CN1252856C - 锂聚合物电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明锂聚合物电池及其制造方法属于电池领域，首先是正负极极片成型，聚合物电解质膜的制作，然后把聚合物电解质膜插入阳极极片和阴极极片的中间，卷绕使成为一个整体，并形成一体化电芯，最后对一体化后电芯封装、真空干燥、加液活化后便成为了锂聚合物电池。本发明工艺有利于大规模生产，安全可靠，电池充放电效率高，是一种高效简便的锂聚合物电池及其制造方法。

Description

锂聚合物电池及其制造方法
技术领域  本发明锂聚合物电池及其制造方法属于电池领域，特别是涉及一种锂聚合物电池。
背景技术  锂聚合物电池由于具有能量密度高，开路电压高，循环寿命长等优点得到了广泛的应用，如笔记本电脑、摄像机、掌上电脑、移动电话、便携式军用电子设备，以及其它要求高能量密度、轻型电池的用途。但是目前的锂聚合物电池制造技术存在工艺复杂、成本高、成品合格率低等缺点，使得锂聚合物电池的大规模应用得到很大限制。现存的锂聚合物电池制造过程可描述如下：首先是铜、铝网(或箔)和电极材料(膜)的复合，形成阴极和阳极，然后阴极、阳极和聚合物膜一起叠加起来再热复合，形成一体化的电池，再经过增塑剂抽提、极耳焊接、装入铝塑复合包装袋、加液活化、化成测试，最后可成为锂聚合物电池。其中最关键的步骤有：极片叠加工艺、热复合工艺和抽提工艺。一方面由于叠片工艺的自动化实现难度大，不利于大规模化生产；另一方面由于所采用的聚合物电解质薄膜的强度比较低，在热复合过程往往导致正负极极片之间的短路；再有在抽提工艺过程中，由于使用了甲醇或乙醚等有毒溶剂，工人的操作环境很差，而且增塑剂邻苯二甲酸二甲酯(DBP)的完全抽提难度很大，造成电池充放电效率不高等问题。
发明的内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而解决上述在制造锂聚合物电池过程中所存在的问题，提供一种容易实现的工艺，有利于大规模生产，电芯的热复合过程可靠，电池充放电效率高，改善操作环境的锂聚合物电池及其制造方法。
本发明的目的是通过以下措施来达到的，首先是正负极极片成型，形成阴极和阳极，聚合物电解质膜的制备，然后把聚合物电解质膜插入阳极极片和阴极极片的中间，卷绕使成为一个整体，形成一体化的电池，最后再经过对一体化的电芯封装、真空干燥、加液活化、化成测试后便成为了锂聚合物电池。
正极极片形成是正极活性物质、乙炔黑、偏氟乙烯及其共聚物在溶剂NMP的作用下混合均匀，并涂敷在铝箔上，经过干燥、碾压可形成具有一定厚度的正极极片。负极极片形成是负极活性物质，偏氟乙烯及其共聚物在溶剂NMP的作用下混合均匀，并涂敷在铜箔上，经过干燥、碾压，可形成具有一定厚度的负极极片。
高强度的聚合物电解质膜的制备是将偏氟乙烯及其共聚物溶解适当的溶剂中，在溶剂的作用下混合均匀，之后可通过流延、刮涂、喷涂、辊涂方式涂敷在多孔聚烯烃薄膜上，并随后干燥而得到，多孔聚烯烃薄膜的两面表面得到一层均匀P(VDF+HFP)的聚合物膜材料，总的膜厚为30-300密耳。多孔聚烯烃薄膜是能够起到物理分离正负极极片，但锂离子能够顺利通过的多孔薄膜材料，可以采用三层结构的多孔聚烯烃薄膜材料，上层是聚丙烯(PP)，下层是聚丙烯(PP)，中间采用聚乙烯(PE)。
以偏氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)的共聚物P(VDF+HFP)为聚合物材料，将聚合物材料、增塑剂、丙酮按比例配制好，高速搅拌促进其溶解，得到均匀的浆液。
聚合物材料配制比例如下(采用重量百分比)
聚合物材料          5％～30％
增塑剂              1％～50％
溶剂                94％～20％
溶剂可用丙酮、N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)来溶解偏氟乙烯及其共聚物，同时也可加入增塑剂，增塑剂可选为碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯，四氢呋喃，也可以是上述物质的混合物，优选为碳酸二甲酯(DMC)材料。P(VDF+HFP)是偏氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)的共聚物。
