CN1819323A

CN1819323A - 一种凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用

Info

Publication number: CN1819323A
Application number: CNA2006100013168A
Authority: CN
Inventors: 方祺; 王乾; 李小芳; 吴凯; 陈卫; 赵丰刚; 曾毓群
Original assignee: Dongguan Amperex Electronics Technology Ltd
Current assignee: Dongguan Amperex Electronics Technology Ltd
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2006-08-16

Abstract

本发明涉及圆柱形锂电池技术领域，特指一种有利于提高电池稳定性的凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用。本发明将可形成凝胶电解质的聚合物应用于圆柱形锂电池中，即在电池的正极与隔离膜之间以及负极与隔离膜之间涂覆有一层作为凝胶电解质层的聚合物。本发明将可形成凝胶电解质的聚合物应用于圆柱形电池中，由于在一定温度和压力下，聚合物被电解液中的溶剂塑化，形成稳定的凝胶电解质层。这种电池的电解液以塑化态固定在电极与隔离膜之间，其形成的界面使电解质在电芯膨胀时不会因压力而被挤出，令电池具有良好的性能。本发明所采用的聚合物由于没有直接使用含锂的电解质，减少了在干燥房内的工序，简化操作步骤，且令电池的电解质层性能稳定。

Description

一种凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用

技术领域：

本发明涉及圆柱形锂电池技术领域，特指一种有利于提高电池稳定性的凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用。

背景技术：

传统聚合物锂电池采用钢制外壳，其电池内的电解液是以可流通的液态存在。由于二次锂离子电池在使用过程中，电极膜片会膨胀，而圆柱形电池由于其自身结构的原因，在电极膜片膨胀时，电池芯的直径是无法突破外壳而增加的，这样一来，液态的电解液就会在电池芯膨胀时被挤出，导致电池性能变差。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题就在于克服目前产品中存在的不足，提出将一种凝胶聚合物应用于圆柱形锂电池中，可大大提高电池的性能。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：本发明将可形成凝胶电解质的聚合物应用于圆柱形锂电池中，即在电池的正极与隔离膜之间以及负极与隔离膜之间涂覆有一层作为凝胶电解质层的聚合物。

通常，所述的聚合物可以为以下几种物质：

一、偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物；

二、环氧乙烷、环氧丙烷的均聚物或共聚物，或者以其为基础的添加其他基团的改性聚合物；

三、以上两种物质的混合物。

本发明采用采用浸渍、喷涂、印刷和涂刷的方式将聚合物涂覆于电池正、负极或隔离膜上，涂覆厚度为0.1～30微米。在涂覆时，需将聚合物用于溶剂中，再进行涂覆。

本发明将可形成凝胶电解质的聚合物应用于圆柱形电池中，由于在一定温度和压力下，聚合物被电解液中的溶剂塑化，形成稳定的凝胶电解质层。这种电池的电解液以塑化态固定在电极与隔离膜之间，其形成的界面使电解质在电芯膨胀时不会因压力而被挤出，令电池具有良好的性能。另外，发明所采用的聚合物由于没有直接使用含锂的电解质，减少了在干燥房内的工序，简化操作步骤，且令电池的电解质层性能稳定。

附图说明：

图1是发明一实施例的结构示意图。

具体实施方式：

本发明所采用的聚合物为以下物质：

(A)、偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)，其熔点介于138～160摄氏度之间；

(B)、环氧乙烷、环氧丙烷的均聚物或共聚物，或者以其为基础的添加其他基团的改性聚合物，其分子量在5000～50000之间；

(C)、还可以是(A)与(B)的混合物；

将上述物质通过溶剂通解后，涂覆到电极的表面，然后通过在适当的温度下，令电解液中的溶剂溶胀电极表面得到聚合物层，形成凝胶状态的聚合物电解质层，电极本身由于膨胀产生的压力，使其在电极与隔离膜之间形成均匀的界面。

本发明就是在正极与隔离膜之间以及负极与隔离膜之间涂覆有一层作为凝胶电解质层的聚合物。该聚合物涂覆于正、负极的表面。该聚合物为上述A、B、C三种物质。而本发明所采用的涂覆方法是以浸沾、喷涂、印刷、刷涂方式将溶剂有上述聚合物的溶液涂覆在电池芯的正、负电极；然后，将涂覆完聚合物的正极、负极以及隔离膜经过多次卷绕形成螺旋状后，放置于钢壳中经过其他工序制成圆柱形电池。

