本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚合物鋰離子電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1990年，日本索尼公司率先開發(fā)出了商用鋰離子電池，該電池的正極材料使用鈷酸鋰，負極材料使用非石墨化碳，引發(fā)了高度的關(guān)注。鋰離子電池由于比能量大、工作電壓高、循環(huán)壽命長、環(huán)境友好等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品、以及需提供動力和儲能的產(chǎn)品中。

隨著電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，人們對鋰離子電池在電子設(shè)備上的使用也提出了越來越高的要求，提升電池的能量密度和快速充電的能力，是鋰離子電池發(fā)展的方向。目前市場上鋰離子電池的能量密度一般都在560wh/l以上，但是電池的充電時間較長，一般在2小時以上，無法滿足某些特定使用環(huán)境下的快速充電效果，給人們的使用帶來不便。目前，許多電池設(shè)備要求鋰離子電池能夠?qū)崿F(xiàn)快速的充電，同時保證較高的使用壽命；但由于電池材料、電池結(jié)構(gòu)等方面的因素，在進行大電流充放電時，隨著使用時間的增加，電池容量會快速降低，導(dǎo)致電池性能發(fā)生惡化，影響電池的循環(huán)性能和使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種可滿足在高電壓下進行5c快速充放電的要求，具有較高的能量密度，較低的自放電，優(yōu)異的高低溫性能及較長的使用壽命的鋰離子電池。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下解決方案：

一種聚合物鋰離子電池，包括正極片、負極片、間隔于正極片和負極片之間的隔離膜，及其電解液，所述正極片的中部設(shè)置有正極耳，所述負極片的兩端設(shè)置有負極耳；

所述正極片包括正極集流體和涂覆在正極集流體表面上的正極膜片，所述正極膜片包括重量配比為90％～99％的正極活性材料、0.5％～5％的導(dǎo)電劑、0.5％～5％的聚偏氟乙烯，所述正極片的壓實密度為3.5～4.2g/cm³；

所述負極片包括負極集流體和涂覆在負極集流體表面上的負極膜片，所述負極膜片包括重量配比為90％～98％的石墨、1％～2％的羧甲基纖維素鈉、0.5％～5％的導(dǎo)電劑、0.5％～3％的丁苯橡膠，所述負極片的壓實密度為1.55～1.70g/cm³。

作為本發(fā)明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述正極活性材料為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元正極材料中的至少一種，所述三元正極材料為lini1-x-y-zcoxmnyalzo2，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z≤1。

作為本發(fā)明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、石墨烯、碳納米管、碳納米纖維和科琴黑中的至少一種。

作為本發(fā)明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述隔離膜為聚乙烯膜、聚丙烯膜、芳綸膜和聚酰亞胺膜中的至少一種，所述隔離膜的厚度為10～20μm，孔隙率為40％～50％。

作為本發(fā)明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述電解液包括重量配比為5％～15％的鋰鹽、80％～90％的溶劑和1～10％的添加劑，所述添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯、1，4-丁烷磺酸內(nèi)酯、二氟草酸硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰、硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯、丁二酸酐和4-乙基硫酸乙烯酯、丁二腈和己二腈中的至少一種。其中，所述添加劑可以在鋰離子電池負極表面形成sei膜，減少負極界面與電解液的副反應(yīng)，因此添加劑的加入可使電池保持較佳的高低溫循環(huán)性能。

作為本發(fā)明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、四氟硼酸鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的至少一種，優(yōu)選為雙氟磺酰亞胺鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰，因為雙氟磺酰亞胺鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰能夠顯著的降低因溫度升高而導(dǎo)致的分解效應(yīng)，可以大幅度延長鋰離子電池的使用壽命。

