正极-凝胶聚合物电解质一体化极片和制备及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种正极‑凝胶聚合物电解质一体化制备方法，制备的一体化极片，包含其的锂离子电池。方法步骤为：制改性明胶：明胶溶于磷酸缓冲溶液，滴加甲基丙烯酸酐反应，透析冻干；制正极粘结剂溶液：改性明胶制水溶液，加入PEGDA和光引发剂混合；3，制正极浆料：将正极材料、导电剂和正极粘结剂溶液混合研磨；制凝胶聚合物前驱体溶液：改性明胶溶解制水溶液，加入PEGDA和光引发剂混合；制一体化极片；将正极浆料刮涂至铝箔，紫外固化，烘干，裁片称重；刮涂前驱体溶液，紫外固化，烘干，干燥，得到正极极片，浸泡在电解液中，得到一体化极片。本发明专利技术提供凝胶聚合物电解质和电极界面接触性的有效方案，改善界面附着力和阻抗，提高电池性能。

【技术实现步骤摘要】
正极-凝胶聚合物电解质一体化极片和制备及锂离子电池
本专利技术涉及正极-凝胶聚合物电解质一体化制备方法及一体化极片，以及包含其的锂离子电池，属于锂离子电池

技术介绍
不同的电解质与电极的界面接触性质有很大的不同。传统的液态电解质可以很好地润湿电极，而固态电解质与电极则是刚性接触，这导致固态电解质不仅室温离子电导率低还具有较高的界面电阻。凝胶聚合物电解质属于固态聚合物电解质的范畴，虽然与纯固态聚合物电解质相比，在一定程度上可以改善电解质与电极的界面相容性，但是随着电解液在循环过程中的不断消耗，凝胶聚合物电解质与电极的接触界面会向固态电解质的方向发展，界面相容性变差。因此，需要提供一种改善凝胶聚合物电解质和电极之间界面接触的有效的解决方案。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种正极-凝胶聚合物电解质一体化制备方法、一体化极片，及包含其的锂离子电池。为了实现上述的技术目的，本专利技术采用如下的技术方案。本专利技术提供一种正极-凝胶聚合物电解质一体化制备方法，包括以下步骤：步骤1，明胶化学改性，得到改性明胶步骤1.1将明胶粉体溶于磷酸缓冲溶液(PBS)中；步骤1.2缓慢滴加甲基丙烯酸酐(MA)搅拌反应；步骤1.3反应后的溶液透析，冷冻干燥得到白色泡沫状固体，即改性明胶。具体的，步骤1.1中，所述明胶粉体为5-10g，所述的磷酸缓冲溶液为100mLpH为7的PBS缓冲液；步骤1.1的溶解温度为50-60℃，优选通过搅拌加速溶解；步骤1.2中，甲基丙烯酸酐为4-8mL，反应温度为50-60℃，反应时间为6-12h；步骤1.3中，透析时间为3-5d，冷冻温度为-20℃，冷冻时间为24-48h。步骤2，配制正极粘结剂溶液将步骤1制备的改性明胶溶解，配制成水溶液，然后加入聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)和光引发剂，混合均匀得到正极粘结剂溶液；具体的，将改性明胶配制成质量百分含量为3-8％的溶液，优选的，在40℃水浴中配制；所述改性明胶与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)的质量比为5:1—1:1；所述光引发剂为I2959，其在正极粘结剂溶液中的占比为0.05-0.5wt％。步骤3，配制正极浆料将正极材料、导电剂和步骤2制备的正极粘结剂溶液混合研磨得到正极浆料；具体的，所述正极材料为磷酸铁锂，用量0.064g；所述导电剂为KB碳，用量0.008g；所述正极材料、导电剂和以含固量计的正极粘结剂溶液的质量比为8:1:1；所述混合研磨的时间为5～10min。步骤4：配制凝胶聚合物前驱体溶液将步骤1制备的改性明胶溶解配制成水溶液，然后加入聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)和光引发剂，混合均匀得到凝胶聚合物前驱体溶液；具体的，将改性明胶配制成5-10％的溶液，优选的，在40℃水浴中配制；所述改性明胶与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)的质量比为2:1-1:2；所述光引发剂为I2959，其在聚合物前驱体溶液中的占比为0.05-0.5wt％。步骤5：制备正极-凝胶聚合物电解质一体化极片将步骤3所得的正极浆料刮涂至集流体上，紫外灯下固化，烘干，裁片称重；具体的，所述的集流体为铝箔；所述固化时间为60-120s；烘干条件为80℃鼓风烘箱中干燥3-5h；然后在其上刮涂将步骤4制备的凝胶聚合物前驱体溶液，再次紫外灯下固化，烘干，并干燥，得到正极极片；具体的，所述固化时间为60-120s；烘干条件为80℃鼓风烘箱干燥3-5h；干燥条件为110℃真空干燥箱中保存24-36h；将正极极片浸泡在电解液中，得到正极-凝胶聚合物电解质一体化极片。具体的，所述浸泡时间为12h，所述电解质为六氟磷酸锂(LiPF6)，其溶剂为碳酸乙酯/碳酸二甲酯＝1:1(v/v)，所述电解液六氟磷酸锂(LiPF6)的浓度为1mol/L。本专利技术还提供一种正极-凝胶聚合物电解质一体化极片，采用上述的方法制备而成。本专利技术还提供一种锂离子电池，包括上述正极-凝胶聚合物电解质一体化极片，该锂离子电池循环稳定性好，电池容量高，电池容量保持率高，具有良好的库伦效率；且正极-凝胶聚合物电解质一体化极片可以很好的改善电极与聚合物电解质之间的界面阻抗问题，从而提高电池的性能。本专利技术采用上述技术方案，取得了以下技术效果。本专利技术提出了一种改善凝胶聚合物电解质和电极之间的界面接触性的有效解决方案。提供一种集成凝胶聚合物电解质和正极的设计，通过无溶剂紫外光固化方法制备一体化的正极-凝胶聚合物电解质材料。