[发明专利]凝胶态聚合物锂离子电池的制备方法

说明书

本发明涉及凝胶锂离子电池的制备技术，旨在提供一种凝胶态聚合物锂离子电池的制备方法。包括：将单水葡萄糖、三聚氰胺、偏硼酸和NaCl‑KCl共晶盐球磨混合后，在氮气氛下经三次升温加热后冷至室温；用去离子水清洗掉盐分，真空干燥；将得到的石墨烯担载纳米硼与乙炔黑、Nafion‑PEO共混树脂溶液混合研磨，调制成膏状后涂敷到泡沫镍中；阴干后压制成型，得到负极；按正极、隔膜、负极的顺序排列、压制成型后，在氮气氛下热处理得到膜电极，在电解液中浸渍2小时得到电芯；以该电芯组装扣式凝胶态聚合物锂离子电池。本发明不存在游离态电解液，能显著提高锂离子电池的安全性，有利于电极结构的稳定，有利于大电流放电，为电动汽车提供安全可靠的高能动力电池。

技术领域

本发明涉及一种凝胶锂离子电池的制备方法，更具体地说，本发明涉及凝胶态聚合物锂离子电池的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍应用。现在的许多数码设备都采用了锂离子电池作电源。锂离子电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍氢电池的1.5～2倍，而且具有很低的自放电率、不含有毒物质等优点是它广泛应用的重要原因。

迄今为止，大多数商业化的锂离子电池都使用有机电解质溶液作为离子传导层。使用有机电解质溶液，可以达到较高的离子电导率，使得器件具有良好的性能。但是，有机电解质溶液存在溶剂易渗漏、难封装的缺点，使用有机电解溶液的产品，必须使用坚固的金属外壳，因此型号尺寸固定缺乏灵活性。电解质渗漏不仅会造成器件失效，有机溶剂本身的易燃性也会造成燃烧、爆炸等安全事故。而安全性无疑是产品的首要指标，对电池的安全措施必须十分完善。此外，当前的移动电子设备对储能器件的小型化、轻薄化也提出了越来越高的要求。安全、无泄漏、低污染的薄膜型储能器件，特别是薄膜锂离子电池引起了广泛的重视。凝胶电解质具有良好的弹性和良好的机械加工性能，可制成很薄的膜，为储能器件的薄膜化发展提供了有利条件。

1973年，Wright等首次发现了聚氧化乙烯(PEO)与碱金属盐络合具有离子导电子的现象，使固体电解质的研究进入一个新的阶段，但固体电解质的室温电导率与实际应用要求相距较远。为了克服这一问题，Feuillade等在1975年首先提出了凝胶电解质，后来由Abraham等作了深入研究.聚合物凝胶通常被定义为一个被溶剂溶胀的聚合物网络体系，其独特的网络结构使凝胶同时具有固体的粘聚性和液体的分散传导性。1995年美国Bellcore公司公开了一种新型凝胶聚合物电解质用于发展聚合物锂离子电池的技术。自此，对聚合物锂离子电池用凝胶电解质的研究方兴未艾.聚合物锂离子电池是在液态锂离子电池的基础上开发出的最新一代锂离子电池，其构成是采用具有离子导电性并兼具隔膜作用的聚合物电解质代替液态锂离子电池中的电解液，凝胶电解质是由聚合物、增塑剂和锂盐通过一定的方法形成的具有合适微孔结构的凝胶聚合物网络，利用固定在微结构中的液态电解质分子实现离子传导。从1975年凝胶聚合物电解质(GPE)首次报道以来，有多种体系的凝胶聚合物电解质得到了开发与研究.研究较多、性能较好的有以下几种类型聚合物：聚氧化乙烯(PEO)系、聚丙烯腈(PAN)系、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系和聚偏氟乙烯(PVDF)系等。还有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PFG)等凝胶电解质体系。

作为凝胶态聚合物锂离子电池的负极材料必须是具备以下要求：(1)锂贮存量高；(2)锂在负极材料中的嵌入、脱嵌反应快，即锂离子在固相中的扩散系数大，在电极－电解液界面的移动阻抗小；(3)锂离子在电极材料中的存在状态稳定；(4)在电池的充放电循环中，负极材料体积变化小；(5)电子导电性高；(6)负极材料与凝胶态聚合物电解质亲和性好。

硼能够可逆嵌锂，硼的理论嵌锂容量高达3100mAh/g，是石墨的8.34倍，是一种高容量锂离子电池负极材料。钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂是一种由金属锂和低电位过渡金属钛的复合氧化物，属于AB₂X₄系列，可被描述成尖晶石固溶体。