一种凝胶态聚合物锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种凝胶态聚合物锂离子电池，该电池正极浆料活性物质 采用两种或两种以上粒径或形状的磷酸钒锂颗粒混合而成；正负极浆料的混 料方法采用双行星搅拌进行1～3小时初步混合，然后经过高压对辊轴向挤出 装置喷射到超声混料器中进行0.5～2小时超声振荡混料；正负极片涂布干燥 后制成锂电池半成品，待加入凝胶电解质前驱体后，先进行预充电，然后采 用三段加热聚合法进行电解质热聚合。本发明专利技术可将磷酸钒锂材料极片面密度 提高20％，达到60mg/cm2以上。基本消除传统浆料混合过程中出现的气泡， 缩短浆料混合的时间，降低混料工序能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学电源
,具体涉及一种凝胶态聚合物锂离子电池。
技术介绍
聚合物锂离子电池技术虽已实现大批量商品化生产，且销量在快速增长，但其市场份额仍低于10%，与液态锂离子电池90%的市场份额难以相比，这可 能是由于聚合物锂离子电池制造成本普遍高于液态锂离子电池造成的。但是， 聚合物锂离子电池具有可薄形化、形状任意化，没有漏液等安全问题，具有 很强的发展潜力，被誉为下一代锂离子电池。聚合物锂离子电池具有多种技术类型，其中凝胶态聚合物锂离子电池目 前虽己初具生产规模，但仍存在着三个方面的主要问题一、 在电池性能方面，凝胶电解质的电导率与液态电解质相比仍然偏低， 如快速充放电性能和低温性能较差。二、 在凝胶电解质的制备方法中，不论溶液浇铸成膜法还是美国Bellcore 法，其共同的问题都是制造工序烦琐、制造成本高。如中国专利 200610123986. 7涉及到一种凝胶态锂离子电池聚合物电解质的制备方法及其 应用，就是采用成膜制备聚合物电解质，大规模生产较为困难。三、 现场聚合的方式成本低，易大规模生产，但是单体聚合不完全，聚 合过程中易产生气泡，会极大地破坏凝胶电解质的均一性以及凝胶电解质与 电极片、隔膜等的界面稳定性。如中国专利200410077528.5涉及到一种凝胶 态锂离子电池聚合物电解质的制备方法及其应用，采用6(TC 10(TC， 一步聚 合30 120min，电池易产生气泡，发生鼓胀，影响电池性能。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有方法及凝胶态聚合物锂离子电池的缺点，抛 开了现有技术中聚合物成膜、造孔剂萃出和电解液吸入等费时、复杂的工艺 路线，提供一种凝胶态聚合物锂离子电池，使得工艺流程简化、所需设备减 少、工序时间縮短、产品成本降低；同时，聚合物锂离子电池的各项性能也 得到提高。本专利技术的目的可以通过以下措施达到一种凝胶态聚合物锂离子电池，由正极片、负极片和凝胶电解质组成， 该凝胶态聚合物锂离子电池由以下方法制成A) 正极桨料活性物质采用两种或两种以上粒径或形状的磷酸钒锂颗粒 混合而成；将多种粒径或形状的磷酸钒锂颗粒混合可以有效提高正极片的面密度， 多种磷酸钒锂颗粒的组合可以是多种粒径的组合，如大小粒径的组合；或者 多种形状的组合，如球形或片状的组合；也可以是多种粒径和形状的组合。 其中，磷酸钒锂颗粒的粒径一般为0.04 15pm。正极浆料的组成为磷酸钒锂70 95wt%，导电剂l 10wt。/。，粘结剂 l 10wt%，增稠剂0.5 10 wt% (其中各组分之和满足100°/。)；其中导电 剂一般选择乙炔黑和/或导电石墨；粘结剂一般选择橡胶聚合物，如丁苯橡胶； 增稠剂一般选择纤维素类物质，如羧甲基纤维素钠。负极浆料的组成为改性石墨70 95wt%，导电剂l 5wt°/。，粘结剂l 10wt%，增稠剂0.5 5wt。/。(其中各组分之和满足100%);除粘结剂外，各 组分的具体物质同正极浆料。正负极浆料混前还需加入水、NMP等成浆。B) 正负极浆料的混料方法采用双行星搅拌进行1 3小时初步混合，然 后经过高压对辊轴向挤出装置喷射到超声混料器中进行0.5~2小时超声振荡 混料；C) 将正、负极极片涂布、干燥、辊轧、分切，制成电芯，用铝塑膜封 装，制成锂电池半成品。正、负极极片可以采用超强热风循环的方法进行干燥，正、负极极片的干燥温度可分别控制在100 13(TC和90 12(TC (其温度远高于现有的多步 静态干燥工艺)。分切好的正、负极极焊上极耳并装上隔膜后即可制成电芯。 