CN113036209A - 一种高倍率聚合物锂电池及加工方法 - Google Patents

一种高倍率聚合物锂电池及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高倍率聚合物锂电池及加工方法，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、聚合物电解质和隔离膜，各组分的重量份数分别是：45～53份的正极集流体、15～23份的正极活性材料、42～50份的负极集流体、14～18份的负极活性材料、18～26份的聚合物电解质和12～16份的隔离膜；该发明通过采用高分子聚合物作为正极材料和电解质，从而提高了电池的放电倍率，增强了电池的性能，提升了电池的市场竞争力，且通过对正负极材料和电解质进行加热搅拌、高温热压和真空抽湿三重脱水处理，从而彻底去除了电池材料中的多余水分，降低了电池材料的电阻率，增强了电池材料的导电性能。

Description

一种高倍率聚合物锂电池及加工方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体为一种高倍率聚合物锂电池及加工方法。
背景技术
锂电池是一类由锂金属或锂合金为正负极材料、使用非水电解质溶液的电池。而高倍率聚合物锂电池则是一种由高分子聚合物材料为正负极材料或电解质的高倍率放电电池，广泛应用在3C电子产品、模型娱乐竞技、电动工具、无人机、工业动力电源等领域。
然而，传统的高倍率聚合物锂电池大多仅仅采用固态或胶态的聚合物作为电解质，正极材料和负极材料依然使用传统的导电金属材料，虽然控制了电池的制造成本，但相较于传统锂电池，提高的放电倍率有限，不可避免的限制了电池的性能，影响了电池的市场竞争力，且加工过程中脱水力度不足，无法彻底去除电池材料中的多余水分，不仅增加了电池材料的电阻率，降低了电池材料的导电性能，也破坏了电池的绝缘结构，容易发生短路、发热、起火爆炸问题，增加了电池的安全风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高倍率聚合物锂电池及加工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高倍率聚合物锂电池，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、聚合物电解质和隔离膜，各组分的重量份数分别是：45～53份的正极集流体、15～23份的正极活性材料、42～50份的负极集流体、14～18份的负极活性材料、18～26份的聚合物电解质和12～16份的隔离膜。
一种高倍率聚合物锂电池的加工方法，包括以下步骤，步骤一，配活性材；步骤二，压制箔片；步骤三，配电解质；步骤四，选取原材；步骤五，制电极片；步骤六，叠制电芯；步骤七，封装成型；
其中在上述步骤一中，将四氢呋喃倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的聚苯胺、粘接剂和导电剂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到正极活性材料，再将羧甲基纤维素钠倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的石墨、粘接剂、增稠剂和导电剂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到负极活性材料；
其中在上述步骤二中，将熔融态的金属铝倒入压延机中，辊压延展成预制宽度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到正极集流体，再将熔融态的金属铜倒入压延机中，辊压延展成预制宽度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到负极集流体；
其中在上述步骤三中，将二氯乙烷倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的聚环氧乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到聚合物电解质；
其中在上述步骤四中，按照各组分的重量份数分别选取12～16份的隔离膜、从步骤一中称取15～23份的正极活性材料和14～18份的负极活性材料、从步骤二中裁取45～53份的正极集流体和42～50份的负极集流体、从步骤三中称取18～26份的聚合物电解质，备用；
其中在上述步骤五中，将步骤四中备好的正极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中备好的正极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在正极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除正极活性材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到正极极片，接着将骤四中备好的负极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中备好的负极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在负极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除负极活性材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到负极极片；
其中在上述步骤六中，将步骤五中得到的正极极片和负极极片与预制的正极极耳和负极极耳分别进行焊接，再一起放入叠片机中，并加入步骤四中备好的隔离膜，依次将正极片、隔离膜和负极片层叠热压成预制宽度和厚度，冷却后取出，得到电芯；
其中在上述步骤七中，将步骤六中得到的电芯放置到真空包装机上，并加入预制的电池外壳，再将电芯嵌装到外壳中，并注入步骤四中备好的聚合物电解质，经真空抽湿后封口，即得高倍率聚合物锂电池。
根据上述技术方案，所述正极集流体和负极集流体分别选用铝箔和铜箔。
根据上述技术方案，所述正极活性材料由聚苯胺、四氢呋喃、粘接剂和导电剂混合而成，且聚苯胺、四氢呋喃、粘接剂和导电剂的重量比为63∶40∶3∶1。
根据上述技术方案，所述负极活性材料由石墨、羧甲基纤维素钠、粘接剂、增稠剂和导电剂混合而成，且石墨、羧甲基纤维素钠、粘接剂、增稠剂和导电剂的重量比为70∶55∶3∶1∶2。
根据上述技术方案，所述聚合物电解质由聚环氧乙烷、二氯乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂混合而成，且聚环氧乙烷、二氯乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂的重量比为47∶25∶1∶3。
