一种锂离子柔性电池无衬底正极片及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子柔性电池无衬底正极片，其原料包括活性材料、导电剂和粘接剂，所述粘接剂包括热塑性聚氨酯和/或溶剂型聚氨酯，本发明专利技术减轻了电池重量，提高了电池容量密度和使用过程中的稳定性和安全性；本发明专利技术还公开了一种锂离子柔性电池无衬底正极片的制备方法，采用了浸渍法加工工艺。本发明专利技术不仅提高了正极片的柔韧性、变形率和强度，可以承受重复弯曲、扭曲、拉伸以及折叠形变而不影响电池性能，延长了电池的使用寿命，而且具有容量大，循环性能好，高倍率性能优异的优点。

Lithium ion flexible battery substrate free positive plate and preparation method thereof

The invention discloses a lithium ion battery positive plate flexible substrate, its raw material includes active material, conductive agent and binder, the binder comprising a thermoplastic polyurethane and / or solvent based polyurethane, the invention can reduce battery weight, improve the capacity of the battery and the density of stability and safety in the process; the invention also discloses a lithium ion battery without preparation method of flexible substrate anode plate, using process of impregnation method. The invention not only improves the rate of deformation and strength of cathode, flexibility, can withstand repeated bending, twisting, stretching and folding deformation does not affect the battery performance, prolong the service life of the battery, and has the advantages of large capacity, good cycle performance and high rate performance advantages.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子柔性电池无衬底正极片及制备方法
本专利技术属于柔性锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子柔性电池无衬底正极片及制备方法。
技术介绍
目前已有少量概念柔性电池器件出现，这些器件的设计都是建立在柔性电池发展的基础上。柔性电池是指能够承受重复弯曲、扭曲、拉伸以及折叠等形变而不影响性能的电池。为了满足可弯曲、可植入、可穿戴电子产品的需要，高性能的柔性电池亟待开发。国内国外的柔性电池目前主要使用金属集流体，专利CN201180004137.9中提出薄型柔性电池，该柔性电池的正极集电体包含了银、镍、钯、金、铂、铝及不锈钢中的至少一种组分；专利CN201410030455.8中提出一种柔性电池，其集流器包含了金属或金属合金材料；专利CN201410159108.5采用铜、铝、银、金和不锈钢栅线片中的一种或多种作为集流体电路的组分；同样专利CN201610524733.4中的柔性电池正极需要铝箔作为集流体；金属集流体使得电池柔性差，变形率和弯曲度小，同时由于金属质量较大，使得电池的容量密度下降，另外，因电极材料难以黏附在光滑的金属表面而造成电池循环性能差。聚氨酯具备优异的橡胶特性，常作为胶粘剂使用，不仅粘接力强，同时还具有优异的缓冲、减震功能。专利CN201180028943.X中将聚氨酯材料用作外包覆体的树脂层。目前还没有将聚氨酯应用于柔性电池电极片的报道。
技术实现思路
本专利技术提出了一种锂离子柔性电池无衬底正极片及其制备方法，以聚氨酯为粘接剂，采用浸渍法加工工艺制备锂离子柔性电池无衬底正极片，解决了柔性电池柔性差，柔韧度不足，容量密度小，循环性能差的技术问题。本专利技术提出的一种锂离子柔性电池无衬底正极片，其原料包括活性材料、导电剂和粘接剂，所述粘接剂包括热塑性聚氨酯和/或溶剂型聚氨酯。优选地，活性材料、导电剂、粘接剂的重量比为40～80：5～10：10～55。优选地，活性材料、导电剂、粘接剂的重量比为50～70：6～9：20～45。优选地，活性材料、导电剂、粘接剂的重量比为60：8：32。优选地，活性材料为磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂中的一种。优选地，活性材料为磷酸铁锂或钴酸锂。优选地，活性材料为磷酸铁锂。优选地，导电剂为导电炭黑、乙炔黑、聚苯胺、聚吡咯中的一种或多种。优选地，导电剂为导电炭黑和乙炔黑。优选地，所述热塑性聚氨酯的胶膜断裂伸长率为500～1000％，拉伸强度为20～40MPa。本专利技术提出了一种锂离子柔性电池无衬底正极片的制备方法，包括如下步骤：将粘接剂置于溶剂中，待粘接剂溶解后加入活性材料和导电剂，球磨得到混合物料，用混合物料在聚四氟乙烯板上刮膜以在聚四氟乙烯板表面形成薄膜，将涂有薄膜的聚四氟乙烯板置于水中，以水萃取溶剂使薄膜形成多孔结构，烘干后得到的锂离子柔性电池无衬底正极片。优选地，球磨时间为1.5-2.5h。优选地，球磨时间为2h。优选地，萃取时间为1.5-2.5h。优选地，萃取时间为2h。优选地，烘干温度为90-110℃，烘干时间为4-8h。优选地，烘干温度为100℃，烘干时间为6h。优选地，烘干后从聚四氟乙烯板上撕下薄膜得到锂离子柔性电池无衬底正极片。优选地，溶剂和粘接剂的重量比为1～3：1。优选地，溶剂合粘接剂的重量比为2：1。