一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法技术

本发明专利技术涉及锂电池领域，公开了一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法。包括如下制备过程：（1）将聚环氧乙烷、聚碳酸乙烯酯、锂盐、异丙醇铝、纳米无机物、快离子导体、增塑剂混合均匀后经螺杆挤出成膜，制得电解质薄膜片；（2）在卷对卷装置的A轴、B轴分别放置锂电池正极片和负极片，将电解质膜片设置在中间，趁热导入卷对卷装置，贴合在负极片，经加湿、烘干、热定型、卷取，制得聚合物固态锂电池片。本发明专利技术制得的聚合物电解质具有良好的无定形特性，离子电导率高，同时具有无机固化特性，从而提高了聚合物电解质的热稳定性，同时制备方法连续稳定，可有效实现规模化制备聚合物固态锂电池。

【技术实现步骤摘要】
一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法
本专利技术涉及锂电池领域，公开了一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法。
技术介绍
锂离子电池是目前最具有发展前途和应用前景的高能二次电池，锂电池电解液的主要由溶剂、电解质、添加剂组成，其中溶剂主要有碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DEC）、甲酯等；电解质则包括六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸里（LiBF4）、高氯酸锂（LiClO4）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲基硫磺酸（LiCF3SO3）等；添加剂主要是阻燃、耐高温等助剂。传统锂盐LiPF6遇水分解，高温稳定性差，影响电池的安全性能。酯类溶剂易燃，需要阻燃等处理。因此，目前不断研究新型电解质锂盐、功能添加剂，但在解决易燃爆炸方面还存在诸多瓶颈。特别是随着高镍三元等高能量密度的发展，对电解质的稳定性提出了较高的要求，高镍时，循环稳定性较差易于与电解液产生界面膜等影响使用。为此，固态电解质成为锂电池发展的重要选择。固态电解质与传统锂离子电池的区别在于以固态电解质替代了传统锂离子电池的电解液、电解质盐、隔膜。固态锂电池具有两方面潜在优势：（一）安全性高。采用有机电解液的传统锂离子电池，在过度充电、内部短路等异常情况下容易导致电解液发热，有自燃甚至爆炸的危险。而固态锂电池基于固态电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题;（二）能量密度高。固态电解质无需隔膜与电解液，可以节约近40%的体积和25%的质量。如果配套新的正负极材料（锂金属负极）可以使得电化学窗口达到5V以上，有望将能量密度提高至500Wh/kg。按照固态电解质材料的不同，固态电池电解质可以分为氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质三大体系。硫化物电解质电导率高，理论上最适合于电动汽车领域，但是开发难度最大，水水空气敏感、稳定性差、难以大规模化生产；氧化物电解质容量较小，属于无机固态电解质能，够在宽的温度范围内保持化学稳定性，并且电化学窗口较宽，机械强度更高，室温离子电导率较高，但脆性较大，柔韧性差，制备工艺复杂，成本较高，目前难以规模化生产；聚合物电解质虽然离子电导率低，但最容易实现产业化，易于规模化加工，特别是其易于复合改性，通过与锂盐、快离子导体、纳米无机物、多孔材料复合提高离子电导率。甚至，聚合物电解质可以与硫化物、氧化物电解质复合物。因此，目前聚合物基电解质使最容易实现商业化的固态电解质。中国专利技术专利申请号201410632564.7公开了一种复合固体聚合物电解质膜及其制备方法及聚合物锂电池。复合固体聚合物电解质膜，包括：纳米陶瓷颗粒；以及聚合物固态电解质，包括具有导锂离子能力的聚合物、锂盐。复合固体聚合物电解质由所述纳米陶瓷颗粒在所述聚合物固态电解质上原位生成。聚合物锂电池包括前述复合固体聚合物电解质膜。该专利技术的复合固体聚合物电解质膜具有较高的锂离子电导率和机械强度，制备工艺简单，便于进行大规模生产。根据上述，现有技术在制备聚合物固态电解质膜时，通过聚合物电解质共混锂盐等进行浇筑成膜、挤出成膜实现了连续化的生产。然而，由于聚合物固有的特性，不同于氧化物电解质，聚合物电解质制作成膜后，其容易发生形变，特别是用于电池时，在锂电池工作中受温度等影响，发生收缩或膨胀的形变，影响了电池的工作稳定性。同时，现有技术在连续化生产使对聚合物电解质膜的热稳定性始终没有得到改善。本专利技术提出了一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法，可有效解决上述技术问题。
技术实现思路
目前应用较广的聚合物固态锂电池受温度等影响，易发生收缩或膨胀的形变，进而影响电池的工作稳定性，因此存在热稳定性差的缺陷，同时现有技术在连续化生产使聚合物电解质膜的热稳定性始终没有得到改善。本专利技术通过以下技术方案解决上述问题：一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法，制备的具体过程为：（1）先将聚环氧乙烷、聚碳酸乙烯酯、锂盐、异丙醇铝、纳米无机物、快离子导体、增塑剂混合均匀，然后送入螺杆挤出机中，将螺杆挤出机的温度严格控制在80~90℃，螺杆挤出机设置片膜模头，进行挤出成膜，制得厚度为50~500μm的电解质薄膜片；（2）先在卷对卷热贴合装置的A轴、B轴分别放置锂电池正极片和负极片，设置在上下，经过卷对卷装置，然后将步骤（1）制得的电解质膜片设置在中间，趁热导入卷对卷装置，贴合在负极片，再进行加湿，然后经烘箱加热烘干贴合正极片，最后经辊筒在75~85℃、50~150kg/cm2的条件下热定型，卷取，制得聚合物固态锂电池片。作为本专利技术的优选，步骤（1）所述锂盐为六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、双草酸硼酸锂（LiBOB）、二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）、三氟甲磺酸锂（CF3SO3Li）、双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）、双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）中的至少一种。在锂电池聚合物固态电解质膜的制备中，通过加入纳米无机物粒子，不仅可以提高电解质膜的机械性能和电导率，而且无机粒子的加入可以抑制聚合物的结晶，降低体系的结晶度，使得聚合物无定型化更为优越，有利于分子链段的运动，提高离子的迁移速率，从而进一步提高离子电导率。作为本专利技术的优选，步骤（1）所述纳米无机物为纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝中的至少一种。快离子导体也称超离子导体，有时又叫做固体电解质，它区别于一般离子导体的最基本特征是在一定的温度范围内具有能与液体电解质相比拟的离子电导率和低的离子电导激活能。因此，聚合物固态锂电池电解质膜的制备中通过加入快离子导体，可有效提高离子电导率。作为本专利技术的优选，步骤（1）所述快离子导体为常规快离子导体，可为石榴型镧锆氧氧化物电解质、Li2S-P2S5硫化物电解质中的一种。作为本专利技术的优选，步骤（1）所述增塑剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯中的至少一种。作为本专利技术的优选，步骤（1）所述各原料配比为，异丙醇铝、聚环氧乙烷、聚碳酸乙烯酯、锂盐、纳米无机物、快离子导体、增塑剂的混合质量比例为100:5~10:5~10:3~8:0.5~1:0.05~0.1:25~50。在聚合物电解质膜片的挤出成膜过程中，对膜材进行控制性地拉伸，可使异丙醇外露在薄膜界面，同时在薄膜形成微孔，有利于后续异丙醇铝的水解反应；水解形成的氧化铝溶胶均匀在电解质膜形成固化粘合，一方面使聚合物电解质形成较多的界面和不规整性，保持良好的无定形特性，提升离子电导率；另一方面，其无机固化特性有效地稳定聚合物电解质膜的结构，防止热变形，从而提高了聚合物电解质的热稳定性。作为本专利技术的优选，步骤（1）所述挤出成膜时进行拉伸，纵向拉升倍数为1.5~2倍。作为本专利技术的优选，步骤（2）所述正极片为为常规的涂覆处理的成卷正极片，可为常规的镍钴锰三元正极活性浆料涂敷在铝箔干燥而得的正极片。可用622型高镍三元为正极材料，乙炔黑、聚偏氟乙烯分散在N-甲基-2吡咯烷酮中高速分散制备浆料，然后刮涂在铝箔上干燥得到正极片。作为本专利技术的优选，步骤（2）所述负极片为常规的以石墨为主的负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法，其特征在于，制备的具体过程为：/n（1）先将聚环氧乙烷、聚碳酸乙烯酯、锂盐、异丙醇铝、纳米无机物、快离子导体、增塑剂混合均匀，然后送入螺杆挤出机中，将螺杆挤出机的温度严格控制在80~90℃，螺杆挤出机设置片膜模头，进行挤出成膜，制得厚度为50~500μm的电解质薄膜片；/n（2）先在卷对卷热贴合装置的A轴、B轴分别放置锂电池正极片和负极片，设置在上下，经过卷对卷装置，然后将步骤（1）制得的电解质膜片设置在中间，趁热导入卷对卷装置，贴合在负极片，再进行加湿，然后经烘箱加热烘干贴合正极片，最后经辊筒在75~85℃、50~150kg/cm