上述用于溶解聚合物的溶剂在选择上可以非常广泛，只要是能够溶解所要涂覆的聚合物，而同时不会溶解电极原有粘接剂的溶剂都可以。例如，溶剂可采用以下溶剂中的一种或几种：丙酮、甲乙酮等酮类溶剂；乙酸乙酯、乙酸甲酯等酯类溶剂；四氢呋喃，r丁内酯等杂环化合物溶剂；碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯等碳酸酯类溶剂。

上述的溶剂不单可以单独使用，并且可以选择两种以上构成混合溶剂，以改善其性能。例如，丙酮和异丙醇按照9∶1的比例混合，通过相分离的方法在涂覆层上造孔，可以改善凝胶电解质电池的性能。对于涂覆时条件的控制，要考虑溶液的物理特性来选择合适的涂覆温度、湿度，干燥时的温度和湿度。涂覆的厚度其单面要介于0.1～30微米，太厚的凝胶层会导致电池芯内阻的增加。

对于聚合物的选择，如果是偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)单独使用，则其熔点介于135～160摄氏度之间。熔点的选择与六氟丙烯的含量有关，其也影响偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物在溶剂中的溶解度，还影响凝胶电解质的物理特性。聚合物的分子量同样会影响凝胶电解质的物理特性。如果聚合物采用环氧乙烷、环氧丙烷的均聚物或共聚物，其分子量应在5000～50000之间。其端基引入和可以交联的基团(例如碳碳双键)，通过交联降低其在电解液中的溶解度，以形成凝胶。当然，还可以将偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物和环氧乙烷、环氧丙烷的均聚物或共聚物混合使用。

聚合物的凝胶化工序是在加完电解液封装以后，在合适的温度下，形成凝胶电解质，并在隔离膜和正负极之间形成良好的界面。上述合适的温度位于在形成凝胶化的温度和电解液中溶剂的沸点之间。如果温度太低，根本不能形成凝胶电解质，而太高的温度会导致电解溶剂汽化，破坏电极与隔离膜之间的界面。本发明推荐的温度是50到110摄氏度。

以下是本发明的一个实施例：

负极：97％的石墨为活性物质，1.5％的SBR为粘接剂，1.5％的羧甲基纤维素纳。

正极：95％的钴酸锂，2.5％的乙炔炭黑为导电剂，2.5％的聚偏氟树酯(PVDF)为粘接剂。

隔离膜：40％孔隙率的聚烯烃材料，厚度为20微米。

电解液：乙酸乙酯(EC)/二甲基碳酸酯(DMC)/碳酸乙基甲酯(EMC)的体积比为4∶4∶2，1摩尔的LiPF₆。

聚合物：熔点为142摄氏度的，型号为Kynar 2801的PVDF-HFP。

见图1，这是本实施例的截面示意图，其中，经过涂覆聚合物的正极1、隔离膜2负极3经过多次卷绕形成螺旋状，然后放置在底部具有绝缘垫5的钢壳6中，然后再在其上放置绝缘垫7后，经过滚槽、干燥、加入电解液，加上盖帽8，然后将正极极耳焊接在组合盖帽8上，最后通过机械设备进行封口作业，完成装配过程。完成装配的电池经过75摄氏度、4小时的高温使电极和隔离膜上的聚合物凝胶化，形成凝胶电解质，电池再经过化成、检验、包装后形成成品。

Claims

1、一种凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用，其特征在于：于圆柱形锂电池的正极与隔离膜之间以及负极与隔离膜之间涂覆有一层作为凝胶电解质层的聚合物。

2、根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用，其特征在于：所述的聚合物为偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物。

3、根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用，其特征在于：所述的聚合物为环氧乙烷、环氧丙烷的均聚物或共聚物，或者以其为基础的添加其他基团的改性聚合物。

4、根据权利要求2所述的一种凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用，其特征在于：所述的偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物的熔点介于135～160摄氏度之间。

5、根据权利要求3所述的一种凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用，其特征在于：所述的环氧乙烷、环氧丙烷的均聚物或共聚物，其分子量在5000～50000之间。

6、根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用，其特征在于：所述的聚合物为一种混合物，该混合物包括：偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物，以及环氧乙烷、环氧丙烷的均聚物或共聚物，或者以其为基础的添加其他基团的改性聚合物。

7、根据权利要求1～6中任意一条所述的一种凝胶聚合物在圆柱形锂电池中的应用，其特征在于：所述聚合物采用浸渍、喷涂、印刷和涂刷的方式涂覆于电池正、负极或隔离膜上，涂覆厚度为0.1～30微米。