[发明专利]一种凝胶态聚合物锂离子电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种凝胶态聚合物锂离子电池及其制作方法，属化学电源技术领域。

背景技术

近年来，随着科技的发展、移动电话和笔记本电脑等便携式电子设备在世界迅速普及，阻碍这些设备向小型化、轻便化、耐用化发展的一个关键部件就是其电源。目前这些电源普遍采用的是有机液态电解质锂离子电池，但因这类电池含有流动的液态有机物，因而存在诸如电池内部短路、电解质泄漏等安全隐患。而凝胶聚合物电池能很好地解决这些问题，并且在电池外形的设计上更加灵活，可以提高电池的容量密度、增加电池的使用寿命、扩大应用范围。

凝胶聚合物电池的代表技术为美国Bellcore公司发明的（U.S. Patents 5,540,741）用聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）为材料的多孔膜技术（物理交联法）及凝胶态电解质材料制备技术（U.S. Patents 5,603,982）（化学交联法）。这种技术是利用聚合物微孔或聚合物网络将液态电解液包裹住以达到固定电解液的目的。但是这种电池在生产过程中需要使用大量易燃的有机化合物提取增塑剂，增加了大规模生产的难度，增加了制作成本，延长了生产周期，并且存在安全隐患。

因此，现有技术有待于完善和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作工艺简单、制作成本低且生产周期短的凝胶态聚合物锂离子电池及其制作方法。

本发明的技术方案如下：

一种凝胶态聚合物锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：

A，配制单体溶液：将丙烯酸酯单体和热引发剂充分溶解于N-甲基吡咯烷酮（以下简称NMP）或异丙醇中，得到单体溶液，并在较低温度下贮存；

B，正极浆料配制及正极极片制作：将聚偏氟乙烯（以下简称PVDF）、N-甲基吡咯烷酮和导电剂搅拌均匀，充分溶解后加入正极活性物质，搅拌均匀后，再加入单体溶液，继续搅拌，搅拌时间为10~400分钟。得到正极浆料，将正极浆料均匀地涂布在铝箔上，在一定温度下进行烘烤，得到正极极片；

C，负极浆料配制及负极极片制作：将聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮和导电剂搅拌均匀，充分溶解后加入负极活性物质，搅拌均匀后，再加入单体溶液，继续搅拌，搅拌时间为10~400分钟。得到负极浆料，将负极浆料均匀地涂布在铜箔上，在一定温度下进行烘烤，得到负极极片；

D，隔膜涂胶：将聚偏氟乙烯-六氟丙烯（以下简称PVDF-HFP）溶解于有机溶剂中，加入交联剂聚乙二醇丙烯酸酯。经充分溶解后制得聚合物胶液，将此聚合物胶液均匀地涂覆在隔膜的两面，烘干处理；

E，电池装配及后处理：将上述正极极片、烘干的隔膜和负极极片通过卷绕制成裸电芯，经铝塑膜包装注电解液后，用热封机四周密封，然后在一定温度、压强和时间下，使丙烯酸酯单体、热引发剂、交联剂和电解液发生热聚合交联反应和凝胶化反应，形成凝胶聚合物电解质。凝胶聚合物电解质具有二维和三维的聚合物网络结构，使液态电解液固定在聚合物网络结构中，此凝胶电解质除了起到电解液的作用外，还起到粘接剂的作用，与胶液一起将正极片、隔膜和负极片更加紧密地粘连在一起，使电池芯体形成一个高强度的整体。

F，将凝胶聚合物电解质经过预充、抽气、续充和老化步骤即可制得凝胶态聚合物锂离子电池成品。

在所述步骤B和步骤C中，所述正极浆料、负极浆料的搅拌均在反应釜内进行，釜内温度不高于35℃。

所述步骤B和步骤C中，烘烤温度不高于60℃。

步骤A中所述的丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯和/或甲基丙烯酸苯甲酯；所述的热引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN）、过氧化二苯甲酰和/或过氧化十二酰。

步骤B中，所述的正极活性物质为锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂钴镍氧化物、锂钴镍锰氧化物和/或锂铁磷酸盐；所述步骤C中，负极活性物质为人造石墨或天然石墨。

所述的步骤D中聚乙二醇丙烯酸酯为聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二乙基丙烯酸酯和/或聚乙二醇二丙基丙烯酸酯。

所述的步骤A中热引发剂的质量为丙烯酸单体质量的0.1~5%。

步骤B中所述单体溶液中丙烯酸单体的质量占正极浆料干粉总质量的0.1~10%，步骤C中所述单体溶液中丙烯酸单体的质量为负极浆料干粉总质量的0.1~10%。