專(zhuān)利名稱(chēng)：聚合物鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池，尤其指一種凝膠聚合物鋰離子電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，相對(duì)傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池來(lái)講，二次聚合物鋰離子電池安全性更好，能量 密度更高，并且易于制造到3毫米以下，因此在市場(chǎng)上占有越來(lái)越多的份額。二次聚合物鋰 電池有多種制造方法，其中一種典型方法是美國(guó)貝爾通信研究院(BELLCORE, USA) 1994年 公布的一種塑化態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法(US Patent 5296318)。這種方法雖然整個(gè)制 造工序中在干燥房中完成的工序相對(duì)較少，但是需要萃取操作，而且自動(dòng)化生產(chǎn)難度大。另 一種凝膠電解質(zhì)電池的制造方法是在電解液中加入可形成凝膠的預(yù)聚物(例如環(huán)氧乙烷 和環(huán)氧丙烷的共聚物)，在電芯階段進(jìn)行聚合交聯(lián)，交聯(lián)后的聚合物鎖住電解液溶劑和電解 質(zhì)從而形成凝膠電解質(zhì)。這種方法的缺陷是含有預(yù)聚體的電解液粘度很大，擴(kuò)散困難，容易 導(dǎo)致電解液不均勻。電芯階段聚合交聯(lián)程度難以控制也是該方法難以批量生產(chǎn)的另一重 要原因。索尼公司在2000年時(shí)，在中國(guó)公布了另一種凝膠電解質(zhì)鋰離子電池的制造方法 (CN1275816A)。該方法是在電極上涂覆凝膠電解質(zhì)，通過(guò)加熱加壓形成良好的凝膠電解質(zhì) 與隔離膜界面。該方法的缺點(diǎn)是電解質(zhì)中所含有的鋰鹽，在有水環(huán)境下會(huì)分解，嚴(yán)重影響電 池性能。所以該方法只適合在干燥房等水分受控制的環(huán)境下制造二次聚合物鋰電池。但過(guò) 多的干燥房?jī)?nèi)工序增加了電池的制造成本。而且制備凝膠電解質(zhì)時(shí)，低沸點(diǎn)溶劑的易揮發(fā) 性使得涂覆工序過(guò)程中含低沸點(diǎn)溶劑的凝膠電解質(zhì)一致性極難控制。如果選用高沸點(diǎn)溶劑 制備凝膠電解質(zhì)，不但會(huì)導(dǎo)致凝膠電解質(zhì)的涂覆工序控制困難，還會(huì)導(dǎo)致電芯的低溫性能 差。也有人用偏氟乙烯與六氟丙烯(PVDF-HEP)作凝膠鋰離子電池，但制作成本高，所生產(chǎn) 的鋰離子電池性?xún)r(jià)比降低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種工藝簡(jiǎn)單、制作成本低的聚合物鋰離子電池。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 它包括正極和負(fù)極，所述正極與負(fù)極之間設(shè)有隔離膜，所述隔離膜與正極與負(fù)極 之間均有一凝膠電解質(zhì)層。 優(yōu)選地，所述負(fù)極由碳材料或可進(jìn)行鋰嵌入/脫嵌的材料作為活性物質(zhì)，集流體， 粘接劑和導(dǎo)電劑等組成。 優(yōu)選地，正極由含鋰且可以作為二次鋰離子陰極活性物質(zhì)的過(guò)渡區(qū)金屬氧化物為 基礎(chǔ)原材料，化學(xué)式為L(zhǎng)iANaCbOy，其中M為過(guò)渡區(qū)金屬元素，例如鈷(Co)、錳(Mn)、鎳(Ni) 或其它的過(guò)渡區(qū)金屬元素。N和C為金屬元素，例如鎳(Ni)、錳(Mn)、鋁(Al)和鎂(Mg)等 元素。x，y和z是自然數(shù)，a和b是非負(fù)整數(shù)。
