本发明专利技术涉及聚合物锂离子电池用电极的制备及电池的结构设计技术领域，具体的说是一种三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元及其制法和电池，其特征在于正极板由30~70μm厚的网状铝集流体以及复合在铝基网状集流体单面或双面的正极活性物质层组成，正极活性物质层包括锂金属氧化物、导电剂、添加剂及粘结剂；负极板由20~60μm厚的网状铜集流体以及负极活性物质膜层组成，其中铜基网状集流体嵌入在负极活性物质膜层中，负极活性物质膜层包括石墨、MCMB、添加剂、粘结剂，本发明专利技术与现有技术相比，有效提高表面积，增加离子迁移通道，缩短离子的交换距离和时间，消除了各种极化引起的产热问题，并提升了电池倍率性能延长了电池使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元及其制法和电池
本专利技术涉及聚合物锂离子电池用电极的制备及电池的结构设计
，具体的说是一种能够有效提高锂离子电池耐热性、高倍率放电性、电池使用寿命的三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元及其制法和电池。
技术介绍
与其他类型电池相比，锂离子电池具有更好的蓄能效果，且重量轻体积小，因而被广泛应用于手机以及其他便携式电子设备中。传统的锂离子电池通常使用易燃的液态有机碳酸酯作为电解液的主要溶剂，存在着漏液、鼓胀、发热冒烟甚至着火爆炸等安全隐患。为了解决该问题，研究人员提出了聚合物锂离子电池，它采用聚合物凝胶电解液，使之分散在高分子聚合物隔膜中，因而不容易产生漏液和鼓胀的情况，相对于液态电解液，具有更好的安全性，是目前电动汽车以及储能电站等领域使用的首选电池。聚合物锂离子电池包括壳体、以及封装在壳体内的电芯和电解液，其中电芯包括正、负极板以及正、负极板之间的隔离装置，正、负极板上涂有相关活性物质，电池内部充满电解液。现有的聚合物离子电池的耐热性、充放电能力及使用寿命等均存在进一步提升的空间。
技术实现思路
本专利技术针对现有锂离子电池存在的缺点和不足，提出一种能够有效改善锂离子电池耐热性、提高充放电能力并延长使用寿命的三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元及其制法和电池。本专利技术可以通过以下措施达到: 一种三维多孔聚合物锂离子电池电芯，设有正极板、负极板以及隔离膜，其特征在于正极板由30-70 μ m厚的网状铝集流体以及复合在铝基网状集流体单面或双面的正极活性物质层组成，正极活性物质层包括锂金属氧化物、导电剂、添加剂及粘结剂；负极板由20-60 μ m厚的网状铜集流体以及负极活性物质膜层组成，其中铜基网状集流体嵌入在负极活性物质膜层中，负极活性物质膜层包括石墨、MCMB、添加剂、粘结剂。本专利技术还设有隔离膜，隔离膜由骨架材料、填料、增塑剂、阻燃剂、偶联剂经真空搅拌均匀后辊刮涂敷成膜，其中骨架材料采用聚偏氟乙烯、填料采用二氧化硅或三氧化二铝、增塑剂采用邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯、偶联剂采用乙烯基三硅烷、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷中选一种或两种的混合物，各组分质量百分比可以为:聚偏氟乙烯70%-80%、二氧化硅或三氧化二铝15%-17%、增塑剂4%-6%、偶联剂1%_3%。本专利技术中正极板以及负极板的集流体均为具有菱形网眼结构的网状集流体。本专利技术将以上的正极板、隔离膜及负极板按叠片方式依次有序堆叠成电芯单元，每一个单元以负极板/隔离膜/正极板、或负极板/隔离膜/正极板/隔离膜/负极板、或正极板/隔离膜/负极板/隔离膜/正极板的不同的层状结构有序堆叠后，经高温热压处理或经粘结剂常温复合处理，形成正极板、隔离膜、负极板为一体的电芯单元。本专利技术中电芯单元中的正极板、隔离膜和负极板上均具有经萃取分离技术获得的三维多孔结构，孔径在0.2-10 μ m。