一種超薄柔性鋰離子電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超薄柔性鋰離子電池及其制備方法，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子二次電池作為一種綠色環(huán)保電池，具有工作電壓高、比能量高和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展，隨著智能銀行卡、身份證識(shí)別卡、電子紙、智能交通管理卡快速發(fā)展，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，需要儲(chǔ)存的信息越來(lái)越多、安全性要求越來(lái)越高、傳統(tǒng)的磁卡已經(jīng)不能滿(mǎn)足以上需求。隨著智能銀行卡、身份證識(shí)別卡、電子紙、智能交通管理卡快速發(fā)展，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，對(duì)電池的需求和要求也越來(lái)越高、特別是對(duì)電池的厚度和安全性能提出了更高的要求。
[0003]目前商業(yè)化的超薄柔性鋰離子電池主要在陰陽(yáng)極基體上涂覆活性物質(zhì)并通過(guò)疊片組裝成電池，當(dāng)電池厚度< 1.0mm時(shí)，采用傳統(tǒng)的在基體單面涂覆活性物質(zhì)，再通過(guò)疊片的組裝方式已不能滿(mǎn)足將電池做的更薄的要求，而且現(xiàn)有的超薄電池技術(shù)中不能很好解決除方形電池外其它形狀電池的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超薄柔性鋰離子電池及其制備方法，解決了電池的厚度控制、硬度要求、安全，異形電池生產(chǎn)等問(wèn)題。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
一種超薄柔性鋰離子電池，包括復(fù)合正極片、復(fù)合負(fù)極片和位于所述復(fù)合正極片與所述復(fù)合負(fù)極片之間的隔膜；所述復(fù)合正極片依次包括第一尼龍層、正集流體和正極膜片，所述正極膜片的周?chē)O(shè)有第一 PP層；所述復(fù)合負(fù)極片依次包括第二尼龍層、負(fù)集流體和負(fù)極膜片，所述負(fù)極膜片的周?chē)O(shè)有第二 PP層。
[0006]上述的鋰離子電池，優(yōu)選的，所述的隔膜為PP膜、PE膜或多層PP與PE的復(fù)合膜，隔膜的兩側(cè)均涂有一層聚偏二氟乙烯層，所述聚偏二氟乙烯層的總厚度為1-10 Mffl。
[0007]上述的鋰離子電池，優(yōu)選的，所述正集流體上設(shè)有第一極耳，所述第一極耳與正集流體為一體結(jié)構(gòu)，均為鋁箔；所述負(fù)集流體上設(shè)有第二極耳，所述第二極耳與負(fù)集流體為一體結(jié)構(gòu)，均為鋁箔。
[0008]上述的鋰離子電池，優(yōu)選的，所述正極膜片中含有正極活性物質(zhì)，所述正極活性物質(zhì)為 LiCoO2' LiN12, LiVPO4' LiMnO2' Li2MnO4' LiFePO4' LiCo1^x+ y) NixMnyO2' LiNixMn1^xO2,LiCoxNihxO2中的一種或者幾種，其中，X < Uy < l、x+y < I ;所述負(fù)極膜片中含有負(fù)極活性物質(zhì)，所述負(fù)極活性物質(zhì)為L(zhǎng)i4Ti5012。
[0009]上述的鋰離子電池，優(yōu)選的，所述鋰離子電池的厚度為0.2-0.9mm。
[0010]上述的鋰離子電池，優(yōu)選的，所述鋰離子電池的形狀為圓形、橢圓形或多邊形。
[0011]作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟: 1)在隔膜上涂一層聚偏二氟乙烯層；
2)在正集流體一側(cè)粘上第一尼龍層，在正集流體另一側(cè)的周邊粘上第一PP層；在負(fù)集流體一側(cè)粘上第二尼龍層，在負(fù)集流體另一側(cè)的周邊粘上第二 PP層；
3)將含正極活性物質(zhì)的正極物料和溶劑配制成正極漿料，含負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極物料和溶劑配制成負(fù)極漿料，再分別將正極漿料、負(fù)極漿料均勻涂覆于集流體上正集流體、負(fù)集流體上的覆料區(qū)域并烘干，分別得到復(fù)合正極片和復(fù)合負(fù)極片；
4)將所述復(fù)合正極片、隔膜和復(fù)合負(fù)極片進(jìn)行疊加組合，并進(jìn)行熱封裝，經(jīng)注液、化成、分容后即制成所述超薄柔性鋰離子電池。
[0012]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟2)中，正極活性物質(zhì)為L(zhǎng)iCo02、LiNi02、LiVP04、LiMn02、Li2Mn04、LiFeP04、LiCOl_(x+y) NixMr^O^LiNixMrVxC^LiCOxNihC^中的一種或者幾種，其中，X < 1、y < 1、x+y < I ;負(fù)極活性物質(zhì)為L(zhǎng)i4Ti5O12tl