優(yōu)選地，所述的凝膠電解質(zhì)層為聚合物。
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優(yōu)選地，所述聚合物是纖維素經(jīng)乙酸和丁酸共同酯化所成的纖維素酯(CAB) ， 丁酰 基含量為17% 55%，羥基含量為1. 0% 5. 0%，數(shù)均分子量為10000 100000。
1、當(dāng)羥基含量為4. 5% 5.0%時(shí)，推薦使用酰基含量為46%，數(shù)均分子量約為 20000的乙酸丁酸纖維素酯，該聚合物熔點(diǎn)介于150 160°C。 2、當(dāng)羥基含量為1. 0 % 4. 5 %時(shí)，推薦使用酰基含量為17 % 38 % ，數(shù)均分子量 為20000 10000的乙酸丁酸纖維素酯，熔點(diǎn)不等，從155。C到240°C 。
3、還可以是1和2的混合物。 優(yōu)選地，所述聚合物的溶劑為酮類(lèi)溶劑、酯類(lèi)、雜環(huán)化合物和/或碳酸酯類(lèi)。 優(yōu)選地，所述的隔離膜和電極，外設(shè)有包裝層，包裝內(nèi)注入有非水電解液，真空封
裝后在合適溫度下加以合適壓力進(jìn)行塑化加工成聚合物電解質(zhì)電池。 優(yōu)選地，所述的包裝層材料為鋁塑復(fù)合膜、不銹鋼殼體或鋁材質(zhì)殼體。 本發(fā)明還提供一種如權(quán)利要求所述的聚合物鋰離子電池的制造方法，其特征在
于包括如下步驟 101、極片制備； 102、涂覆聚合物； 103、裝配成電芯； 104、注入電解液； 105、化成。
優(yōu)選地，所述化成步驟后還包括步驟 106、再一次在合適的溫度下加以合適的壓力，從而形成好的隔離膜與電極界面。
本發(fā)明的以低成本且不含有鋰電解質(zhì)的乙酸丁酸纖維素酯，或羥基含量不同的乙 酸丁酸纖維素酯混合物，或以其為基礎(chǔ)的添加其它基團(tuán)的改性聚合物溶解到一定溶劑中制 備成聚合物溶液，涂覆到電極表面制成膜。然后通過(guò)在合適溫度下電解液溶劑溶脹電極表 面的聚合物層形成聚合物電解質(zhì)，再加以適當(dāng)?shù)膲毫?，使電極與隔離膜間形成均勻界面。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施例的流程圖。
圖4是本發(fā)明的第三實(shí)施例的流程圖。 本發(fā)明目的、功能及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的第一實(shí)施例它包括正極1和負(fù)極2，所述正極1與負(fù)極2之
間設(shè)有隔離膜3，所述隔離膜3與正極1與負(fù)極2之間均有一凝膠電解質(zhì)層4。 優(yōu)選地，所述負(fù)極2由碳材料或可進(jìn)行鋰嵌入/脫嵌的材料作為活性物質(zhì)，集流
體，粘接劑和導(dǎo)電劑等組成。 優(yōu)選地，正極1由含鋰且可以作為二次鋰離子陰極活性物質(zhì)的過(guò)渡區(qū)金屬氧化物 為基礎(chǔ)原材料，化學(xué)式為L(zhǎng)izMxNaCbOy，其中M為過(guò)渡區(qū)金屬元素，例如鈷(Co)、錳(Mn)、鎳
4(Ni)或其它的過(guò)渡區(qū)金屬元素。N和C為金屬元素，例如鎳(Ni)、錳(Mn)、鋁(Al)和鎂(Mg) 等元素。x，y和z是自然數(shù)，a和b是非負(fù)整數(shù)。
優(yōu)選地，所述的凝膠電解質(zhì)層為聚合物。 上述的隔離膜是聚烯烴為基礎(chǔ)材質(zhì)的微孔薄膜，但不限于聚烯烴材質(zhì)。 所述凝膠電解質(zhì)涂覆于正負(fù)極表面，所述涂覆方法可以是浸漬，噴涂，印刷或刷涂等。 聚合物是纖維素經(jīng)乙酸和丁酸共同酯化所成的纖維素酯(CAB)，丁?；繛?17% 55%，羥基含量為1. 0% 5. 0%，數(shù)均分子量為10000 100000。