一种如上所述三维多孔聚合物锂离子电池用电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1:制备正极板和负极板，将用于制备正极板的铝制网状集流体以及用于制备负极板的铜质网状集流体均经除油清洗后，再经表面印刷导电处理待用，将正极活性物质搅拌均匀后，辊刮涂敷在铝制网状集流体的一侧或两侧，形成正极活性物质层，将负极活性物质搅拌均匀后，辊刮涂敷在铜质网状集流体上，使铜质网状集流体嵌入负极活性物质层中； 步骤2:制备隔离膜，按配比取用骨架材料、填料、增塑剂、阻燃剂、偶联剂，将各组分经真空搅拌均匀后，辊刮涂敷成膜，其中骨架材料采用聚偏氟乙烯，填料采用二氧化硅或三氧化二铝，增塑剂采用邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛脂，偶联剂采用乙烯基三硅烷、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷中的一种或两种的混合； 步骤3:电池单元成型处理，将步骤I及步骤2获得的成形的正负极板和隔离膜按负极/隔离膜/正极或负极/隔离膜/正极/隔离膜/负极或正极/隔离膜/负极/隔离膜/正极有序堆叠后，经高温热压处理或经粘结剂常温复合处理后，获得正极板、隔离膜、负极板为一体的电芯单元半成品； 步骤4:通过相分离技术萃取成孔，将步骤4中获得的电芯单元半成品置于萃取剂中，采用阶梯浓度差法进行萃取处理，萃取后的电芯单元经清洗、甩干、烘干后，获得正极板、负极板、隔离膜上均具有三维微孔结构的多孔电芯单元。本专利技术中步骤3中萃取剂采用甲醇或乙醇，萃取剂经蒸馏、提纯后可以循环使用；相分离处理技术包括:将成形后的正极板、负极板以及隔离膜置于萃取溶剂中，采用阶梯浓度差法进行萃取处理使造孔剂分理出来，使整个电池单元均形成三维、高曲度、高绕度、通透的微孔结构，其中萃取溶剂采用甲醇或乙醇，电池单元经三级阶梯萃取室自上而下三次相分离过程，形成孔径不等的多孔结构。萃取剂浓度及相分离时间分别为:一级溶剂室萃取剂浓度90%-93%，相分离时间30-50min ;二级溶剂室萃取剂浓度94%_97%，相分离时间40-60min ;三级溶剂室萃取剂浓度95%_99.5%，相分离时间50_70min，萃取过程中温度为30-40°C，萃取体系真空度-0.06Mpa，微波振动频率为30-40HZ。本专利技术还提出一种多孔锂离子聚合物电池，其特征在于将两个以上如上所述三维多孔电芯单元采用叠片工艺将f 20片单元并联焊接制得。本专利技术中提出的多孔锂离子聚合物电池可以通过调整三维多孔电池单元的个数，制造出零点几AtTlOOAh之间任意容量的单体电池，其厚度在0.riOmm之间任意控制。本专利技术中多孔锂离子聚合物电池还可以根据用户需要设计成各种不同的形状和结构的电池，如可以设计出方形、三角形、圆形、半圆形、椭圆形等各种不同的形状，还可以设计出一正一负、一正两负或两正一负型结构的电池，以满足不同客户的需求。本专利技术提出的多孔锂离子聚合物电池电极的孔容不低于80%，孔率> 45%，孔径0.2-10 μ m，使整个电极的多孔结构具有三维、高曲度、高绕度、通透等特征，进而有效提高表面积，增加离子迁移通道，缩短离子的交换距离和时间，消除了各种极化引起的产热问题，并提升了电池倍率性能延长了电池使用寿命。【附图说明】: 附图1是实施例1中三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元的剖面图。附图2是实施例2中三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元的剖面图。附图3是实施例3中三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元的剖面图。附图标记:负极极耳1、正极极耳2、负极铜基网状集流体3、正极铝基网状集流体4、负极活性物质膜层5、正极活性物质层6、隔离膜7。