[发明专利]一种水系制备凝胶聚合物锂离子电池的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂电池制造领域，具体涉及一种水系制备凝胶聚合物锂离子电池的方法。

背景技术

   近年来，由于不可再生能源危机和环境污染严重，及锂离子电池特有的性能，加速了绿色环保高性能锂离子电池的发展。目前商业化的锂离子电池绝大部分为液体锂离子电池，也就是说电解质为有机液体，这种电解质具有导电率高，锂离子迁移数大、制造成本低等优点。但使用有机电解液的锂离子电池逐渐暴露以下缺点。

   1.由于电解液易挥发泄漏，电池需要特殊的密封装置和安全阀，并且不适合在50℃以上环境里工作；由于电解液易燃易爆，电池不能遭受破坏性操作，如遇火或猛烈撞击，电池就变成了危险的燃烧弹。

   2.由于使用有机液体为电解质，因此在高电压或过充时易使电解液分解产生气体，从而使电池内气压升高，有可能造成电池外壳膨胀，当能气压升高到一定极限时，对于以铝塑膜等软质材料为外壳的锂离子电池，可能会出现外壳破裂，由于电池内多为易燃、腐蚀性有机液体，有可能造成着火现象，损坏用电设备或造成火灾；如果外壳为金属外壳或其他硬壳，当电池内气压升高到一定值时，存在爆炸隐患，且流出的电解液会进一步加重安全隐患。

   3.电解液的有机溶剂对于锂甚至碳电极热力学性能不稳定，电极表面钝化现象严重，此外，当过充或正负极不匹配时，负极表面会有锂枝晶的形成，从而造成电池内部短路的隐患。

   4.液体电解质锂离子电池必须使用PE膜、PP膜、PE/PP复合膜、无纺布及其它微孔膜将正负极片隔开,但是这些隔膜不利于液体电解质吸附，电池内阻比较高。

    为了解决液态电解质存在的上述问题，人们开发出了新一代的锂电池—聚合物锂离子电池。聚合物锂离子电池采用含有锂盐的固体电解质(包括凝胶和全固态聚合物电解质),不存在漏液问题。其中固体电解质的作用是双重的,不仅起电解质的作用,而且充当电池隔膜,将电池正极与负极分隔开来，聚合物电解质锂离子电池不但具有锂离子电池的优良性能,而且由于固体电解质容易弯曲/折叠,电池设计上自由度较大,可以制成任意形状和尺寸，如厚度极薄电池,异形电池，符合便携式电子产品的小型化，轻量化和薄膜化的发展方向。

但是现有的聚合物锂离子电池制作方法存在以下几个问题：全固体聚合物锂离子电池工艺复杂，成本高，且全固态聚合物电解质由于其离子导电率很低,其很难达到实际应用中所要求的水平；凝胶聚合物锂离子电池，大多先制备聚合物电解质膜，生产工艺比较复杂，且生产过程中使用多种易燃物如易燃有机溶剂作为分散剂、增塑剂、萃取剂，还有引发剂等，成本比较高，且存在生产安全隐患；还有的凝胶聚合物锂离子电池在使用凝胶电解质的同时还使用了微孔隔膜加强其机械强度。

发明内容

为解决以上技术缺陷，本发明提供一种水系制备凝胶聚合物锂离子电池的方法，使用该方法制作的锂离子电池能显著提高锂离子电池在高温及低温环境下的性能及循环寿命，并且方法简单、绿色环保、成本低。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水系制备凝胶聚合物锂离子电池的方法，包括：以凝胶聚合物母体材料、添加剂、水性胶、增稠剂为原料，以去离子水为分散剂做成均匀的凝胶聚合物浆料，然后将所得的凝胶聚合物浆料涂覆在负极片或正负极片上，然后进行后续的琨压、制片、烘烤、叠片/卷绕、注液、静置、凝胶、化成、抽气封口等流程，制作凝胶聚合物锂离子电池。

进一步，所述的凝胶聚合物母体材料，指包括但不限于聚环氧乙烷类（PEO）、聚环氧丙烷类（PPO）、聚丙烯腈（PAN）、聚甲基丙烯酸甲酷类（PMMA）、聚偏氟乙烯类（PvdF）、偏氟乙烯和全氟丙稀共聚物类（PVdF-HFP）中的一种或一种以上，但选用的材料粒径不超过4微米。

进一步，所述的添加剂为无机微粒，包含但不限于Si02，Al203，MgO，BN，SiC，Si3N4，WC，BC，AIN，Fe203，Ti02，BaTi03，MoS2， V205，Zr02，PbTi03，TiB2，ZrO2， CaSi03等中的一种或一种以上。

进一步，所述的水性胶为水系粘结剂，包含但不限于酚醛树脂型（苯酚与醛类聚合物）、氨基树脂型（氨基类与醛类聚合物）、聚丙烯酸脂型、橡胶型乳液、乙烯-乙酸乙酯型等。