專利名稱：一種一體化聚合物鋰離子電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池及其制備方法，更具體地說是涉及一種聚合物鋰離子電池及其制備方法。

背景技術：
1996年，聚合物鋰離子電池在實驗室開發(fā)成功。鑒于具有傳統(tǒng)鋰離子電池的所有優(yōu)點，并在電池的重量、形狀及安全性等方面具有更好的優(yōu)勢，因而得到廣泛的應用，被譽為二十一世紀的化學能源。聚合物鋰離子通常由電池芯和包裝聚合物薄膜構成，包裝聚合物薄膜即代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬鋼殼。
然而，目前聚合物鋰離子電池存在電解液流動而導致漏液和不安全的問題，而且硬度不能達到直接用作內置式電池。為解決這些問題，應將聚合物鋰離子電池內部的電解質、隔膜、正負極材料均粘結在一起成為一個整體，簡稱一體化結構。目前這種結構只有日本索尼(sony)、日本三洋(sanyo)、中國東莞新能源(簡稱ATL)公司能夠產業(yè)化，實現規(guī)?；a。但是sony公司是通過對正負極極片及隔膜表面涂膠，然后將正負極、隔膜卷繞成電芯，再通過熱壓而使三者粘結到一起。這種工藝對設備精度要求比較高，產品的成本高。sanyo采用現場熱聚合方式，將低分子量的聚氧化乙烯PEO加入電解液體系中，通過加熱聚合，形成凝膠型聚合物電解質。該技術缺點是低聚物殘留在電池中，會導致電池能惡化。而中國atl的一體化電池基本上沿用貝爾技術(BEIICORE)，以偏氟乙烯-六氟丙烯(簡稱PVDF-HFP)為聚合物母體，銅網、鋁網作為正負極集流體，將含有增塑劑的聚合物膜夾在兩電極片之間，通過熱輥滾壓聚合物膜與正負極復合在一起，經過萃取、干燥后進入無水、無氧環(huán)境，按流程制成電池。這種工藝對于批量生產來講，難度大，增塑劑很難除去，殘留的增塑劑會導致電池氣脹，電池循環(huán)性能惡化，電化學性能差異性較大，電池制造成本較高。


發(fā)明內容
本發(fā)明需解決的技術問題是提供一種性能良好，實用性好的一體化聚合物鋰離子電池。
根據上述需解決的技術問題，設計了一種一體化聚合物鋰離子電池，包括由正極片、負極片、位于正極片和負極片之間并將兩者隔開的隔膜卷繞成的電芯和電解液，在正、負極片上還設有從電芯中引出的正、負極耳，該電芯和電解液通過一層由聚合物形成的薄膜包裹及粘結成一整體結構；所述的聚合物為具有粘性的聚環(huán)氧乙烷、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸多聚醇脂中一種或一種以上。
所述的聚環(huán)氧乙烷的分子量為20000～200000。
所述的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的分子量為10萬～20萬。
本發(fā)明需解決的另一個技術問題是提供一種工藝流程簡單、操作簡便、成本低的一體化聚合物鋰離子電池的制備方法，其步驟包括 ①制備電芯 在鋰離子電池的正負極片點焊正負極耳，用隔膜隔離，然后卷繞成電芯。
②配置聚合物電解液 將適量的聚合物溶于電解液中，形成粘稠的溶液，再用無水的四氫呋喃THF或丙酮作稀釋劑使聚合物電解液的黏度達到要求濃度值。
③包裹電芯 先將電芯在50～70℃下干燥10～13h，再在干燥箱中，浸入已配置好的聚合物電解液中，并保持極片完全浸入，極耳及大于極片的隔膜露出聚合物電解液。浸泡1～300min，待電解液浸透極片后，將電芯取出，置于真空加熱的旋轉箱進行濃縮，以至使電解液中稀釋劑緩慢的蒸發(fā)掉、電解液滲入極片、聚合物均勻的附著在極片表面形成一層聚合物薄膜。