根据上述技术方案，所述步骤一中，导电剂选用乙炔黑、科琴黑、碳纤维和导电石墨中任意一种。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：该发明通过对正负极材料和电解质进行加热搅拌、高温热压和真空抽湿三重脱水处理，不仅彻底去除了电池材料中的多余水分，降低了电池材料的电阻率，增强了电池材料的导电性能，且保护了电池的绝缘结构，降低了电池短路、发热和起火爆炸的防线，提高了电池的安全风险，同时用高分子聚合物作为正极材料和电解质，从而提高了电池的放电倍率，增强了电池的性能，提升了电池的市场竞争力。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
实施例1：
一种高倍率聚合物锂电池，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、聚合物电解质和隔离膜，各组分的重量份数分别是：45～53份的正极集流体、15～23份的正极活性材料、42～50份的负极集流体、14～18份的负极活性材料、18～26份的聚合物电解质和12～16份的隔离膜，正极集流体和负极集流体分别选用铝箔和铜箔，正极活性材料由聚苯胺、四氢呋喃、粘接剂和导电剂混合而成，且聚苯胺、四氢呋喃、粘接剂和导电剂的重量比为63∶40∶3∶1，负极活性材料由石墨、羧甲基纤维素钠、粘接剂、增稠剂和导电剂混合而成，且石墨、羧甲基纤维素钠、粘接剂、增稠剂和导电剂的重量比为70∶55∶3∶1∶2，聚合物电解质由聚环氧乙烷、二氯乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂混合而成，且聚环氧乙烷、二氯乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂的重量比为47∶25∶1∶3。
一种高倍率聚合物锂电池的加工方法，包括以下步骤，步骤一，配活性材；步骤二，压制箔片；步骤三，配电解质；步骤四，选取原材；步骤五，制电极片；步骤六，叠制电芯；步骤七，封装成型；
其中在上述步骤一中，将四氢呋喃倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的聚苯胺、粘接剂和导电剂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到正极活性材料，再将羧甲基纤维素钠倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的石墨、粘接剂、增稠剂和导电剂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到负极活性材料，导电剂选用乙炔黑、科琴黑、碳纤维和导电石墨中任意一种；
其中在上述步骤二中，将熔融态的金属铝倒入压延机中，辊压延展成预制宽度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到正极集流体，再将熔融态的金属铜倒入压延机中，辊压延展成预制宽度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到负极集流体；
其中在上述步骤三中，将二氯乙烷倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的聚环氧乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到聚合物电解质；
其中在上述步骤四中，按照各组分的重量份数分别选取12份的隔离膜、从步骤一中称取15份的正极活性材料和14份的负极活性材料、从步骤二中裁取45份的正极集流体和42份的负极集流体、从步骤三中称取18份的聚合物电解质，备用；
其中在上述步骤五中，将步骤四中备好的正极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中备好的正极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在正极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除正极活性材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到正极极片，接着将骤四中备好的负极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中备好的负极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在负极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除负极活性材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到负极极片；
其中在上述步骤六中，将步骤五中得到的正极极片和负极极片与预制的正极极耳和负极极耳分别进行焊接，再一起放入叠片机中，并加入步骤四中备好的隔离膜，依次将正极片、隔离膜和负极片层叠热压成预制宽度和厚度，冷却后取出，得到电芯；
其中在上述步骤七中，将步骤六中得到的电芯放置到真空包装机上，并加入预制的电池外壳，再将电芯嵌装到外壳中，并注入步骤四中备好的聚合物电解质，经真空抽湿后封口，即得高倍率聚合物锂电池。
实施例2：
一种高倍率聚合物锂电池，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、聚合物电解质和隔离膜，各组分的重量份数分别是：45～53份的正极集流体、15～23份的正极活性材料、42～50份的负极集流体、14～18份的负极活性材料、18～26份的聚合物电解质和12～16份的隔离膜，正极集流体和负极集流体分别选用铝箔和铜箔，正极活性材料由聚苯胺、四氢呋喃、粘接剂和导电剂混合而成，且聚苯胺、四氢呋喃、粘接剂和导电剂的重量比为63∶40∶3∶1，负极活性材料由石墨、羧甲基纤维素钠、粘接剂、增稠剂和导电剂混合而成，且石墨、羧甲基纤维素钠、粘接剂、增稠剂和导电剂的重量比为70∶55∶3∶1∶2，聚合物电解质由聚环氧乙烷、二氯乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂混合而成，且聚环氧乙烷、二氯乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂的重量比为47∶25∶1∶3。
一种高倍率聚合物锂电池的加工方法，包括以下步骤，步骤一，配活性材；步骤二，压制箔片；步骤三，配电解质；步骤四，选取原材；步骤五，制电极片；步骤六，叠制电芯；步骤七，封装成型；