作為本發(fā)明聚合物鋰離子電池的一種改進，所述溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯和丁酸丙酯中的至少一種。所述溶劑包含碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等高介電常數(shù)的溶劑，有利于鋰鹽的溶解、電池高溫及循環(huán)性能的提升；此外，包含粘度低且電化學(xué)窗口寬的溶劑組分，能夠不被高電位的正極所分解，且低粘度能夠滿足電解液對極片的浸潤要求；而且上述非水有機溶劑具有較高的分解電位，在高溫、高電壓下具有較好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，從而為4.4v及以上高電壓鋰離子電池的電性能提供穩(wěn)定的電化學(xué)環(huán)境。

本發(fā)明的另一目的在于：提供一種聚合物鋰離子電池的制備方法，其包括以下步驟：

步驟一、將正極活性材料、聚偏氟乙烯、導(dǎo)電劑按重量配比90％～99％：0.5％～5％：0.5％～5％混合，加入n-甲基吡咯烷酮溶劑進行攪拌，制成正極漿料，然后涂覆在鋁箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在鋁箔的中部焊接正極耳，制成正極片備用；

步驟二、將石墨、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、導(dǎo)電劑按重量配比90％～98％：1％～2％：0.5％～3％：0.5％～5％混合，加入水溶劑進行攪拌，制成負極漿料，然后涂覆在銅箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在銅箔的兩端焊接負極耳，制成負極片備用；

步驟三、將氟乙烯類共聚物溶解在丙酮溶劑中，然后涂覆在隔離膜表面，制成聚合物多孔膜；

步驟四、在制備好的正極片和負極片之間加入聚合物多孔膜進行卷繞，制成卷芯；將卷芯置于包裝殼中，頂側(cè)封后注入電解液，然后通過化成、夾具烘烤、二封和分容工序制成聚合物鋰離子電池。

其中，本發(fā)明所述的隔離膜表面涂有氟乙烯類共聚物，此類共聚物在熱引發(fā)的條件下能和正負極內(nèi)的粘結(jié)劑發(fā)生聚合，使正負極和聚合物多孔膜能夠緊密的貼合在一起，減小正負極的膨脹，進一步縮減電池內(nèi)部體積，使相同體積下電池的能量密度有了很大的提升，同時增加了電池的硬度，保證在電池殼體很薄的情況下整個電池不會變形。

作為本發(fā)明聚合物鋰離子電池的制備方法的一種改進，所述化成溫度為60℃～80℃，充電截止電壓為4.4v。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明一種聚合物鋰離子電池，包括正極片、負極片、間隔于正極片和負極片之間的隔離膜，及其電解液，正極片的中部設(shè)置有正極耳，負極片的兩端設(shè)置有負極耳；正極片包括正極集流體和涂覆在正極集流體表面上的正極膜片，正極膜片包括重量配比為90％～99％的正極活性材料、0.5％～5％的導(dǎo)電劑、0.5％～5％的聚偏氟乙烯，正極片的壓實密度為3.5～4.2g/cm³；負極片包括負極集流體和涂覆在負極集流體表面上的負極膜片，負極膜片包括重量配比為90％～98％的石墨、1％～2％的羧甲基纖維素鈉、0.5％～5％的導(dǎo)電劑、0.5％～3％的丁苯橡膠，負極片的壓實密度為1.55～1.70g/cm³。本發(fā)明通過改進電池材料配方，并通過改進電芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使正極耳設(shè)置在正極片中間，使負極耳設(shè)置在負極片的兩端，這樣的電芯結(jié)構(gòu)改變了電池內(nèi)部中電荷的傳遞路徑，使電荷傳遞路徑變短，電池內(nèi)阻下降，進而降低電池充放電過程中的極化，特別是大倍率充放電過程中的極化，有效提升了鋰離子電池的快充性能，使聚合物鋰離子電池滿足5c以上的充放電要求，并保證大倍率充放電下較佳的循環(huán)性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的聚合物鋰離子電池中正極片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的聚合物鋰離子電池中負極片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的聚合物鋰離子電池的倍率充電曲線圖。