本专利技术不仅可以增强正极层与凝胶聚合物电解质膜之间的界面附着力，从而改善界面阻抗，从而提高电池的性能；同时，由于正极内部的孔隙被凝胶聚合物电解质填充，提高了凝胶聚合物电解质对正极的润湿能力。另外，本专利技术还具有以下技术效果：采用本专利技术的方法制备的正极粘结剂溶液的分散效果好，粘性强，制备的极片结构稳定不易发生皲裂。使用本专利技术的方法制备的锂离子电池循环稳定性更好，电池容量高，电池容量保持率高，且具有良好的库伦效率。本专利技术的正极-凝胶聚合物电解质一体化极片制备过程简单，制备成本低，并且无环境污染。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术的正极-凝胶聚合物一体化极片的制备方法示意图；图2为本专利技术的实施例1制备的正极-凝胶聚合物电解质一体化极片的表面形貌和断面形貌图及和非一体化极片的对比图。图3为本专利技术实施例8的锂离子电池和非一体化电池的循环性能测试图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例及附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配制来布置和设计。本专利技术提供一种正极-凝胶聚合物电解质一体化制备方法，制备的正极-凝胶聚合物电解质一体化极片，及包含其的锂离子电池。参见图1，一种正极-凝胶聚合物电解质一体化制备方法，包括以下步骤：步骤1，明胶化学改性，得到改性明胶步骤1.1将明胶粉体溶于磷酸缓冲溶液(PBS)中；步骤1.2缓慢滴加甲基丙烯酸酐(MA)搅拌反应；步骤1.3反应后的溶液透析，冷冻干燥得到白色泡沫状固体，即改性明胶。具体的，步骤1.1中，所述明胶粉体为5-10g，所述的磷酸缓冲溶液为100mLpH为7的PBS缓冲液；步骤1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极-凝胶聚合物电解质一体化制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1，明胶化学改性，得到改性明胶；/n步骤1.1将明胶粉体溶于磷酸缓冲溶液中；/n步骤1.2缓慢滴加甲基丙烯酸酐搅拌反应；/n步骤1.3反应后的溶液透析，冷冻干燥得到白色泡沫状固体，即改性明胶；/n步骤2，配制正极粘结剂溶液；/n将步骤1制备的改性明胶溶解配制成水溶液，然后加入聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂，混合均匀得到正极粘结剂溶液；/n步骤3，配制正极浆料；/n将正极材料、导电剂和步骤2制备的正极粘结剂溶液混合研磨得到正极浆料；/n步骤4：配制凝胶聚合物前驱体溶液；/n将步骤1制备的改性明胶溶解配制成水溶液，然后加入聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂，混合均匀得到凝胶聚合物前驱体溶液；/n步骤5：制备正极-凝胶聚合物电解质一体化极片；/n将步骤3所得的正极浆料刮涂至集流体上，紫外灯下固化，烘干，裁片称重；然后在其上刮涂将步骤4制备的凝胶聚合物前驱体溶液，紫外灯下二次固化，二次烘干，干燥，得到正极极片；将正极极片浸泡在电解液中，得到正极-凝胶聚合物电解质一体化极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极-凝胶聚合物电解质一体化制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，明胶化学改性，得到改性明胶；
步骤1.1将明胶粉体溶于磷酸缓冲溶液中；
步骤1.2缓慢滴加甲基丙烯酸酐搅拌反应；
步骤1.3反应后的溶液透析，冷冻干燥得到白色泡沫状固体，即改性明胶；
步骤2，配制正极粘结剂溶液；
将步骤1制备的改性明胶溶解配制成水溶液，然后加入聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂，混合均匀得到正极粘结剂溶液；
步骤3，配制正极浆料；
将正极材料、导电剂和步骤2制备的正极粘结剂溶液混合研磨得到正极浆料；
步骤4：配制凝胶聚合物前驱体溶液；
将步骤1制备的改性明胶溶解配制成水溶液，然后加入聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂，混合均匀得到凝胶聚合物前驱体溶液；
步骤5：制备正极-凝胶聚合物电解质一体化极片；
将步骤3所得的正极浆料刮涂至集流体上，紫外灯下固化，烘干，裁片称重；然后在其上刮涂将步骤4制备的凝胶聚合物前驱体溶液，紫外灯下二次固化，二次烘干，干燥，得到正极极片；将正极极片浸泡在电解液中，得到正极-凝胶聚合物电解质一体化极片。


2.根据权利要求1所述的一种正极-凝胶聚合物电解质一体化制备方法，其特征在于：
步骤1.1中，所述明胶粉体为5-10g，所述的磷酸缓冲溶液为100mLpH为7的PBS缓冲液；
步骤1.1的溶解温度为50-60℃，通过搅拌加速溶解；
步骤1.2中，甲基丙烯酸酐为4-8mL，反应温度为50-60℃，反应时间为6-12h；
步骤1.3中，透析时间为3-5d，冷冻温度为-20℃，冷冻时间为24-48h。


3.根据权利要求2所述的一种正极-凝胶聚合物电解质一体化制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：余凤，陈永，赵灵珠，章宏兵，孙志鹏，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：海南;46