形成电芯以及电芯的一体化是把聚合物电解质膜，插入正极极片和负极极片的中间卷绕，并将卷绕好的电芯浸入盛有可溶涨偏氟乙烯及其共聚物的溶剂中，浸入容器中0.1-4小时，之后拿出在加热情况下加压，在25-125℃下加压，压力为0.1-10Mpa。并同时抽真空除掉溶剂，电芯就一体化了。
可溶偏氟乙烯及其共聚物的溶剂可选为碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯，四氢呋喃，丙酮，N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)也可以是上述物质的混合物。优选为碳酸二甲酯(DMC)材料。
最后对经过一体化的电芯封装、真空干燥、注液、活化后便成为了锂聚合物电池。
本发明的电池是由电池外壳和电芯组成，电芯是由聚合物电解质膜，正极极片和负极极片组成，聚合物电解质膜是在多孔聚烯烃薄膜上敷上一层聚合物胶层，多孔聚烯烃薄膜可以采用三层结构，上层是聚丙烯(PP)，下层是聚丙烯(PP)，中间采用聚乙烯(PE)，正极极片和负极极片将聚合物电解质膜卷绕在中间，卷绕使成为一个整体。
使偏氟乙烯及其共聚物溶解适当的溶剂中，共聚物涂敷可通过流延、刮涂、喷涂、辊涂等本行业所熟知的方式实现。
多孔聚烯烃薄膜可以采用本行业所熟知的起到分离正负极极片，优选为具有三层结构的PP(聚丙烯)/PE(聚乙烯)/PP(聚丙烯)的多孔聚烯烃材料。
本发明采用卷绕电芯体取代目前锂聚合物电池通用工艺中的叠片结构，有利于锂聚合物电池的大规模产业化；本发明采用低沸点的碳酸二甲酯增塑剂取代通用工艺中的邻苯二甲酸二甲酯增塑剂，避免了通用锂聚合物电池制造工艺过程中的抽提工艺；本发明采用具有高强度的聚合物电解质膜材料，并控制适当的温度和真空度使得电芯的热复合工艺更加安全可靠。
本发明工艺有利于大规模生产，安全可靠，电池充放电效率高，是一种高效简便的锂聚合物电池及其制造方法。
附图说明
附图1是本发明的电芯结构示意图。
附图2是本发明的电池结构示意图。
附图3是本发明的聚合物电解质膜结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明作进一步说明。
如附图1所示，本发明的电池是由电池外壳和电芯组成，电芯是由聚合物电解质膜2，正极极片1和负极极片3组成，聚合物电解质膜插入正极极片和负极极片的中间，卷绕使成为一个整体。
如附图2所示，本发明的电池是由电池外壳5和电芯4组成，电芯是由聚合物电解质膜，正极极片和负极极片组成，聚合物电解质膜插入正极极片和负极极片的中间，卷绕使成为一个整体。
如附图3所示，本发明的聚合物电解质膜是在多孔聚烯烃薄膜6上敷上一层聚合物胶层7，多孔聚烯烃薄膜可以采用三层结构，上层是聚丙烯(PP)，下层是聚丙烯(PP)，中间采用聚乙烯(PE)。
实施例1
配制聚合物材料，以偏氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)的共聚物P(VDF+HFP)为聚合物材料，碳酸二甲酯(DMC)为增塑剂，丙酮为溶剂，将聚合物材料10％、增塑剂碳酸二甲酯10％、溶剂丙酮80％按比例配制好，高速搅拌促进其溶解，得到均匀的浆液。
制作聚合物电解质膜，将PP/PE/PP三层多孔聚烯烃薄膜作基底片，连续进入具有按照上述方式所配制的聚合物浆液中，在多孔聚烯烃薄膜基底片上的两面涂覆上了一层聚合物浆液，浆液在多孔聚烯烃薄膜基底片上两面形成一层聚合物胶层。经过干燥收卷，在PP/PE/PP三层多孔聚烯烃薄膜表面得到一层均匀P(VDF+HFP)的聚合物膜材料，总的膜厚为50密耳。
正极活性物质、乙炔黑、P(VDF+HFP)聚合物材料在溶剂NMP的作用下混合均匀，形成均匀的浆液。把浆液涂敷在铝箔上，经过干燥，碾压，最终形成具有160密耳的正极极片。
负极活性物质、P(VDF+HFP)聚合物材料在溶剂丙酮的作用下混合均匀，形成均匀的浆液。把浆液涂敷在铜箔上，经过干燥，碾压，最终形成具有170密耳的负极极片。