圖4為本發(fā)明的聚合物鋰離子電池的倍率放電曲線圖。

圖5為本發(fā)明的聚合物鋰離子電池的快充時間電壓曲線圖。

圖6為本發(fā)明的聚合物鋰離子電池的低溫放電曲線圖。

圖中：1-正極片；11-正極耳；2-負極片；21-負極耳。

具體實施方式

如圖1～2所示，一種聚合物鋰離子電池，包括正極片1、負極片2、間隔于正極片1和負極片2之間的隔離膜，及其電解液，正極片1的中部設(shè)置有正極耳11，負極片的兩端設(shè)置有負極耳21；正極片1包括正極集流體和涂覆在正極集流體表面上的正極膜片，正極膜片包括重量配比為90％～99％的正極活性材料、0.5％～5％的導(dǎo)電劑、0.5％～5％的聚偏氟乙烯，正極片1的壓實密度為3.5～4.2g/cm³；負極片2包括負極集流體和涂覆在負極集流體表面上的負極膜片，負極膜片包括重量配比為90％～98％的石墨、1％～2％的羧甲基纖維素鈉、0.5％～5％的導(dǎo)電劑、0.5％～3％的丁苯橡膠，負極片2的壓實密度為1.55～1.70g/cm³。

優(yōu)選地，正極活性材料為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元正極材料中的至少一種，三元正極材料為lini1-x-y-zcoxmnyalzo2，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z≤1。

優(yōu)選地，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、石墨烯、碳納米管、碳納米纖維和科琴黑中的至少一種。

優(yōu)選地，隔離膜為聚乙烯膜、聚丙烯膜、芳綸膜和聚酰亞胺膜中的至少一種，隔離膜的厚度為10～20μm，孔隙率為40％～50％。

優(yōu)選地，電解液包括重量配比為5％～15％的鋰鹽、80％～90％的溶劑和1～10％的添加劑，添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯、1，4-丁烷磺酸內(nèi)酯、二氟草酸硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰、硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯、丁二酸酐和4-乙基硫酸乙烯酯、丁二腈和己二腈中的至少一種。其中，添加劑可以在鋰離子電池負極表面形成sei膜，減少負極界面與電解液的副反應(yīng)，因此添加劑的加入可使電池保持較佳的高低溫循環(huán)性能。

優(yōu)選地，鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、四氟硼酸鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的至少一種，優(yōu)選為雙氟磺酰亞胺鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰，因為雙氟磺酰亞胺鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰能夠顯著的降低因溫度升高而導(dǎo)致的分解效應(yīng)，可以大幅度延長鋰離子電池的使用壽命。

優(yōu)選地，溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯和丁酸丙酯中的至少一種。溶劑包含碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等高介電常數(shù)的溶劑，有利于鋰鹽的溶解、電池高溫及循環(huán)性能的提升；此外，包含粘度低且電化學(xué)窗口寬的溶劑組分，能夠不被高電位的正極所分解，且低粘度能夠滿足電解液對極片的浸潤要求；而且上述非水有機溶劑具有較高的分解電位，在高溫、高電壓下具有較好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，從而為4.4v及以上高電壓鋰離子電池的電性能提供穩(wěn)定的電化學(xué)環(huán)境。

下面將結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明及其有益效果作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

正極片的制備：將鈷酸鋰、聚偏氟乙烯、導(dǎo)電炭黑和碳納米管按重量配比96.5:1.2:0.8:1.5混合，加入n-甲基吡咯烷酮溶劑進行攪拌，制成正極漿料，所得正極漿料的固含量為60％，然后涂覆在鋁箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在鋁箔的中部焊接正極耳，制成壓實密度為3.8g/cm³的正極片。

負極片的制備：將石墨、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、導(dǎo)電炭黑按重量配比95.4:1.5:1.6:1.5混合，加入水溶劑進行攪拌，制成負極漿料，所得負極漿料的固含量為55％，然后涂覆在銅箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在銅箔的兩端焊接負極耳，制成壓實密度為1.6g/cm³的負極片。