其中在上述步骤一中，将四氢呋喃倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的聚苯胺、粘接剂和导电剂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到正极活性材料，再将羧甲基纤维素钠倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的石墨、粘接剂、增稠剂和导电剂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到负极活性材料，导电剂选用乙炔黑、科琴黑、碳纤维和导电石墨中任意一种；
其中在上述步骤二中，将熔融态的金属铝倒入压延机中，辊压延展成预制宽度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到正极集流体，再将熔融态的金属铜倒入压延机中，辊压延展成预制宽度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到负极集流体；
其中在上述步骤三中，将二氯乙烷倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的聚环氧乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到聚合物电解质；
其中在上述步骤四中，按照各组分的重量份数分别选取14份的隔离膜、从步骤一中称取19份的正极活性材料和16份的负极活性材料、从步骤二中裁取49份的正极集流体和46份的负极集流体、从步骤三中称取22份的聚合物电解质，备用；
其中在上述步骤五中，将步骤四中备好的正极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中备好的正极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在正极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除正极活性材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到正极极片，接着将骤四中备好的负极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中备好的负极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在负极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除负极活性材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到负极极片；
其中在上述步骤六中，将步骤五中得到的正极极片和负极极片与预制的正极极耳和负极极耳分别进行焊接，再一起放入叠片机中，并加入步骤四中备好的隔离膜，依次将正极片、隔离膜和负极片层叠热压成预制宽度和厚度，冷却后取出，得到电芯；
其中在上述步骤七中，将步骤六中得到的电芯放置到真空包装机上，并加入预制的电池外壳，再将电芯嵌装到外壳中，并注入步骤四中备好的聚合物电解质，经真空抽湿后封口，即得高倍率聚合物锂电池。
实施例3：
一种高倍率聚合物锂电池，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、聚合物电解质和隔离膜，各组分的重量份数分别是：45～53份的正极集流体、15～23份的正极活性材料、42～50份的负极集流体、14～18份的负极活性材料、18～26份的聚合物电解质和12～16份的隔离膜，正极集流体和负极集流体分别选用铝箔和铜箔，正极活性材料由聚苯胺、四氢呋喃、粘接剂和导电剂混合而成，且聚苯胺、四氢呋喃、粘接剂和导电剂的重量比为63∶40∶3∶1，负极活性材料由石墨、羧甲基纤维素钠、粘接剂、增稠剂和导电剂混合而成，且石墨、羧甲基纤维素钠、粘接剂、增稠剂和导电剂的重量比为70∶55∶3∶1∶2，聚合物电解质由聚环氧乙烷、二氯乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂混合而成，且聚环氧乙烷、二氯乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂的重量比为47∶25∶1∶3。
一种高倍率聚合物锂电池的加工方法，包括以下步骤，步骤一，配活性材；步骤二，压制箔片；步骤三，配电解质；步骤四，选取原材；步骤五，制电极片；步骤六，叠制电芯；步骤七，封装成型；
其中在上述步骤一中，将四氢呋喃倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的聚苯胺、粘接剂和导电剂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到正极活性材料，再将羧甲基纤维素钠倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的石墨、粘接剂、增稠剂和导电剂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到负极活性材料，导电剂选用乙炔黑、科琴黑、碳纤维和导电石墨中任意一种；
其中在上述步骤二中，将熔融态的金属铝倒入压延机中，辊压延展成预制宽度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到正极集流体，再将熔融态的金属铜倒入压延机中，辊压延展成预制宽度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到负极集流体；
其中在上述步骤三中，将二氯乙烷倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的聚环氧乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到聚合物电解质；
其中在上述步骤四中，按照各组分的重量份数分别选取16份的隔离膜、从步骤一中称取23份的正极活性材料和18份的负极活性材料、从步骤二中裁取53份的正极集流体和50份的负极集流体、从步骤三中称取26份的聚合物电解质，备用；