复合聚合物电解质膜材料，插入正极极片和负极极片的中间，卷绕使成为一个整体。将卷绕好的电芯浸入盛有碳酸二甲酯DMC溶剂的容器中1小时，拿出后在65℃下加压，压力6Mpa，并同时抽真空除掉电芯中的溶剂，使电池成为一体化的过程。经过一体化的电芯封装、真空干燥、注液、活化后便成为了锂聚合物电池。
实施例2
按实施例1所得到的复合聚合物电解质膜材料，按实施例1制作的正极极片和负极极片，复合聚合物电解质膜插入按实施例1制作的正极极片和负极极片的中间，卷绕使成为一个整体，将卷绕好的电芯浸入盛有丙酮溶剂的容器中3小时，拿出后在25℃下加压，压力2Mpa，并同时抽真空除掉电芯中的溶剂，使电池成为一体化的过程。经过一体化的电芯封装、真空干燥、注液、活化后便成为了锂聚合物电池。
实施例3
按实施例1所得到的复合聚合物电解质膜材料，按实施例1制作的正极极片和负极极片，复合聚合物电解质膜插入按实施例1制作的正极极片和负极极片的中间，卷绕使成为一个整体，将卷绕好的电芯浸入盛有碳酸二乙酯溶剂的容器中2小时，拿出后在45℃下加压，压力4Mpa，并同时抽真空除掉电芯中的溶剂，使电池成为一体化的过程。经过一体化的电芯封装、真空干燥、注液、活化后便成为了锂聚合物电池。
本发明实施例1得到的锂聚合物电池为A电池。实施例2得到的锂聚合物电池为B电池。实施例3得到的锂聚合物电池为C电池。A电池和B电池和C电池的性能比较如表1
表1  A电池和B电池和C电池的性能比较
  第一次充电容量mAh   第一次放电容量mAh   第十次充电容量mAh   第十次放电容量mAh
  A电池   620.5   524.2   522.7   522.1
  B电池   611.4   515.8   509.5   507.6
  C电池   604.5   510.3   501.2   499.9

Claims (5)

1、一种锂聚合物电池，是由电池外壳和电芯组成，电芯是由聚合物电解质膜，正极极片和负极极片组成，其特征是聚合物电解质膜是在多孔聚烯烃薄膜的两面表面上敷上一层聚合物胶层，正极极片和负极极片将聚合物电解质膜卷绕在中间，卷绕使成为一个整体。
2、一种锂聚合物电池制造方法，正极极片形成是正极活性物质、乙炔黑、偏氟乙烯及其共聚物在溶剂的作用下混合均匀，并涂敷在铝箔上，经过干燥、碾压可形成具有一定厚度的正极极片，负极极片形成是负极活性物质，偏氟乙烯及其共聚物在溶剂的作用下混合均匀，并涂敷在铜箔上，经过干燥、碾压，可形成具有一定厚度的负极极片，经过一体化的电芯封装、真空干燥、注液、活化后成为了锂聚合物电池，其特征是高强度的聚合物电解质膜的制作是将偏氟乙烯及其共聚物溶解在溶剂中，在溶剂的作用下混合均匀，并涂敷在多孔聚烯烃薄膜上并随后干燥而得到，在多孔聚烯烃薄膜表面得到一层均匀的聚合物膜材料，把聚合物电解质膜，插入正极极片和负极极片的中间，卷绕使成为一个整体，卷绕好的电芯浸入盛有可溶偏氟乙烯及其共聚物的溶剂中，之后拿出在加热情况下加压，并同时抽真空除掉溶剂，溶剂采用丙酮或N，N-二甲基吡咯烷酮或碳酸二甲酯或碳酸二乙酯或碳酸丙烯酯或碳酸甲乙酯或四氢呋喃，偏氟乙烯及其共聚物是偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物。
3、根据权利要求2所述的锂聚合物电池制造方法，其特征是偏氟乙烯及其共聚物在溶剂的作用下混合均匀，得到均匀的浆液，
配制比例如下，采用重量百分比：
聚合物材料      5％～30％
增塑剂          1％～50％
溶剂            94％～20％
聚合物材料采用偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，增塑剂采用碳酸二甲酯材料或碳酸二乙酯或碳酸丙烯酯或碳酸甲乙酯或四氢呋喃，溶剂采用丙酮或N，N-二甲基吡咯烷酮或碳酸二甲酯或碳酸二乙酯或碳酸丙烯酯或碳酸甲乙酯或四氢呋喃。
4、根据权利要求2所述的锂聚合物电池制造方法，其特征是多孔聚烯烃薄膜的两面表面得到一层均匀的聚合物膜材料，总的膜厚为30-300密耳。
5、根据权利要求2所述的锂聚合物电池制造方法，其特征是将卷绕好的电芯浸入盛有溶剂的容器中0.1-4小时，拿出后在25-125℃下加压，压力0.1-10Mpa，并同时抽真空除掉电芯中的溶剂。
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