隔離膜的制備：將氟乙烯類共聚物溶解在丙酮溶劑中，然后涂覆在聚乙烯膜表面，制成厚度為16μm，孔隙率為45％的聚合物多孔膜。

電解液的制備：將10wt％的六氟磷酸鋰溶解于20wt％的碳酸丙稀酯(pc)、40wt％的碳酸二甲酯(dmc)、25wt％的碳酸甲乙酯(emc)組成的混合溶劑中，并添加5wt％的氟代碳酸乙烯酯，得到鋰離子電池電解液。

鋰離子電池的制備：在制備好的正極片和負極片之間加入聚合物多孔膜進行卷繞，制成卷芯；將卷芯置于包裝殼中，頂側(cè)封后注入電解液，然后通過化成、夾具烘烤、二封和分容工序制成聚合物鋰離子電池。

實施例2

正極片的制備：將磷酸鐵鋰、聚偏氟乙烯、導(dǎo)電石墨和碳納米纖維按重量配比90:3.0:3.0:4.0混合，加入n-甲基吡咯烷酮溶劑進行攪拌，制成正極漿料，所得正極漿料的固含量為55％，然后涂覆在鋁箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在鋁箔的中部焊接正極耳，制成壓實密度為3.5g/cm³的正極片。

負極片的制備：將石墨、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、碳納米管按重量配比90:3.5:3.0:3.5混合，加入水溶劑進行攪拌，制成負極漿料，所得負極漿料的固含量為50％，然后涂覆在銅箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在銅箔的兩端焊接負極耳，制成壓實密度為1.55g/cm³的負極片。

隔離膜的制備：將氟乙烯類共聚物溶解在丙酮溶劑中，然后涂覆在聚丙烯膜表面，制成厚度為10μm，孔隙率為40％的聚合物多孔膜。

電解液的制備：將5wt％的雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰溶解于25wt％的碳酸乙烯酯(ec)、35wt％的碳酸二甲酯(dmc)、25wt％的碳酸甲乙酯(emc)組成的混合溶劑中，并添加10wt％的1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯，得到鋰離子電池電解液。

鋰離子電池的制備：在制備好的正極片和負極片之間加入聚合物多孔膜進行卷繞，制成卷芯；將卷芯置于包裝殼中，頂側(cè)封后注入電解液，然后通過化成、夾具烘烤、二封和分容工序制成聚合物鋰離子電池。

實施例3

正極片的制備：將lini0.5co0.2mn0.3o2、聚偏氟乙烯、石墨烯按重量配比99:0.5:0.5混合，加入n-甲基吡咯烷酮溶劑進行攪拌，制成正極漿料，所得正極漿料的固含量為65％，然后涂覆在鋁箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在鋁箔的中部焊接正極耳，制成壓實密度為4.2g/cm³的正極片。

負極片的制備：將石墨、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、科琴黑按重量配比98:0.5:1.0:0.5混合，加入水溶劑進行攪拌，制成負極漿料，所得負極漿料的固含量為60％，然后涂覆在銅箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在銅箔的兩端焊接負極耳，制成壓實密度為1.70g/cm³的負極片。

隔離膜的制備：將氟乙烯類共聚物溶解在丙酮溶劑中，然后涂覆在聚酰亞胺膜表面，制成厚度為20μm，孔隙率為50％的聚合物多孔膜。

電解液的制備：將5wt％的雙氟磺酰亞胺鋰溶解于25wt％的碳酸丙稀酯(pc)、35wt％的碳酸二甲酯(dmc)、25wt％的碳酸甲乙酯(emc)組成的混合溶劑中，并添加5wt％的1，4-丁烷磺酸內(nèi)酯和5wt％的己二腈，得到鋰離子電池電解液。

鋰離子電池的制備：在制備好的正極片和負極片之間加入聚合物多孔膜進行卷繞，制成卷芯；將卷芯置于包裝殼中，頂側(cè)封后注入電解液，然后通過化成、夾具烘烤、二封和分容工序制成聚合物鋰離子電池。

實施例4

正極片的制備：將lini0.5co0.2mn0.3o2、聚偏氟乙烯、科琴黑按重量配比97.5:1.5:1.0混合，加入n-甲基吡咯烷酮溶劑進行攪拌，制成正極漿料，所得正極漿料的固含量為60％，然后涂覆在鋁箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在鋁箔的中部焊接正極耳，制成壓實密度為4.0g/cm³的正極片。

