聚合物锂离子电池制备工艺及所得产品制造技术

本发明专利技术公开了一种新型聚合物锂离子电池及其制备工艺。本发明专利技术通过将常规的液态锂离子电池隔膜进行改性、在制备液态锂离子电池所用的正极浆料和负极浆料中加入高沸点的化学交联剂单体、然后注入含有热引发剂的液态锂离子电池电解液、并进行热固化，制得了一种新型的聚合物锂离子电池。本发明专利技术的生产工艺可以沿用液态锂离子电池的生产工序及生产设备，有利于实现聚合物电池的规模化生产，而且采用这种方式制备的聚合物锂离子电池具有与液态电池几乎完全相同的电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚合物锂离子电池及其制备工艺，更具体地讲，本专利技术涉及一种无需萃取工序的聚合物锂离子电池及其制备工艺。
技术介绍
聚合物锂离子电池是在液态锂离子电池基础上发展起来的新一代高比能量二次电池体系。与传统液态锂离子电池相比，它具有以下明显优点：(1)采用聚合物电解质代替液态电解质溶液，可有效地避免了液态电池可能存在的电解液泄露问题，电池的可靠性更高；(2)采用轻质软性塑料材质为外壳，相比于采用金属壳体的液态电池，一方面可有效地降低了电池外壳质量，提高了电池的质量效率，使得聚合物锂离子电池具有更高的比能量，如采用铝壳的液态电池比能量一般仅为135-145Wh/Kg，而聚合物电池比能量可达180Wh/Kg以上，比能量提高近30％；另一方面，可有效地降低了因金属外壳对内压积累不够敏感、在滥用条件下发生爆炸、燃烧等不安全行为的几率，使得聚合物锂离子电池具有更好的安全性能；(3)外形设计灵活、方便，可用于发展超薄、超大面积及各种异形电池。聚合物锂离子电池概念起源于美国Bellcore公司于1994年公布的原理性专利。但Bellcore技术在电池制造原理上的复杂性，使得聚合物锂离子电池相比于液态电池在组织、实施规模生产方面遇到了更多的困难。由于其制造过程设计到增塑、热复合、抽提、吸液等非常繁琐的工序。工艺相当复杂，导致产品成品率很低。为了简化工序，国内外聚-->合物电池的生产厂家近年来开始发展一种免抽提制备技术。中国专利CN03100743.0公开了一种包括阳极极片、阴极极片和电解液的聚合物锂离子电池及其制备方法，其中，阳极极片和阴极极片中的至少一种极片上设置有聚合物基质材料膜，该聚合物基质材料膜按质量比1∶10～2∶3由聚合物材料A和B组成，聚合物材料A为聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-甲基丙烯酸锂)，聚合物材料B为聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)。在电池制备时，把聚合物基质材料直接涂于阴极极片和阳极极片中的至少一种电极极片上。所涂的聚合物基质材料成膜后可作为电池的隔膜，注入电解质液后即为聚合物电解质。这种聚合物锂离子电池的制备工艺简便，它不需要外加隔膜，对操作环境要求又不高。中国专利CN03149864.7公开了一种聚合物锂离子电池的制作方法，该方法将钴酸锂70～95％、导电碳材料1～6％、聚偏二氟乙烯2～15％、聚六氟丙烯0.5～4％、邻苯二甲酸二丁酯1.5～15％进行混合，同时加入丙酮作为有机溶剂，搅拌均匀制成正极浆料；将中间相碳微球75～90％、导电碳材料1-5％、聚偏二氟乙烯2-18％、聚六氟丙烯0.5-5％、邻苯二甲酸二丁酯6.5-12％进行混合，同时加入丙酮作为有机溶剂，搅拌均匀制成负极材料浆料；将聚偏二氟乙烯25-50％、聚六氟丙烯5-10％、聚丙烯腈5-10％、气相二氧化硅2-5％、邻苯二甲酸二丁酯28-60％进行混合，同时加入丙酮作为有机溶剂，搅