一种聚合物锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物锂离子电池，包括正极层、凝胶电解质层和负极层，其中：正极层包括基材、正极集流体和正极材料，凝胶电解质层包括高分子聚合物、锂盐、有机溶剂和功能添加剂，负极层包括基材、负极集流体和负极材料。本发明专利技术还提供了所述聚合物锂离子电池的制备方法。本发明专利技术提供的制备工艺简单、成本低，制得的聚合物锂离子电池具有柔性、轻薄和形状多变的特点，适合用于可穿戴设备等领域。

Polymer lithium ion battery and preparation method thereof

The invention discloses a polymer lithium ion battery, comprising an anode layer, gel electrolyte layer and a cathode layer, wherein the cathode layer comprises a substrate, an anode current collector and cathode materials, including polymer gel electrolyte layer, lithium salt, organic solvents and functional additives, a negative electrode layer comprises a substrate, a cathode current collector and cathode material. The invention also provides a preparation method of the polymer lithium ion battery. The preparation method has the advantages of simple preparation process and low cost, and the prepared polymer lithium ion battery has the characteristics of flexibility, thinness and changeful shape, and is suitable for the field of wearable devices.

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物锂离子电池及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池制造
，具体涉及一种聚合物锂离子电池的制备方法。
技术介绍
锂离子电池因具有工作电压高、能量密度大、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长和无污染等优点，广泛应用于日常生活的各个领域，包括各种便携式电子设备和电动汽车等。随着可穿戴技术、物联网技术、RFID射频等技术的快速发展，人们对应用于该技术的电池的需求和要求也越来越高，要求有一种具有柔性、形状多变、性能稳定的微型电源为智能装置提供能源，实现科学技术应用，为人类提供安全可靠的服务。而普通的锂离子电池由于采用液态电解液和常规集流体，电池形状固定，不能随意弯曲，铝塑膜外包装及各电池组件工艺限制了电池厚度降低，因此并不能真正应用在高端智能化装置中。现有技术对适用于智能化产品的锂离子电池进行了技术改进，以获得具有柔性的电池：中国专利CN201310440218.4和CN201410378688.7公开了在制备的柔性锂离子电池时，将活性电极材料以微单元陈列的形式涂覆到集流体上，电池中依旧使用隔膜和液态电解液，该设计可以改善电池的柔性和耐曲折能力，但改善效果有限，且电池形状较为固定。中国专利CN201410558210.2和CN201410030455.8公开了，电池的柔性的获得主要通过对电池组装工艺、电池壳进行优化设计；中国专利CN201180004137.9公开了，通过设计改善电池内部各层表面的粗糙度、并使用聚合物电解质的方式获得了具有弯曲性优良的柔性电池。现有技术虽然对锂离子电池的柔性和耐曲折能力进行了一定改进，但以下问题依然尚未解决，例如：①多数采用传统的铜箔或铝箔集流体，并在该集流体上印刷活性材料，电池的柔性受到限制；②多数采用液体电解液和隔膜，电池的形状较为固定，不能根据电器件要求随意设计电池形状，且电池存在漏液等不安全隐患；③多数采用铝塑复合膜为外包装膜，增加了电池厚度，电池形状也受到了限制。因此，仍有希望对锂离子电池做进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚合物锂离子电池。