1 、當(dāng)羥基含量為4. 5 % 5. 0 %時(shí)，推薦使用?；繛?6 % ，數(shù)均分子量約為 20000的乙酸丁酸纖維素酯，該聚合物熔點(diǎn)介于150 160°C。 2、當(dāng)羥基含量為1. 0 % 4. 5 %時(shí)，推薦使用?；繛?7 % 38 % ，數(shù)均分子量 為20000 10000的乙酸丁酸纖維素酯，熔點(diǎn)不等，從155。C到240°C 。
3、還可以是(A)和(B)的混合物。 聚合物的溶劑可以從以下有機(jī)溶劑中選出一種或幾種，如丙酮、甲乙酮等酮類(lèi)溶
劑，乙酸乙酯、乙酸甲酯等酯類(lèi)，四氫呋喃等雜環(huán)化合物，以及碳酸二甲酯等碳酸酯類(lèi)。 如圖2所示，所述的隔離膜和電極，用鋁塑復(fù)合膜5包裝，并注入非水電解液，真空
封裝后在合適溫度下加以合適壓力進(jìn)行塑化加工成聚合物電解質(zhì)電池。 所述的包裝材料不局限于鋁塑復(fù)合膜，也可以是不銹鋼殼體或鋁材質(zhì)殼體。
如圖3所示，所述的聚合物鋰離子電池的制造方法，其特征在于包括如下步驟 101、極片制備； 102、涂覆聚合物； 103、裝配成電芯； 104、注入電解液； 105、4t成。 本發(fā)明將一種聚合物層涂覆于正負(fù)電極表面，再與隔離膜裝配成電芯。注入電解 液后，施予一定溫度和壓力，聚合物被電解液中的溶劑塑化，形成穩(wěn)定的凝膠電解質(zhì)層。其 中聚合物為乙酸丁酸纖維素酯，或不同羥基含量的乙酸丁酸纖維素酯混合物。所述化成步 驟為行業(yè)內(nèi)通用的化成步驟，此處不再贅述。 完成上述步驟后，凝膠化工序在電芯注完電解液并真空封裝后，在合適的溫度下
進(jìn)行，并加以適當(dāng)?shù)膲毫?，?duì)已形成凝膠電解質(zhì)和隔離膜及電極之間的界面進(jìn)行優(yōu)化處理。
通常選用的溫度介于形成凝膠化的溫度和電解液溶劑的沸點(diǎn)之間。如果溫度過(guò)低，根本不
能形成凝膠電解質(zhì)，而太高的溫度會(huì)導(dǎo)致電解溶劑的汽化，破壞凝膠與隔離膜及凝膠與電
極間的界面。本發(fā)明推薦的溫度是50至lj 120°C。壓力的選擇也很重要，太小的壓力不足以
形成好的界面，而太大的壓力會(huì)增大短路的風(fēng)險(xiǎn)，本發(fā)明推薦的壓力是500kPa到4000kPa。
由于化成過(guò)程會(huì)產(chǎn)生氣體，隔離膜與電極之間的界面可能被破壞，為了避免該問(wèn)題出現(xiàn)，如
圖4所示，所述化成步驟后還包括步驟 106、再一次在合適的溫度下加以合適的壓力。 所述的電池再一次在合適的溫度下加以合適的壓力，對(duì)化成時(shí)破壞的電極和隔膜 界面進(jìn)行重整。
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以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用 本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān) 的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種聚合物鋰離子電池，包括正極和負(fù)極，其特征在于所述正極與負(fù)極之間設(shè)有隔離膜，所述隔離膜與正極與負(fù)極之間均有一凝膠電解質(zhì)層。