优选地，活性材料、导电剂、粘接剂的重量比为40～80：5～10：10～55。优选地，活性材料、导电剂、粘接剂的重量比为50～70：6～9：20～45。优选地，活性材料、导电剂、粘接剂的重量比为60：8：32。优选地，粘接剂包括热塑性聚氨酯和/或溶剂型聚氨酯。优选地，热塑性聚氨酯的胶膜断裂伸长率为500～1000％，拉伸强度为20～40MPa。优选地，所述溶剂能以任何体积与水互溶。优选地，溶剂为丙酮、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种。优选地，溶剂为丙酮、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。优选地，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。优选地，活性材料为磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂中的一种。优选地，活性材料为磷酸铁锂或钴酸锂。优选地，活性材料为磷酸铁锂。优选地，导电剂为导电炭黑、乙炔黑、聚苯胺、聚吡咯中的一种或多种。优选地，导电剂为导电炭黑和乙炔黑。本专利技术提出了一种锂离子柔性电池无衬底正极片的应用，用于扣式锂离子电池。优选地，在扣式锂离子电池的制备过程中，将锂离子柔性电池无衬底正极片置于电解液中吸液溶胀，溶胀平衡后用压片机冲头冲成薄片作为正极，以金属锂片作负极，将正极和负极之间以隔膜隔离，组装过程在真空手套箱中进行。优选地，在扣式锂离子电池的制备过程中，冲成的薄片直径为12mm。优选地，隔膜为多孔聚乙烯膜或多孔聚丙烯膜。优选地，电解液为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的六氟磷酸锂溶液。优选地，电解液中碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的体积比为1:1。本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：1、本专利技术使用聚氨酯作为粘接剂，加入适配的活性材料和导电剂，无需使用金属银、镍、钯、金、铂、铝及不锈钢作为集流体，减轻了电池重量，提高了电池容量密度，扩宽了锂离子柔性电池的应用领域，更适合于可穿戴设备；另外，聚氨酯作为粘接剂，不会出现脱粉、掉料的不良现象，提高了电池使用过程中的稳定性和安全性；2、本专利技术采用浸渍法加工工艺制备锂离子柔性电池无衬底正极片，可以很好地发挥聚氨酯的柔性，该方法制得正极片不仅韧性好、强度高、变形率大，可以承受重复弯曲、扭曲、拉伸以及折叠形变而不影响电池性能，延长电池的使用寿命；而且本专利技术的柔性正极片使电池具备容量大，循环性能好，高倍率性能优异的优点。附图说明图1为实施例9-11与对照组首次充放电容量曲线；图2为实施例9-11与对照组100次循环充放电的容量曲线；图3为实施例9-11与对照组100次循环充放电的库伦效率曲线；图4为实施例9-11与对照组的倍率特性。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1一种锂离子柔性电池无衬底正极片，其原料包括：磷酸铁锂、导电炭黑、热塑性聚氨酯。实施例2一种锂离子柔性电池无衬底正极片，其原料按重量份包括：40份磷酸铁锂、5份导电炭黑、10份热塑性聚氨酯。实施例3一种锂离子柔性电池无衬底正极片，其原料按重量份包括：80份镍钴锰酸锂、10份乙炔黑、55份溶剂型聚氨酯。实施例4一种锂离子柔性电池无衬底正极片，其原料按重量份包括：50份钴酸锂、3份导电炭黑、3份聚苯胺、10份热塑性聚氨酯、10份溶剂型聚氨酯。实施例5一种锂离子柔性电池无衬底正极片，其原料按重量份包括：70份锰酸锂、3份导电炭黑、3份乙炔黑、3份聚苯胺、45份热塑性聚氨酯，45份丙酮；锂离子柔性电池无衬底正极片采用浸渍法加工工艺制备，包括如下步骤：将热塑性聚氨酯置于丙酮中，待热塑性聚氨酯溶解后加入锰酸锂、导电炭黑和乙炔黑，将三者球磨1.5h后得到混合物料，用混合物料在聚四氟乙烯板上刮膜，使聚四氟乙烯板表面形成混合物料薄膜，将涂有薄膜的聚四氟乙烯板置于水中，以水萃取薄膜中的溶剂使薄膜形成多孔结构，萃取时间为1.5h，在90℃条件下烘干4h后得到的锂离子柔性电池无衬底正极片。实施例6一种锂离子柔性电池无衬底正极片，其原料按重量份包括：60份锰酸锂、3份本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子柔性电池无衬底正极片，其特征在于，其原料包括活性材料、导电剂和粘接剂，所述粘接剂包括热塑性聚氨酯和/或溶剂型聚氨酯。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子柔性电池无衬底正极片，其特征在于，其原料包括活性材料、导电剂和粘接剂，所述粘接剂包括热塑性聚氨酯和/或溶剂型聚氨酯。2.根据权利要求1所述的锂离子柔性电池无衬底正极片，其特征在于，活性材料、导电剂、粘接剂的重量比为40～80：5～10：10～55；优选地，活性材料、导电剂、粘接剂的重量比为50～70：6～9：20～45；优选地，活性材料、导电剂、粘接剂的重量比为60：8：32。3.根据权利要求1所述的锂离子柔性电池无衬底正极片，其特征在于，热塑性聚氨酯的胶膜断裂伸长率为500～1000％，拉伸强度为20～40MPa。4.根据权利要求1所述的锂离子柔性电池无衬底正极片，其特征在于，活性材料为磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂中的一种；优选地，活性材料为磷酸铁锂或钴酸锂；优选地，活性材料为磷酸铁锂。5.根据权利要求1所述的锂离子柔性电池无衬底正极片，其特征在于，导电剂为导电炭黑、乙炔黑、聚苯胺、聚吡咯中的一种或多种；优选地，导电剂为乙炔黑。6.一种根据权利要求1-5任一项所述的锂离子柔性电池无衬底正极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将粘接剂置于溶剂中，待粘接剂溶解后加...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍俊杰，陶灿，许戈文，黄毅萍，高明昊，尹博皓，齐国钦，黄祺开，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34