池集流体材料及采用该集流体材料的电池 | |
| CN112500563A (zh) | 一种三维共轭导电聚苯胺的合成方法及作为锂离子电池负极粘结剂的应用 | |
| CN103490071B (zh) | 锂-聚苯胺二次电池及其制备方法 | |
| CN111900482A (zh) | 一种柔性一体化电芯的生产方法 | |
| JP2001176554A (ja) | 電気化学素子の製造方法 | |
| CN116404246A (zh) | 一种自组装碳化钛掺杂聚合物固态电解质及其制备和应用 | |
| CN107492660A (zh) | 正极浆料、正极片及锂离子电池 | |
| CN112542611A (zh) | 用于凝胶电解质的组合物、柔性电池及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201106 |