拌均匀制成隔膜材料浆料；将高分子热溶胶70-90％、有机醇5-20％、导电碳材料5-10％进行混合，搅拌均匀制成网格预处理材料浆料；将正极材料料浆、负极材料料浆、隔膜材料料浆分别涂布在载体上；将铜网格、铝网格材料分别冲压成型，用网格预处理材料进行网格预处理；将电极材料冲压成型，隔膜材料裁切成一定的形状；将铜网格和负极材料、铝网格和正极材料摆放在一起；利用热复合机在110-120℃温度下将铜网格和负极材料、铝网格和正极材料粘到一起；将正极、负极和隔膜摆放到一起；在110-120℃温度下滚压-->复合成电池单元；用超声波点焊机将电极的外电路即正极的铝网格、负极的铜网格分别焊接到一块；将焊接好的电池放在萃取液中进行萃取处理；包覆铝塑复合膜；将电解液灌注到电池内部；真空封装制成产品。中国专利申请CN200410040214.8公开了一种具有生产工艺相对简单的聚合物锂离子电池及其制备方法，其采用碳材料作为负极，含锂的过渡金属氧化物作为正极，有机电解质溶液增塑的腈基微孔聚合物膜为电池的离子传导介质和正、负隔离膜，以卷绕方式构成铝塑包装的聚合物锂离子电池，其中腈基微孔聚合物膜是由聚合物胶体粒子构成，胶体粒子平均粒径小于0.5μm，平均微孔孔隙小于100nm。中国专利CN02800350.0所公开的锂聚合物电池的正负极以及隔板中都含有偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物，电解液中包含作为溶剂的碳酸二乙酯以及溶于溶剂的溶质，电解液中还含有作为添加剂的二苯醚。通过使用这种电解液，提高了正负极以及隔板中都含有偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物的电池在过充电时的热稳定性，能够确实地启动断路功能，从而确保良好的安全性。但以上中国专利或专利申请所公开的聚合物锂离子电池都离不开增塑、抽提、吸液等过程，制造工艺较为复杂。目前，以日本某些公司为首，已经开发出一种新的制备聚合物锂离子电池的工艺并实现产业化，这种工艺将电解液与聚合物溶液混合后的胶体溶液直接涂在极片和液态电池用的隔膜表面后再复合，免去了增塑、抽提、吸液等过程。但这一技术推广也存在较大障碍，其主要问题是电池生产全过程几乎均需要在干燥环境中进行，对设备的自动化要求很高，干燥系统投资大，运行费用高，导致电池制造成本非常高，产品价格难以在市场上与液态电池竞争。现场聚合技术虽然非常适合于聚合物电池的规模化生产，且电池制造成本低，但与其他技术相比，其产品技术性能存在较大差距。主要表-->现在：由于液态电池用隔膜孔率低，吸附前驱体溶液能力不够，导致聚合后电极与隔膜界面结合不够稳定和均匀，使得聚合物电池内阻高、大电流放电平台较低。因此，开发一种制备过程简单易控、而产品性能能满足要求的电池制造技术，是当前聚合物锂离子电池发展的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备过程简单易控、而其大电流充放电性能和循环性能优良的聚合物锂离子电池及其制备方法。为实现上述专利技术目的，一方面，本专利技术提供了一种制备聚合物锂离子电池的方法，该方法包括如下步骤：(1)形成改性隔膜：将高沸点的化学交联剂单体与具有物理交联性质的聚合物按0∶100-50∶50之间的比例混合，优选按10∶90-50∶50之间的比例混合，溶解于易挥发的有机溶剂中，形成粘度在30psi-300psi之间、优选在50psi-130psi的改性液；然后将常规的液态锂离子电池隔膜作为隔膜基体，浸渍在所述改性液中，取出烘干，得到改性隔膜；(2)形成正极极片和负极极片：在制备液态锂离子电池所用的正极浆料和负极浆料中分别加入高沸点