④包裝及后期處理 將得到的經聚合物薄膜包裹及粘結成一整體結構的電芯包裝，70～90℃熱壓0.5～10min，活化，得到一體化的聚合物鋰離子電池。
作為本發(fā)明的一次改進，上述配置的聚合物電解液中聚合物濃度為0.1～10％。
本發(fā)明的優(yōu)點是，電解質、隔膜、正負極材料均通過聚合物薄膜包裹及粘結在一起，成為一個整體，解決了現有的聚合物鋰離子電池存在電解液流動而導致漏液和不安全的問題，及硬度不能達到直接用作內置式電池的缺點。本發(fā)明的制備方法，工藝流程簡單、操作簡便、成本低并適合批量生產。

具體實施例方式 以下通過實施例對本發(fā)明的內容作進一步說明，但不應認為本發(fā)明的范圍僅限于實施例，凡基于本發(fā)明上述內容所實現的技術均屬于本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明一種一體化聚合物鋰離子電池，包括由正極片、負極片、位于正極片和負極片之間并將兩者隔開的隔膜卷繞成的電芯和電解液，在正、負極片上還設有從電芯中引出的正、負極耳，該電芯和電解液通過一層由聚合物形成的薄膜包裹及粘結成一整體結構；所述的聚合物為具有粘性的聚環(huán)氧乙烷、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸多聚醇脂中一種或一種以上。其中的聚環(huán)氧乙烷的分子量為20000～200000，偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物10萬～20萬。
上述的一體化聚合物鋰離子電池的制備方法為 ①制備電芯 在鋰離子電池的正負極片點焊正負極耳，用隔膜隔離，然后卷繞成電芯。
②配置聚合物電解液 將適量的聚合物溶于電解液中，形成粘稠的溶液，再用無水的四氫呋喃THF或丙酮作稀釋劑使聚合物電解液的黏度達到要求濃度值。本發(fā)明所采用的電解液由碳酸酯碳酸乙烯酯(EC)和/或碳酸二乙酯(DEC)和/或碳酸二甲酯(DMC)和/或碳酸甲基乙基酯(EMC)和/或碳酸丙烯酯(PC)與有機溶劑四氫呋喃或丙酮等低沸點易揮發(fā)組分及相應的六氟磷酸鋰鹽組成。
③包裹電芯 先將電芯在50～70℃下干燥10～13h，再在干燥箱中，浸入已配置好的聚合物電解液中，并保持極片完全浸入，極耳及大于極片的隔膜露出聚合物電解液。浸泡1～300min，待電解液浸透極片后，將電芯取出，置于真空加熱的旋轉箱進行濃縮，以至使電解液中稀釋劑緩慢的蒸發(fā)掉、電解液滲入極片、聚合物均勻的附著在極片表面形成一層聚合物薄膜。
④包裝及后期處理 將得到的經聚合物薄膜包裹及粘結成一整體結構的電芯包裝，70～90℃熱壓0.5～10min，活化，得到一體化的聚合物鋰離子電池。
實施案例1 ①制備電芯 在鋰離子電池的正負極片點焊正負極耳，用隔膜隔離，然后卷繞成電芯，以備后面所需。
②配置聚合物電解液 取0.5克偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物溶于24.5克含1摩爾濃度六氟磷酸鋰的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC的電解液中(其中的EC∶DEC＝1∶1)形成粘稠的溶液，再用無水的THF或丙酮作稀釋劑使聚合物電解液的黏度達到要求水平。
③包裹電芯 然后將備用的卷芯浸入電解液中，露出極耳位置，浸泡大約4～7min，取出，置于真空加熱的旋轉箱進行離心濃縮1～3min，以至使電解液中稀釋劑緩慢的蒸發(fā)掉、電解液滲入極片、聚合物均勻的附著在極片表面形成一層聚合物薄膜。
④包裝及后期處理 然后再把得到的經聚合物薄膜包裹及粘結成一整體結構的電芯包裝，封邊，80℃熱壓2min，進行后期處理，如預充、續(xù)充，得到一體化聚合物鋰離子電池。