电芯装入铝塑膜后抽真空并热压封口，留出注液口即制成锂电池半成品。D) 向锂电池半成品中注入凝胶电解质前驱体，采用0.01C 0.05C电流 充电l-5h对电池进行预化成，然后搁置l 3h;凝胶电解质前驱体的组成主要为电解液(一般组成为碳酸乙烯酯EC: 碳酸二甲酯DMC十lMLiPF6)60 90wt%,甲基丙烯酸甲酯MMA5 35wt0/0， 聚偏二氟乙烯PVDF 3 15 wt%，引发剂0.01 2% (其中各组分之各满足 100%)。该前驱体中还可加入1 5wt。/。的交联剂。E) 预化成后，采用三段热聚合法进行电解质热聚合。 热引发聚合工艺目前还不成熟，工艺过程中尚存在气胀、热鼓等影响电池性能的问题，而本专利技术采用的三段热引发聚合工艺很好地解决了电池气胀、热鼓等问题。三段加热聚合法具体为为初段 70 100°C， 引发聚合 10 20min; 中段 50 65°C， 保温 30 40min; 末段 70 90°C， 聚合 10 20min。电解质热聚合后即制成凝胶态聚合物锂离子电池，再经过化成步骤即可 使用。与现有方法相比，本专利技术主要有以下几个特点 1、正极活性物质采用不同尺寸和形状磷酸钒锂颗粒的组合使用 磷酸钒锂材料颗粒较细、振实密度较低，导致极片的面密度难以提高， 电池的比能量也难以增大。通过不同尺寸和形状磷酸钒锂颗粒的组合使用， 较好地解决了磷酸钒锂材料极片面密度小的问题，极片面密度可以提高20%， 达到60mg/cr^以上。2、正负极浆料采用双行星浆料混合连续超声制备技术 双行星混料技术应用较为广泛，但存在混料时间长(需要十几个小时)，且在混料中产生的气泡难以打破、滞留在浆料中导致涂布时出现针孔，甚至 较大面积的浆料空白。而双行星浆料混合连续超声制备技术，先将活性物质通过双行星搅拌进行1 3小时初步混合，然后经过高压对辊轴向挤出装置喷射 到超声混料器中进行0.5 2小时超声振荡混料。该技术的主要特点是:a、可以基本消除传统浆料混合过程中出现的气 泡;b、大大縮短浆料混合的时间(一般共计2.5 3小时即可)，降低混料工序 能耗达60%以上。3、 涂布工艺干燥采用超强热风循环干燥技术，替代了传统分段加热静态千燥法固有 的效率低、时间长的缺点。4、 凝胶电解质采用甲基丙烯酸甲醋MMA与聚偏二氟乙烯PVDF共混，采用 预化成工艺MMA与PVDF共混主要是为了改善P腦A基聚合物电解质体系的机械性能。凝 胶电解质前驱体的组成为电解液(一般组成为EC: DMC + lMLiPF6) 60 90wt%，甲基丙烯酸甲酯MMA5 35wt0/。，聚偏二氟乙烯PVDF 3 15 wt%， 交联剂1 5%，引发剂0.01 2%。为了提高嵌锂容量，采用0.01C 0.05C电流充电l 5h对电池进行预化成， 然后搁置l 3h,5、 半成品锂电池预化成后，分段三段加热聚合并消除残余引发剂 凝胶生成过程，是个放热反应，温度较高时凝胶中会产生气泡，将破坏凝胶电解质的均一性和凝胶电解质与电极片、隔膜等的界面稳定性。因此， 本专利技术采取二段热聚合工艺对凝胶前驱体进行热聚合，以消除气泡和残余引 发剂。初段 70 100°C， 引发聚合 10 20min; 中段 50 65°C， 保温 30 40min; 末段 70 90°C， 聚合 10 20min。 之所以末段升高温度，是因为在聚合反应后期，凝胶速率很慢，会有少量液体和引发剂残留。末段再将温度升高至70-90'C，可以使己经被固化的电 解液中残留的单体和引发剂彻底消耗，可以减少充放电过程中电解质内副反 应的发生，确保电池在使用过程中的性能稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝胶态聚合物锂离子电池，由正极片、负极片和凝胶电解质组成，其特征在于该凝胶态聚合物锂离子电池由以下方法制成：　（Ａ）正极浆料活性物质采用两种或两种以上粒径或形状的磷酸钒锂颗粒混合而成；　（Ｂ）正负极浆料的混料方法采用双行星搅拌进行１～３小时初步混合，然后经过高压对辊轴向挤出装置喷射到超声混料器中进行０．５～２小时超声振荡混料；　（Ｃ）正负极极片涂布、干燥，制成电芯并封装成锂电池半成品，再加入凝胶电解质前驱体后，对电池进行预化成；　（Ｄ）在预化成后，采用三段加热聚合法进行电解质热聚合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：佘沛亮，孙权，
申请(专利权)人：佘沛亮，孙权，
类型：发明
国别省市：32