[发明专利]一种凝胶态聚合物锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，具体涉及一种凝胶态聚合物锂离子电池。

背景技术

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60℃～100℃，一步聚合30～120min，电池易产生气泡，发生鼓胀，影响电池性能。

发明内容

本发明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、工序时间缩短、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。

本发明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；

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0.04～15μm。

正极浆料的组成为：磷酸钒锂70～95wt％，导电剂1～10wt％，粘结剂1～10wt％，增稠剂0.5～10wt％(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1～5wt％，粘结剂1～10wt％，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100～130℃和90～120℃(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1～5h对电池进行预化成，然后搁置1～3h；

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+1M LiPF₆)60～90wt％，甲基丙烯酸甲酯MMA 5～35wt％，聚偏二氟乙烯PVDF 3～15wt％，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，而本发明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℃，引发聚合 10～20min；