[发明专利]一种具有膜电极结构的锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备领域，特别是一种具有膜电极结构的新型锂离子电池及其制备方法。

背景技术

传统锂离子电池主要由正极、负极、电解液及隔膜四部分组成。作为锂离子电池的关键材料，当前商品化的锂电隔膜以聚乙烯和聚丙烯微孔膜为主，但由于膜材料本身性质的限制而无法应用于动力锂离子电池领域。目前，关于动力型锂离子电池隔膜的研究成为热点，综合提高隔膜的高温安全性和电学性能成为需要迫切解决的问题。

针对传统聚烯烃隔膜的缺点，研究者开发了具有陶瓷涂层的锂电隔膜，其结合了有机底膜的柔性和陶瓷材料的耐高温性等优点，在一定程度上能够防止电池大面积正/负极短路、爆炸事故的发生。研究发现，虽然陶瓷涂层能够改善隔膜的耐热性，但由于电极与隔膜的界面结构变得更加复杂，电池内阻增大，导致电池的电学性能发挥受到限制。而且，在锂离子电池装配过程中，实现电极片与隔膜的对齐和良好接触也是一个很难解决的问题。

针对上述问题，中国发明专利（公开号CN102055014A）在电极表面涂覆了一层主要成分为乙酸甲酯的有机涂层，电池循环500次后容量仍然保持在90%以上，显示出良好的循环性能。但此种锂离子电池在大电流充、放电等工况下，有机涂层易发生收缩变形，导致电池内部短路而造成严重事故。

因此，满足动力及储能等应用领域要求的锂离子电池的研究任重道远，需要从制膜材料和工艺等方面进行更深入的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有膜电极结构的新型锂离子电池及其制备方法，用此方法制备的锂离子电池具有高温安全性好、锂离子电导率高、生产工艺简单、成本低等优点，可满足大规模工业化生产的需要。

本发明的技术方案是：

一种具有膜电极结构的锂离子电池，在锂离子电池的电极表面涂覆无机涂层形成无机隔膜，锂离子电池的电极与无机隔膜为一体化单元的膜电极结构，无机隔膜厚度为5～80μm。

所述的无机涂层所用涂膜浆料是含有无机粒子和粘合剂的混合物；无机涂层所用涂膜浆料由以下质量份的原料组成：1000～10000质量份溶剂、2～400质量份增稠剂、10～800质量份无机粒子、1～1000质量份粘合剂；优选地，无机涂层所用涂膜浆料由以下质量份的原料组成：3000～6000质量份溶剂、50～180质量份增稠剂、300～500质量份无机粒子、40～600质量份粘合剂。

其中，

所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上任意比例混合物；

所述的增稠剂为羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素钠中的一种或两种以上任意比例混合物；

所述的无机粒子具有良好的热、机械强度和电解液浸润性；所述的无机粒子包括NaA沸石、MFI沸石、Y型沸石、MCM-41沸石、三氧化二铝、二氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化镁中的一种或两种以上任意比例混合物；所述的无机粒子粒径范围为0.05～10.0μm；

所述的粘合剂包括硅溶胶、钛溶胶、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲脂溶液、丁苯橡胶乳液、具有粘性的高分子材料中的一种或两种以上任意比例混合物。

所述的无机涂层所用涂膜浆料中，无机粒子的质量浓度为2wt%～60wt%，优选为20wt%～40wt%。所述的无机涂层所用涂膜浆料中，增稠剂的质量浓度为0.2wt%～15wt%，优选为0.8wt%～5wt%。

所述的无机涂层所用涂膜浆料中，粘合剂与无机粒子的比例不宜过高，质量比为(0.1～1):1。

所述的锂离子电池的正极或负极涂覆无机涂层；或者，锂离子电池的正极和负极同时涂覆无机涂层。

所述的锂离子电池的正极包括片状、网状集流体以及活性物质，所述的锂离子电池的负极包括片状、网状集流体以及活性物质，或一定规格的锂片。

所述的具有膜电极结构的锂离子电池的制备方法，包括锂离子电池正极极片、负极极片的制备、极片表面涂覆无机涂层、装配电池，采用喷涂法、刮涂法、流延法、辊涂法中的任意一种或两种以上共用，在锂离子电池的电极表面涂覆有无机涂层形成无机隔膜，锂离子电池的电极与无机隔膜为一体化单元的膜电极结构，无机隔膜厚度为5～80μm。

所述的具有膜电极结构的锂离子电池的制备方法，在锂离子电池极片表面无机涂层的制备过程中，保持锂离子电池极片恒温，温度范围为25℃～200℃（优选100℃～180℃）。