【技术特征摘要】
1.一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法，其特征在于，制备的具体过程为：
（1）先将聚环氧乙烷、聚碳酸乙烯酯、锂盐、异丙醇铝、纳米无机物、快离子导体、增塑剂混合均匀，然后送入螺杆挤出机中，将螺杆挤出机的温度严格控制在80~90℃，螺杆挤出机设置片膜模头，进行挤出成膜，制得厚度为50~500μm的电解质薄膜片；
（2）先在卷对卷热贴合装置的A轴、B轴分别放置锂电池正极片和负极片，设置在上下，经过卷对卷装置，然后将步骤（1）制得的电解质膜片设置在中间，趁热导入卷对卷装置，贴合在负极片，再进行加湿，然后经烘箱加热烘干贴合正极片，最后经辊筒在75~85℃、50~150kg/cm2的条件下热定型，卷取，制得聚合物固态锂电池片。


2.根据权利要求1所述一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法，其特征在于：步骤（1）所述锂盐为六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、双草酸硼酸锂（LiBOB）、二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）、三氟甲磺酸锂（CF3SO3Li）、双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）、双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）中的至少一种。


3.根据权利要求1所述一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法，其特征在于：步骤（1）所述纳米无机物为纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝中的至少一种。


4.根据权利要求1所述一种卷对卷热贴合制备聚合物固态锂电池片的方法，其特征在于：步骤（1）所述快离子导...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾军堂，陈庆，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51