負極片的制備：將石墨、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、碳納米纖維按重量配比96:1.0:1.5:1.5混合，加入水溶劑進行攪拌，制成負極漿料，所得負極漿料的固含量為55％，然后涂覆在銅箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在銅箔的兩端焊接負極耳，制成壓實密度為1.65g/cm³的負極片。

隔離膜的制備：將氟乙烯類共聚物溶解在丙酮溶劑中，然后涂覆在芳綸膜表面，制成厚度為18μm，孔隙率為45％的聚合物多孔膜。

電解液的制備：將8wt％的雙氟磺酰亞胺鋰溶解于25wt％的碳酸丙稀酯(pc)、35wt％的碳酸二甲酯(dmc)、25wt％的碳酸甲乙酯(emc)組成的混合溶劑中，并添加4wt％的碳酸亞乙烯酯和3wt％的4-甲基硫酸乙烯酯，得到鋰離子電池電解液。

鋰離子電池的制備：在制備好的正極片和負極片之間加入聚合物多孔膜進行卷繞，制成卷芯；將卷芯置于包裝殼中，頂側(cè)封后注入電解液，然后通過化成、夾具烘烤、二封和分容工序制成聚合物鋰離子電池。

實施例5

正極片的制備：將磷酸鐵鋰、聚偏氟乙烯、石墨烯按重量配比98:1.5:0.5混合，加入n-甲基吡咯烷酮溶劑進行攪拌，制成正極漿料，所得正極漿料的固含量為60％，然后涂覆在鋁箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在鋁箔的中部焊接正極耳，制成壓實密度為3.95g/cm³的正極片。

負極片的制備：將石墨、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、碳納米管按重量配比95:1.5:2.0:1.5混合，加入水溶劑進行攪拌，制成負極漿料，所得負極漿料的固含量為55％，然后涂覆在銅箔上進行烘干，烘干后進行輥壓和分切操作，并在銅箔的兩端焊接負極耳，制成壓實密度為1.68g/cm³的負極片。

隔離膜的制備：將氟乙烯類共聚物溶解在丙酮溶劑中，然后涂覆在聚乙烯/聚丙烯復(fù)合膜表面，制成厚度為18μm，孔隙率為48％的聚合物多孔膜。

電解液的制備：將10wt％的雙氟磺酰亞胺鋰溶解于25wt％的碳酸丙稀酯(pc)、35wt％的碳酸二甲酯(dmc)、25wt％的碳酸甲乙酯(emc)組成的混合溶劑中，并添加2wt％的氟代碳酸乙烯酯和3wt％的硫酸乙烯酯，得到鋰離子電池電解液。

鋰離子電池的制備：在制備好的正極片和負極片之間加入聚合物多孔膜進行卷繞，制成卷芯；將卷芯置于包裝殼中，頂側(cè)封后注入電解液，然后通過化成、夾具烘烤、二封和分容工序制成聚合物鋰離子電池。

分別對實施例1～5所制得的鋰離子電池按標(biāo)準工藝充放電，測試電池的充放電性能。并根據(jù)測試結(jié)果作圖如圖3～6所示。其中，對電池的倍率充電性能測試結(jié)果作圖如圖3所示，對電池的倍率放電性能測試結(jié)果作圖如圖4所示，對電池的快充時間電壓測試結(jié)果作圖如圖5所示，對電池的低溫放電性能測試結(jié)果作圖如圖6所示。

測試結(jié)果表明上述方法制備的鋰離子電池進行5c放電的容量保持率達97％以上，有效滿足大倍率充放電要求；快充8.5min可充進70％左右，快充效果明顯提高；進行-20℃/0.2c低溫放電的容量保持率達86％以上，低溫放電性能優(yōu)異。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還能夠?qū)ι鲜鰧嵤┓绞竭M行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所作出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。