實施案例2 ①制備電芯 在鋰離子電池的正負極片點焊正負極耳，用隔膜隔離，然后卷繞成電芯，以備后面所需。
②配置聚合物電解液 取0.25克偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和0.25克聚環(huán)氧乙烷(分子量為50萬)溶于24.5克含1摩爾濃度六氟磷酸鋰的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC的電解液中，其中的ECDEC＝1∶1，形成粘稠的溶液，再用無水的THF或丙酮作稀釋劑使聚合物電解液的黏度達到要求水平。
③包裹電芯 然后將備用的卷芯浸入電解液中，露出極耳位置，浸泡大約5min，取出，置于真空加熱的旋轉箱進行離心濃縮1min，以至使電解液中稀釋劑緩慢的蒸發(fā)掉、電解液滲入極片、聚合物均勻的附著在極片表面形成一層聚合物薄膜。
④包裝及后期處理 然后再把得到的經聚合物薄膜包裹及粘結成一整體結構的電芯包裝，封邊，80℃熱壓2min，進行后期處理，如預充、續(xù)充等，得到一體化聚合物鋰離子電池。
實施案例3 ①制備電芯 在鋰離子電池的正負極片點焊正負極耳，用隔膜隔離，然后卷繞成電芯，以備后面所需。
②配置聚合物電解液 取0.25克偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和0.3克聚甲基丙烯酸異丁酯溶于24.5克含1M摩爾濃度六氟磷酸鋰的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC的電解液中，其中的EC∶DEC＝1∶1，形成粘稠的溶液，再用無水的THF或丙酮作稀釋劑使聚合物電解液的黏度達到要求水平。
③包裹電芯 然后將備用的卷芯浸入電解液中，露出極耳位置，浸泡大約5min，取出，置于真空加熱的旋轉箱進行離心濃縮1min，以至使電解液中稀釋劑緩慢的蒸發(fā)掉、電解液滲入極片、聚合物均勻的附著在極片表面形成一層聚合物薄膜。
④包裝及后期處理 然后再把得到的經聚合物薄膜包裹及粘結成一整體結構的電芯包裝，封邊，80℃熱壓2min，進行后期處理，如預充、續(xù)充等，得到一體化聚合物鋰離子電池。
實施案例4 ①制備電芯 在鋰離子電池的正負極片點焊正負極耳，用隔膜隔離，然后卷繞成電芯，以備后面所需。
②配置聚合物電解液 取0.15克偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和0.15克聚環(huán)氧乙烷(分子量50萬)及聚甲基丙烯酸異辛酯0.2克溶于24.5克含1M摩爾濃度六氟磷酸鋰的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC的電解液中，其中的EC∶DEC＝1∶1，形成粘稠的溶液，再用無水的THF或丙酮作稀釋劑使聚合物電解液的黏度達到要求水平。
③包裹電芯 然后將備用的卷芯浸入電解液中，露出極耳位置，浸泡大約5min，取出，置于真空加熱的旋轉箱進行離心濃縮1min，以至使電解液中稀釋劑緩慢的蒸發(fā)掉、電解液滲入極片、聚合物均勻的附著在極片表面形成一層聚合物薄膜。
④包裝及后期處理 然后再把得到的經聚合物薄膜包裹及粘結成一整體結構的電芯包裝，封邊，80℃熱壓2min，進行后期處理，如預充、續(xù)充等，得到一體化聚合物鋰離子電池。
實施案例5 ①制備電芯 在鋰離子電池的正負極片點焊正負極耳，用隔膜隔離，然后卷繞成電芯，以備后面所需。
②配置聚合物電解液 取0.15克偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和0.15克聚環(huán)氧乙烷(分子量50萬)及0.2克聚丙烯酸丁酯溶于24.5克含1M摩爾濃度六氟磷酸鋰的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC的電解液中，其中的EC∶DEC＝1∶1，形成粘稠的溶液，再用無水的THF或丙酮作稀釋劑使聚合物電解液的黏度達到要求水平。