本专利技术采用的技术方案如下：一种聚合物锂离子电池，包括正极层、凝胶电解质层和负极层，其中：所述正极层包括基材、正极集流体和正极材料；所述凝胶电解质层包括高分子聚合物、锂盐、有机溶剂和功能添加剂，所述高分子聚合物包括聚偏氟乙烯均聚物和/或聚偏氟乙烯共聚物，所述锂盐包括硼酸类锂盐和/或磺酰亚胺类锂盐，所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～40％，所述锂盐在凝胶电解质中的摩尔浓度为0.5～2摩尔/升，所述有机溶剂在凝胶电解质中的质量分数为10～90％，所述功能添加剂在凝胶电解质中的质量分数为0～10％；所述负极层包括基材、负极集流体和负极材料；所述基材选自铝塑复合膜、聚丙烯膜、聚酯膜、氯化聚乙烯膜或它们的复合膜；所述正极集流体包括正极集流体导电粉，所述正极集流体导电粉选自碳粉、银粉、铝粉、镍粉、石墨烯和不锈钢粉中的一种、两种或三种以上组合；所述负极集流体包括负极集流体导电粉，所述负极集流体导电粉选自碳粉、铜粉、石墨烯和银粉中的一种、两种或三种以上组合。本专利技术提供的聚合物锂离子电池包括正极层、凝胶电解质层和负极层，其中正极层包括基材、正极集流体和正极材料，负极层包括基材、负极集流体和负极材料。本专利技术使用的正极材料和负极材料为本领域常用的正极材料和负极材料，即本领域使用的正极材料和负极材料均能够用于本专利技术。本专利技术用于制备正极层和负极层的基材，可以选自铝塑复合膜、聚丙烯膜、聚酯膜、氯化聚乙烯膜或它们的复合膜。优选的是，所述基材选自铝塑复合膜、聚丙烯膜或氯化聚乙烯膜。本专利技术用于制备正极层的正极集流体包括正极集流体导电粉，所述正极集流体导电粉选自碳粉、银粉、铝粉、镍粉、石墨烯和不锈钢粉中的一种、两种或三种以上组合。优选的是，所述正极集流体导电粉选自碳粉、银粉和不锈钢粉中的一种、两种或三种。本领域的技术人员也可以根据需要向正极集流体导电粉中添加粘结剂、有机溶剂和助剂等物质，以制备正极集流体。本专利技术用于制备负极层的负极集流体包括负极集流体导电粉，所述负极集流体导电粉选自碳粉、铜粉、石墨烯和银粉中的一种、两种或三种以上组合。优选的是，所述负极集流体导电粉选自铜粉、石墨烯和银粉中的一种、两种或三种。本领域的技术人员也可以根据需要向负极集流体导电粉中添加粘结剂、有机溶剂和助剂等物质，以制备负极集流体。本专利技术使用的凝胶电解质层包括高分子聚合物、锂盐、有机溶剂和功能添加剂。本专利技术用于制备凝胶电解质层的高分子聚合物包括聚偏氟乙烯均聚物和/或聚偏氟乙烯共聚物。其中所述聚偏氟乙烯共聚物为偏氟乙烯单体与第二共聚单体的共聚物。优选的是，所述第二共聚单体选自六氟丙烯、五氟丙烯、四氟丙烯、三氟丙烯、全氟丁烯、六氟丁二烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯和四氟乙烯中的一种、两种或三种以上组合，且偏氟乙烯单体与第二共聚单体的摩尔比为60/40～99/1。所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～40％。优选的是，所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～30％。本专利技术用于制备凝胶电解质层的锂盐包括硼酸类锂盐和/或磺酰亚胺类锂盐。优选的是，所述硼酸类锂盐选自四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂和双氟草酸硼酸锂中的一种、两种或三种；所述磺酰亚胺类锂盐选自双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和/或双氟磺酰亚胺锂。所述锂盐在凝胶电解质中的摩尔浓度为0.5～2摩尔/升。优选的是，所述锂盐在凝胶电解质中的摩尔浓度为0.8～1.5摩尔/升。本专利技术用于制备凝胶电解质层的有机溶剂，本领域常用的有机溶剂均可用于本专利技术。从效果考虑，优选的是，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、C3～C8脂肪单醇和碳酸合成的碳酸酯衍生物、四氢呋喃、丙酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种、两种或三种以上组合。所述有机溶剂在凝胶电解质中的质量分数为10～90％。优选的是，所述有机溶剂在凝胶电解质中的质量分数为55～85％。本专利技术用于制备凝胶电解质层的功能添加剂，所述功能添加剂在凝胶电解质中的质量分数为0～10％，即可以添加功能添加剂，也可以不添加功能添加剂。当添加功能添加剂时，所述功能添加剂选自联苯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、1,3-丙磺酸内酯、1,4丁磺酸内酯、1,3-(1-丙烯)磺内酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、环己基苯、叔丁基苯和丁二腈中的一种、两种或三种以上组合，且所述功能添加剂在凝胶电解质中的质量分数为0.1～5％。