其中在上述步骤五中，将步骤四中备好的正极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中备好的正极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在正极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除正极活性材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到正极极片，接着将骤四中备好的负极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中备好的负极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在负极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除负极活性材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到负极极片；
其中在上述步骤六中，将步骤五中得到的正极极片和负极极片与预制的正极极耳和负极极耳分别进行焊接，再一起放入叠片机中，并加入步骤四中备好的隔离膜，依次将正极片、隔离膜和负极片层叠热压成预制宽度和厚度，冷却后取出，得到电芯；
其中在上述步骤七中，将步骤六中得到的电芯放置到真空包装机上，并加入预制的电池外壳，再将电芯嵌装到外壳中，并注入步骤四中备好的聚合物电解质，经真空抽湿后封口，即得高倍率聚合物锂电池。
将上述实施例所得高倍率聚合物锂电池分别进行性能评测，并以市面上的普通高倍率聚合物锂电池座位对照例进行对比，所得数据如下表：
Figure BDA0002955878200000091
Figure BDA0002955878200000101
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：该发明用高分子聚合物作为正极材料和电解质，提高了电池的放电倍率，增强了电池的性能，提升了电池的市场竞争力，且通过对正负极材料和电解质进行加热搅拌、高温热压和真空抽湿三重脱水处理，不仅彻底去除了电池材料中的多余水分，降低了电池材料的电阻率，增强了电池材料的导电性能，同时也保护了电池的绝缘结构，降低了电池短路、发热和起火爆炸的防线，提高了电池的安全风险。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高倍率聚合物锂电池，配方包括：正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料、聚合物电解质和隔离膜，其特征在于：各组分的重量份数分别是：45～53份的正极集流体、15～23份的正极活性材料、42～50份的负极集流体、14～18份的负极活性材料、18～26份的聚合物电解质和12～16份的隔离膜。
2.一种高倍率聚合物锂电池的加工方法，包括以下步骤，步骤一，配活性材；步骤二，压制箔片；步骤三，配电解质；步骤四，选取原材；步骤五，制电极片；步骤六，叠制电芯；步骤七，封装成型；其特征在于：
其中在上述步骤一中，将四氢呋喃倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的聚苯胺、粘接剂和导电剂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到正极活性材料，再将羧甲基纤维素钠倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的石墨、粘接剂、增稠剂和导电剂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到负极活性材料；
其中在上述步骤二中，将熔融态的金属铝倒入压延机中，辊压延展成预制宽度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到正极集流体，再将熔融态的金属铜倒入压延机中，辊压延展成预制宽度的长条形箔片，冷却固化后取出，得到负极集流体；
其中在上述步骤三中，将二氯乙烷倒入磁力搅拌机中，并加入对应量的聚环氧乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂，加热并混合搅拌均匀，取出后得到聚合物电解质；
其中在上述步骤四中，按照各组分的重量份数分别选取12～16份的隔离膜、从步骤一中称取15～23份的正极活性材料和14～18份的负极活性材料、从步骤二中裁取45～53份的正极集流体和42～50份的负极集流体、从步骤三中称取18～26份的聚合物电解质，备用；
其中在上述步骤五中，将步骤四中备好的正极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中备好的正极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在正极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除正极活性材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到正极极片，接着将骤四中备好的负极集流体放置在涂覆机上，并注入步骤四中备好的负极活性材料，利用毡辊均匀涂覆在负极集流体的两面，再利用热辊高温辊压，去除负极活性材料中的多余水分，冷却固化后取出，得到负极极片；
其中在上述步骤六中，将步骤五中得到的正极极片和负极极片与预制的正极极耳和负极极耳分别进行焊接，再一起放入叠片机中，并加入步骤四中备好的隔离膜，依次将正极片、隔离膜和负极片层叠热压成预制宽度和厚度，冷却后取出，得到电芯；
其中在上述步骤七中，将步骤六中得到的电芯放置到真空包装机上，并加入预制的电池外壳，再将电芯嵌装到外壳中，并注入步骤四中备好的聚合物电解质，经真空抽湿后封口，即得高倍率聚合物锂电池。
3.根据权利要求1所述的一种高倍率聚合物锂电池，其特征在于：所述正极集流体和负极集流体分别选用铝箔和铜箔。
4.根据权利要求1所述的一种高倍率聚合物锂电池，其特征在于：所述正极活性材料由聚苯胺、四氢呋喃、粘接剂和导电剂混合而成，且聚苯胺、四氢呋喃、粘接剂和导电剂的重量比为63∶40∶3∶1。
5.根据权利要求1所述的一种高倍率聚合物锂电池，其特征在于：所述负极活性材料由石墨、羧甲基纤维素钠、粘接剂、增稠剂和导电剂混合而成，且石墨、羧甲基纤维素钠、粘接剂、增稠剂和导电剂的重量比为70∶55∶3∶1∶2。
6.根据权利要求1所述的一种高倍率聚合物锂电池，其特征在于：所述聚合物电解质由聚环氧乙烷、二氯乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂混合而成，且聚环氧乙烷、二氯乙烷、邻苯二甲酸二丁酯和钛酸锂的重量比为47∶25∶1∶3。
7.根据权利要求2所述的一种高倍率聚合物锂电池的加工方法，其特征在于：所述步骤一中，导电剂选用乙炔黑、科琴黑、碳纤维和导电石墨中任意一种。
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