2. 如權(quán)利要求1所述的聚合物鋰離子電池，其特征在于所述負(fù)極由碳材料或可進(jìn)行 鋰嵌入/脫嵌的材料作為活性物質(zhì)，集流體，粘接劑和導(dǎo)電劑等組成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的聚合物鋰離子電池，其特征在于正極由含鋰且可以作為 二次鋰離子陰極活性物質(zhì)的過(guò)渡區(qū)金屬氧化物為基礎(chǔ)原材料，化學(xué)式為L(zhǎng)iANaCbOy，其中M為過(guò)渡區(qū)金屬元素，例如鈷(Co)、錳(Mn)、鎳(Ni)或其它過(guò)渡區(qū)金 屬元素。N和C為金屬元素，例如鎳(Ni)、錳(Mn)、鋁(Al)和鎂(Mg)等元素。x， y和z是 自然數(shù)，a和b是非負(fù)整數(shù)。
4. 如權(quán)利要求3所述的聚合物鋰離子電池，其特征在于所述的負(fù)極和正極表面進(jìn)行 聚合物涂覆。
5. 如權(quán)利要求4所述的聚合物鋰離子電池，其特征在于聚合物是纖維素經(jīng)乙酸和丁 酸共同酯化所成的纖維素酯(CAB) ，丁?；繛?7% 55%，羥基含量為1. 0% 5. 0%， 數(shù)均分子量為10000 100000。a、 當(dāng)羥基含量為4. 5% 5. 0%時(shí)，推薦使用?；繛?6%，數(shù)均分子量約為20000 的乙酸丁酸纖維素酯，該聚合物熔點(diǎn)介于150 160°C。b、 當(dāng)羥基含量為1.0% 4. 5%時(shí)，推薦使用?；繛?7% 38%，數(shù)均分子量為 20000 10000的乙酸丁酸纖維素酯，熔點(diǎn)不等，從155。C到240°C 。c、 還可以是a和b的混合物。
6. 如權(quán)利要求3所述的鋰離子電池，其特征在于所述聚合物的溶劑為酮類(lèi)溶劑、酯 類(lèi)、雜環(huán)化合物和/或碳酸酯類(lèi)。
7. 如權(quán)利要求4所述的聚合物鋰離子電池，其特征在于所述的隔離膜和電極，外設(shè)有 包裝層，包裝內(nèi)注入有非水電解液，真空封裝后在合適溫度下加以合適壓力進(jìn)行塑化加工 成聚合物電解質(zhì)電池。
8. 如權(quán)利要求5所述的聚合物鋰離子電池，其特征在于所述的包裝層材料為鋁塑復(fù) 合膜、不銹鋼殼體或鋁材質(zhì)殼體。
9. 一種如權(quán)利要求所述的聚合物鋰離子電池的制造方法，其特征在于包括如下步驟101、 極片制備；102、 涂覆聚合物；103、 裝配成電芯；104、 注入電解液；105、 化成。
10. 如權(quán)利要求9所述的聚合物鋰離子電池的制造方法，其特征在于所述化成步驟后 還包括步驟‘；106、 再一次在合適的溫度下加以合適的壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池，尤其指一種凝膠聚合物鋰離子電池及其制造方法。所述聚合物鋰離子電池包括正極和負(fù)極，其特征在于所述正極與負(fù)極之間設(shè)有隔離膜，所述隔離膜與正極與負(fù)極之間均有一凝膠電解質(zhì)層。所述方法，其特征在于包括步驟極片制備、涂覆聚合物、裝配成電芯、注入電解液、化成。本發(fā)明以低成本且不含有鋰電解質(zhì)的乙酸丁酸纖維素酯，或羥基含量不同的乙酸丁酸纖維素酯混合物，或以其為基礎(chǔ)的添加其它基團(tuán)的改性聚合物溶解到一定溶劑中制備成聚合物溶液，涂覆到電極表面制成膜。然后通過(guò)在合適溫度下電解液溶劑溶脹電極表面的聚合物層形成聚合物電解質(zhì)，再加以適當(dāng)?shù)膲毫?，使電極與隔離膜間形成均勻界面。
文檔編號(hào)H01M10/38GK101771175SQ20081022075
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者王乾, 陳興榮, 黃謙 申請(qǐng)人:深圳市海太陽(yáng)實(shí)業(yè)有限公司