本专利技术还提供一种聚合物锂离子电池的制备方法，包括：(1)先使正极集流体印刷到基材上，再使正极材料印刷到基材上，得到正极层；(2)先使负极集流体印刷到基材上，再使负极材料印刷到基材上，得到负极层；(3)使凝胶电解质分别印刷到正极层和负极层，得到含凝胶电解质的正极层和含凝胶电解质的负极层，再将含凝胶电解质的正极层和含凝胶电解质的负极层叠合在一起，得到聚合物锂离子电池；所述凝胶电解质层包括高分子聚合物、锂盐、有机溶剂和功能添加剂，所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯均聚物和/或聚偏氟乙烯共聚物，所述锂盐包括硼酸类锂盐和/或磺酰亚胺类锂盐，所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～40％，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物锂离子电池，其特征在于所述聚合物锂离子电池包括正极层、凝胶电解质层和负极层，其中：所述正极层包括基材、正极集流体和正极材料；所述凝胶电解质层包括高分子聚合物、锂盐、有机溶剂和功能添加剂，所述高分子聚合物包括聚偏氟乙烯均聚物和/或聚偏氟乙烯共聚物，所述锂盐包括硼酸类锂盐和/或磺酰亚胺类锂盐，所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～40％，所述锂盐在凝胶电解质中的摩尔浓度为0.5～2摩尔/升，所述有机溶剂在凝胶电解质中的质量分数为10～90％，所述功能添加剂在凝胶电解质中的质量分数为0～10％；所述负极层包括基材、负极集流体和负极材料；所述基材选自铝塑复合膜、聚丙烯膜、聚酯膜、氯化聚乙烯膜或它们的复合膜；所述正极集流体包括正极集流体导电粉，所述正极集流体导电粉选自碳粉、银粉、铝粉、镍粉、石墨烯和不锈钢粉中的一种、两种或三种以上组合；所述负极集流体包括负极集流体导电粉，所述负极集流体导电粉选自碳粉、铜粉、石墨烯和银粉中的一种、两种或三种以上组合。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物锂离子电池，其特征在于所述聚合物锂离子电池包括正极层、凝胶电解质层和负极层，其中：所述正极层包括基材、正极集流体和正极材料；所述凝胶电解质层包括高分子聚合物、锂盐、有机溶剂和功能添加剂，所述高分子聚合物包括聚偏氟乙烯均聚物和/或聚偏氟乙烯共聚物，所述锂盐包括硼酸类锂盐和/或磺酰亚胺类锂盐，所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～40％，所述锂盐在凝胶电解质中的摩尔浓度为0.5～2摩尔/升，所述有机溶剂在凝胶电解质中的质量分数为10～90％，所述功能添加剂在凝胶电解质中的质量分数为0～10％；所述负极层包括基材、负极集流体和负极材料；所述基材选自铝塑复合膜、聚丙烯膜、聚酯膜、氯化聚乙烯膜或它们的复合膜；所述正极集流体包括正极集流体导电粉，所述正极集流体导电粉选自碳粉、银粉、铝粉、镍粉、石墨烯和不锈钢粉中的一种、两种或三种以上组合；所述负极集流体包括负极集流体导电粉，所述负极集流体导电粉选自碳粉、铜粉、石墨烯和银粉中的一种、两种或三种以上组合。2.按照权利要求1所述的聚合物锂离子电池，其特征在于所述凝胶电解质层中：所述聚偏氟乙烯共聚物为偏氟乙烯单体与第二共聚单体的共聚物，所述第二共聚单体选自六氟丙烯、五氟丙烯、四氟丙烯、三氟丙烯、全氟丁烯、六氟丁二烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯和四氟乙烯中的一种、两种或三种以上组合，所述偏氟乙烯单体与第二共聚单体的摩尔比为60/40～99/1；所述硼酸类锂盐选自四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂和双氟草酸硼酸锂中的一种、两种或三种；所述磺酰亚胺类锂盐选自双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和/或双氟磺酰亚胺锂；所述高分子聚合物在凝胶电解质中的质量分数为5～30％，所述锂盐在凝胶电解质中的摩尔浓度为0.8～1.5摩尔/升。3.按照权利要求1所述的聚合物锂离子电池，其特征在于：所述基材选自铝塑复合膜、聚丙烯膜或氯化聚乙烯膜；所述正极集流体导电粉选自碳粉、银粉和不锈钢粉中的一种、两种或三种；所述负极集流体导电粉选自铜粉、石墨烯和银粉中的一种、两种或三种。4.按照权利要求1所述的聚合物锂离子电池，其特征在于：所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、C3～C8脂肪单醇和碳酸合成的碳酸酯衍生物、四氢呋喃、丙酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种、两种或三种以上组合，所述有机溶剂在凝胶电解质中的质量分数为55～85％；所述功能添加剂选自联苯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、1,3-丙磺酸内酯、1,4丁磺酸内酯、1,3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王传水，陈慧闯，董经博，
申请(专利权)人：浙江省化工研究院有限公司，浙江蓝天环保高科技股份有限公司，中国中化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33