CN114094169B - 一种基于羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质的高安全性锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质的高安全性锂离子电池，其特征在于:首先制备羟丙基甲基纤维素涂层celgard2700膜；其次羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质高安全性锂离子电池的组装。本发明的有益效果是，在不改变当前商业化液体电解质锂离子电池组装工艺和设备的基础上，利用羟丙基甲基纤维素与液体电解质中的环状溶剂碳酸乙烯酯发生开环聚合反应，从而原位内建一种准固态电解质，消除了锂离子电池内部游离的液体溶剂，得到安全性超高的锂离子电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质的高安全性锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂离子电池发展至今，充放电性能得到了长足发展，很好地满足了一般数码产品和电动工具的待机要求，近一两年来性能也提升到能够较好地满足动力汽车长行程的要求。但是锂离子电池的安全性却始终得不到圆满的解决，尤其是动力汽车、电瓶车、手机等用电器自然、爆炸，给人们生命、财产造成重大损失，成为锂离子电池最大的发展瓶颈。商业化锂离子电池产品通常使用的液态电解质是电池安全性的罪魁祸首。准固态电解质是一种介于液体电解质和全固体电解质之间的一类新型电解质，兼具液体电解质高电化学性能和全固态电解质高安全性的优点，是锂离子电池未来得到更大发展空间的关键发展部件之一。当前，市面上所售锂离子电池基本都是液态电解质电池，在国际国内，锂离子电池生产商已经形成了成熟的液态电解质锂离子电池装配工艺和设备。显然，在电池生产商固有电池装配生产工艺和设备上，通过引入准固态电解质来制备高安全性锂离子电池是最容易得到实际应用的方法。因此，本发明首次通过在锂离子电池商用隔膜上引入约1-2微米厚度的羟丙基甲基纤维素涂层，基于羟丙基甲基纤维素与商业化液体电解质中的溶剂碳酸乙烯酯在锂盐解离物PF5催化作用下发生开环共聚反应，在液体电解质锂离子电池内部原位内建准固态电解质，从而制备得到一种高安全性的准固态电解质锂离子电池。在国内外报道中尚未出现相关研究。
发明内容
要解决的技术问题
为了提高锂离子电池的安全性，本发明提出了一种基于羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质的高安全性锂离子电池。
技术方案
一种基于羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质的高安全性锂离子电池，其特征在于：具体步骤如下：
(1)羟丙基甲基纤维素涂层celgard2700膜的制备：称取一定质量的羟丙基甲基纤维素粉末和一定质量的去离子水，均置入烧杯中，温度保持在65±2℃下磁力搅拌9-10h，得到质量浓度为1.0wt.％的均匀悬浮液浆料；将悬浮液用50微米高度刮刀刮涂到商业化隔膜Celgard2700上，得到均匀光滑的湿涂层膜；将湿膜放置室温下干燥2天，再转入真空烘箱于60℃干燥24h，得到涂层厚度均匀、涂层表面光滑的干膜，命名为PH-1。
(2)羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质高安全性锂离子电池的组装：将步骤(1)中得到的PH-1涂层干膜从真空烘箱转入手套箱中备用；采用NMC523正极极片，商业化碳电极片为负极，采用传统卷绕法组装成软包锂离子电池块；在电池块中注入7.2g商业化碳酸酯类液体电解质(锂盐为LiPF6)；最后，封口得到锂离子电池电芯；室温下放置7天，保证完成羟丙基甲基纤维素涂层与液体电解质中的溶剂碳酸乙烯酯发生开环聚合反应，在隔膜上生成一种新的聚合物，并与液体电解质中的其它溶剂进一步溶胀形成准固态电解质，从而得到一种基于羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质的高安全性锂离子电池。
有益效果
本发明的有益效果是，在不改变当前商业化液体电解质锂离子电池组装工艺和设备的基础上，利用羟丙基甲基纤维素与液体电解质中的环状溶剂碳酸乙烯酯发生开环聚合反应，从而原位内建一种准固态电解质，消除了锂离子电池内部游离的液体溶剂，得到安全性超高的锂离子电池。
附图说明
图1为羟丙基甲基纤维素与碳酸乙烯酯开环聚合反应机理。
图2为没有涂层和有涂层隔膜组装锂离子电池针刺实验结果图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：
实施例
(1)羟丙基甲基纤维素涂层celgard2700膜的制备：称取1g羟丙基甲基纤维素粉末和99g去离子水，均置入烧杯中，温度保持在65±2℃下磁力搅拌9-10h，得到质量浓度为1.0wt.％的均匀悬浮液浆料；将悬浮液用50微米高度刮刀刮涂到商业化隔膜Celgard2700上，得到均匀光滑的湿涂层膜；将湿涂层膜放置室温下干燥2天，再转入真空烘箱于60℃干燥24h，得到涂层厚度均匀、涂层表面光滑的干膜，命名为PH-1。
(2)羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质高安全性锂离子电池的组装：将步骤(1)中得到的PH-1涂层干膜从真空烘箱转入手套箱中备用；采用NMC523正极极片，商业化碳电极片为负极，采用传统卷绕法组装成软包锂离子电池块；在电池块中注入7.2g商业化碳酸酯类液体电解质(锂盐为LiPF6)；最后，封口得到锂离子电池电芯；室温下放置7天，保证完成羟丙基甲基纤维素涂层与液体电解质中的溶剂碳酸乙烯酯发生开环聚合反应，在隔膜上生成一种新的聚合物，并与液体电解质中的其它溶剂进一步溶胀形成准固态电解质，从而得到一种基于羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质的高安全性锂离子电池。
(3)普通液体电解质锂离子电池的组装：将购置的商业化隔膜Celgard2700从真空烘箱中转入手套箱中备用；采用NMC523正极极片，商业化碳电极片为负极，采用传统卷绕法组装成软包锂离子电池块；在电池块中注入7.2g商业化碳酸酯类液体电解质(锂盐为LiPF6)；最后，封口得到锂离子电池电芯；室温下放置7天，得到传统液体电解质锂离子电池。
在东莞贝尔实验设备公司电池针刺实验仪器BE-9002上进行电池安全性测试。采用直径为8.0mm钢针，以20mm/S速率刺穿锂离子电池电芯。测试结果是：传统液态电解质锂离子电池发生剧烈燃烧，电池被完全烧毁；羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质锂离子电池没有发生任何冒烟、燃烧现象，电池完整保存。
Claims (1)
1.一种基于羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质的高安全性锂离子电池，其特征在于：
(1)羟丙基甲基纤维素涂层celgard2700膜的制备：称取一定质量的羟丙基甲基纤维素粉末和一定质量的去离子水，均置入烧杯中，温度保持在65±2℃下磁力搅拌9-10h，得到质量浓度为1.0wt.％的均匀悬浮液浆料，将悬浮液用50微米高度刮刀刮涂到商业化隔膜Celgard2700上，得到均匀光滑的湿涂层膜，将湿涂层膜放置室温下干燥2天，再转入真空烘箱于60℃干燥24h，得到涂层厚度均匀、涂层表面光滑的干膜，命名为PH-1;
(2)羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质高安全性锂离子电池的组装：将步骤(1)中得到的PH-1涂层干膜用于装配软包锂离子电池，室温下放置7天，保证完成羟丙基甲基纤维素涂层与液体电解质中的溶剂碳酸乙烯酯发生开环聚合反应，在隔膜上生成一种新的聚合物，并与液体电解质中的其它溶剂进一步溶胀形成准固态电解质，从而得到一种基于羟丙基甲基纤维素内建准固态电解质的高安全性锂离子电池。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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