的化学交联剂单体，所加入的化学交联剂单体在极片涂层固含量中的质量百分比为0.01％-1％，然后按液态锂离子电池的极片生产工艺制备出相应的正极极片和负极极片；(3)封装：将上述步骤(1)和(2)所得到的改性隔膜、正极极片和负极极片形成电芯，并封装外包装壳体；(4)注入电解液：在上述步骤(3)所得到的电芯中注入含有0.0001％-0.1％热引发剂的液态锂离子电池电解液；以及(5)电池固化：将上述注入电解液后得到的电池真空封口，然后在-->60-100℃的温度下进行固化，使电池内的正极、隔膜和负极成为一体，从而制得聚合物锂离子电池。在本专利技术的制备聚合物锂离子电池的方法中，所用的高沸点的化学交联剂单体优选为双官能团丙烯酸酯单体，该双官能团丙烯酸酯单体的结构式为：CH2＝C(R1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备聚合物锂离子电池的方法，该方法包括如下步骤：（１）形成改性隔膜：将高沸点的化学交联剂单体与具有物理交联性质的聚合物按０∶１００－５０∶５０之间的重量比混合，溶解于易挥发的有机溶剂中，形成粘度在３０ｐｓｉ－３００ｐｓｉ 之间的改性液；然后将常规的液态锂离子电池隔膜作为隔膜基体，浸渍在所述改性液中，取出烘干，得到改性隔膜；（２）形成正极极片和负极极片：在制备液态锂离子电池所用的正极浆料和负极浆料中分别加入高沸点的化学交联剂单体，所加入的化学交联剂单体 在极片涂层固含量中的重量百分比为０．０１％－１％，然后按液态锂离子电池的极片生产工艺制备出相应的正极极片和负极极片；（３）封装：将上述步骤（１）和（２）所得到的改性隔膜、正极极片和负极极片形成电芯，并封装外包装壳体；（４）注 入电解液：在上述步骤（３）所得到的电芯中注入含有热引发剂的液态锂离子电池电解液；以及（５）电池固化：将上述注入电解液后得到的电池真空封口，然后在６０－１００℃的温度下进行固化，使电池内的正极、隔膜和负极成为一体，从而制得聚合物锂离子 电池。...

【技术特征摘要】
1、一种制备聚合物锂离子电池的方法，该方法包括如下步骤：(1)形成改性隔膜：将高沸点的化学交联剂单体与具有物理交联性质的聚合物按0∶100-50∶50之间的重量比混合，溶解于易挥发的有机溶剂中，形成粘度在30psi-300psi之间的改性液；然后将常规的液态锂离子电池隔膜作为隔膜基体，浸渍在所述改性液中，取出烘干，得到改性隔膜；(2)形成正极极片和负极极片：在制备液态锂离子电池所用的正极浆料和负极浆料中分别加入高沸点的化学交联剂单体，所加入的化学交联剂单体在极片涂层固含量中的重量百分比为0.01％-1％，然后按液态锂离子电池的极片生产工艺制备出相应的正极极片和负极极片；(3)封装：将上述步骤(1)和(2)所得到的改性隔膜、正极极片和负极极片形成电芯，并封装外包装壳体；(4)注入电解液：在上述步骤(3)所得到的电芯中注入含有热引发剂的液态锂离子电池电解液；以及(5)电池固化：将上述注入电解液后得到的电池真空封口，然后在60-100℃的温度下进行固化，使电池内的正极、隔膜和负极成为一体，从而制得聚合物锂离子电池。2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高沸点的化学交联剂单体为双官能团丙烯酸酯单体，该双官能团丙烯酸酯单体的结构式为：CH2＝C(R1)C...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘会冲，廖钦林，韩建国，艾新平，
申请(专利权)人：肇庆市风华锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]