③包裹電芯 然后將備用的卷芯浸入電解液中，露出極耳位置，浸泡大約5min，取出，置于真空加熱的旋轉箱進行離心濃縮1min，以至使電解液中稀釋劑緩慢的蒸發(fā)掉、電解液滲入極片、聚合物均勻的附著在極片表面形成一層聚合物薄膜。
④包裝及后期處理 然后再把得到的經聚合物薄膜包裹及粘結成一整體結構的電芯包裝，封邊，80℃熱壓2min，進行后期處理，如預充、續(xù)充等，得到一體化聚合物鋰離子電池。
以上實施例所得的一體化鋰離子電池的電化學性能對比，如表1 從表中我們可以結論出，本發(fā)明所得到的一體化聚合物鋰離子電池的電化學性能均良好。
權利要求
1、一種一體化聚合物鋰離子電池，包括由正極片、負極片、位于正極片和負極片之間并將兩者隔開的隔膜卷繞成的電芯和電解液，在正、負極片上還設有從電芯中引出的正、負極耳，其特征在于該電芯和電解液通過一層由聚合物形成的薄膜包裹及粘結成一整體結構；所述的聚合物為具有粘性的聚環(huán)氧乙烷、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸多聚醇脂中的一種或一種幾種的混合物。
2、根據權利要求1所述的一體化聚合物鋰離子電池，其特征在于所述的聚環(huán)氧乙烷的分子量為20000～200000。
3、根據權利要求1所述的一體化聚合物鋰離子電池，其特征在于所述的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的分子量為10萬～20萬。
4、一種根據權利要求1-3任意一項所述的一體化聚合物鋰離子電池的制備方法，其步驟包括
①制備電芯時，在鋰離子電池的正負極片點焊正負極耳，用隔膜隔離，然后卷繞成電芯；
②配置聚合物電解液時，將適量的聚合物溶于電解液中，形成粘稠的溶液，再用無水的四氫呋喃THF或丙酮作稀釋劑使聚合物電解液的黏度達到要求濃度值；
③包裹電芯時，先將電芯在50～70℃下干燥10～13h，再在干燥箱中，浸入已配置好的聚合物電解液中，并保持極片完全浸入，極耳及大于極片的隔膜露出聚合物電解液，浸泡1～300min，待電解液浸透極片后，將電芯取出，置于真空加熱的旋轉箱進行濃縮，以至使電解液中稀釋劑緩慢的蒸發(fā)掉、電解液滲入極片、聚合物均勻的附著在極片表面形成一層聚合物薄膜；
④包裝及后期處理時，將得到的經聚合物薄膜包裹及粘結成一整體結構的電芯包裝，70～90℃熱壓0.5～10min，活化，得到一體化的聚合物鋰離子電池。
5、根據權利要求4所述的一體化聚合物鋰離子電池的制備方法，其特征在于配置成的聚合物電解液中聚合物質量濃度為0.1～10％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種一體化聚合物鋰離子電池及其制備方法。該電池包括由正極片、負極片、位于正極片和負極片之間并將兩者隔開的隔膜卷繞成的電芯和電解液，其特點是該電芯和電解液通過一層由聚合物形成的薄膜包裹及粘結成一整體結構。此種一體化結構有效地解決了現有的聚合物鋰離子電池存在電解液流動而導致漏液和不安全的問題，及硬度不能達到直接用作內置式電池的缺點。該電池的制備工藝流程簡單、操作簡便、成本低并適合批量生產。
文檔編號H01M6/16GK101609909SQ20081002896
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權日2008年6月20日
發(fā)明者郭也平, 陳國榮 申請人:Tcl集團股份有限公司