【具体实施方式】: 下面结合附图对本专利技术作进一步说明: 实施例1: 本专利技术提出了一种三维多孔聚合物锂离子电池电芯及其制法和电池，三维多孔聚合物锂离子电池电芯是由若干个如附图1所示的电芯单元并联焊接而成，图中电芯单元由负极板/隔离膜V正极板依次堆叠复合制成，如图所示，引出一个负极极耳I和一个正极极耳2 ； 其中正极板由30-70 μ m厚的正极铝基网状集流体4以及复合在正极铝基网状集流体4单面或双面的正极活性物质层6组成，正极活性物质层6包括锂金属氧化物、导电剂、添加剂及粘结剂；负极板由20-60 μ m厚的负极铜基网状集流体3以及负极活性物质膜层5组成，其中负极铜基网状集流体3嵌入在负极活性物质膜层5中，负极活性物质膜层5包括石本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元，设有正极板、负极板以及隔离膜，其特征在于正极板由30~70μm厚的网状铝集流体以及复合在铝基网状集流体单面或双面的正极活性物质层组成，正极活性物质层包括锂金属氧化物、导电剂、添加剂及粘结剂；负极板由20~60μm厚的网状铜集流体以及负极活性物质膜层组成，其中铜基网状集流体嵌入在负极活性物质膜层中，负极活性物质膜层包括石墨、MCMB、添加剂、粘结剂。
【技术特征摘要】
1.一种三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元，设有正极板、负极板以及隔离膜，其特征在于正极板由30-70 μ m厚的网状铝集流体以及复合在铝基网状集流体单面或双面的正极活性物质层组成，正极活性物质层包括锂金属氧化物、导电剂、添加剂及粘结剂；负极板由20-60 μ m厚的网状铜集流体以及负极活性物质膜层组成，其中铜基网状集流体嵌入在负极活性物质膜层中，负极活性物质膜层包括石墨、MCMB、添加剂、粘结剂。2.根据权利要求1所述的一种三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元，其特征在于还设有隔离膜，隔离膜由骨架材料、填料、增塑剂、阻燃剂、偶联剂经真空搅拌均匀后辊刮涂敷成膜，其中骨架材料采用聚偏氟乙烯、填料采用二氧化硅或三氧化二铝、增塑剂采用邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯、偶联剂采用乙烯基三硅烷、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷中选一种或两种的混合物，各组分质量百分比为:聚偏氟乙烯70%-80%、二氧化硅或三氧化二铝15%-17%、增塑剂 4%-6%、偶联剂 1%-3%。3.根据权利要求1所述的一种三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元，其特征在于正极板以及负极板的集流体均为具有菱形网眼结构的网状集流体。4.根据权利要求1中任意一项所述的一种三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元，其特征在于将正极板、隔离膜及负极板按叠片方式依次有序堆叠成电芯单元，每一个单元以负极板/隔离膜/正极板、或负极板/隔离膜/正极板/隔离膜/负极板、或正极板/隔离膜/负极板/隔离膜/正极板的不同的层状结构有序堆叠后，经高温热压处理或经粘结剂常温复合处理，形成正极板、隔离膜、负极板为一体的电芯单元。5.根据权利要求1所述的一种三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元，其特征在于电芯单元中的正极板、隔离膜和负极板上均具有经萃取分离技术获得的三维多孔结构，孔径在 0.2-10 μm。6.一种如权利要求1-5中任意一项所述三维多孔聚合物锂离子电池电芯单元的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1:制备正极板和负极板，将用于制备正极板的铝制网状集流体以及用于制备负极板的铜质网状集流体均经除油清洗后，再经表面印刷导电处理待用，将正极活性物质搅拌均...
【专利技术属性】
技术研发人员：王庆生，杨哲龙，
申请(专利权)人：威海东生能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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