[0013]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟4)中，化成為兩工步彎曲化成，具體過(guò)程為:將電池主體面積最大面朝向一側(cè)彎曲放入弧形夾具中進(jìn)行第一次化成，以0.0lI5-0.1 I5的電流恒流充電，當(dāng)充電電量達(dá)到0.05-0.2C后將電池取下，再將電池朝向另一側(cè)彎曲放入弧形夾具進(jìn)行第二次化成，以0.01 I5-0.2 15恒流充電，當(dāng)總的充電電量達(dá)到0.3~0.7C后，將電池平壓整形后，進(jìn)行真空抽氣封裝，其中15為電池以5小時(shí)率放電時(shí)的電流，C為電池的標(biāo)稱(chēng)容量。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)本發(fā)明的超薄柔性鋰離子電池在集流體上涂覆正負(fù)極活性物質(zhì)，并作為正負(fù)膜片使用，可有效降低電池的厚度，電池的厚度達(dá)到0.2-0.9mm ;集流體為鋁箔，可有效防止空氣中的水分滲入電池內(nèi)部，可有效提升電池的可靠性；集流體復(fù)合了高強(qiáng)度尼龍層，可有效改善其強(qiáng)度，避免在彎曲或折疊時(shí)出現(xiàn)破裂，因而能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)度和寬度方向上0~180°彎曲或折疊，并可實(shí)現(xiàn)弧形扭曲。
[0015](2)本發(fā)明的超薄柔性鋰離子電池在隔膜上涂覆了 PVDF層使正負(fù)極與隔膜之間黏附在一起，可以有效的改善其界面，提升電池的電化學(xué)性能和硬度。
[0016](3)本發(fā)明的超薄柔性鋰離子電池可以為圓形，橢圓形，多邊形等多種形狀，可以滿(mǎn)足不同的需求。
[0017](4)本發(fā)明的超薄柔性鋰離子電池利用兩工步彎曲化成，使電池分別在不同狀態(tài)下的負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI膜，從而有效改善柔性電池使用過(guò)程中的電化學(xué)性能。
[0018]因此，采用本發(fā)明的技術(shù)，可以有效改善超薄柔性電池的硬度和可靠性，顯著改善電池的電化學(xué)性能，極大的提升了超薄柔性電池的加工性能和能量密度。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3的超薄柔性鋰離子電池的截面圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中正集流體的示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的方形電池結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中正集流體的示意圖。
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的圓形電池結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3中正集流體的示意圖。
[0025]圖7為本發(fā)明實(shí)施例3制備的正三角形電池結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖例說(shuō)明:1、隔膜；2、第一尼龍層；3、正集流體；4、正極膜片；5、第一 PP層；6、第二尼龍層；7、負(fù)集流體；8、負(fù)極膜片；9、第二 PP層；10、第一極耳；11、第二極耳。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體的實(shí)施例。
[0028]除非另有定義，下文中所使用的所有專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0029]除有特別說(shuō)明，本發(fā)明中用到的各種試劑、原料均為可以從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的商品或者可以通過(guò)公知的方法制得的產(chǎn)品。
[0030]實(shí)施例1:
一種本發(fā)明的超薄柔性鋰離子電池，其截面圖如圖1所示，包括復(fù)合正極片、復(fù)合負(fù)極片和位于復(fù)合正極片與復(fù)合負(fù)極片之間的隔膜I ;復(fù)合正極片依次包括第一尼龍層2、正集流體3和正極膜片4，正極膜片4的周?chē)O(shè)有第一 PP層5 ;復(fù)合負(fù)極片依次包括第二尼龍層6、負(fù)集流體7和負(fù)極膜片8，負(fù)極膜片8的周?chē)O(shè)有第二 PP層9。隔膜I為PP膜，隔膜I的兩側(cè)均涂有一層聚偏二氟乙烯層，聚偏二氟乙烯層的總厚度為6Mm。正集流體3上設(shè)有第一極耳10，如圖2所示，第一極耳10與正集流體3為一體結(jié)構(gòu)，均為鋁箔；負(fù)集流體7上設(shè)有第二極耳11，第二極耳11與負(fù)集流體7為一體結(jié)構(gòu)，均為鋁箔。超薄柔性鋰離子電池為方形結(jié)構(gòu)，外觀結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，厚度0.2mm，寬度54mm，長(zhǎng)度32mm。
[0031]上述超薄柔性鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟:
(I)在隔膜I (PP隔膜)兩側(cè)涂覆PVDF (聚偏二氟乙烯，以下簡(jiǎn)稱(chēng)PVDF)漿料，烘箱烘干，隔膜I兩側(cè)均形成一層PVDF層，PVDF層的總厚度為6Mm。
[0032](2)使用粘合劑將第一尼龍層2粘在正集流體3 —側(cè)(第一尼龍層2尺寸為50mm*25mm)，在正集流體3另一側(cè)的周邊使用粘合劑粘上第一 PP層5。
[0033]使用粘合劑將第二尼龍層6粘在負(fù)集流體7—側(cè)(第二尼龍層6尺寸為51mm*26mm)，在負(fù)集流體7另一側(cè)的周邊使用粘合劑粘上第二 PP層9。
[0034](3)將 LiNiv3Co1Z3Mn1Z3O2 (镲鈷猛酸鋰)、Super_P (導(dǎo)電碳黑，以下簡(jiǎn)稱(chēng) Super-P)、PVDF按照質(zhì)量比為96: 1.5: 2.5與NMP (N, N- 二甲基吡咯烷酮，以下簡(jiǎn)稱(chēng)NMP)混合攪拌均勻后得到正極極片涂布的漿料(其中NMP的添加量通過(guò)使?jié){料固含量為75%來(lái)控制)，然后將漿料均勻涂布在已制備好的正集流體3的覆料區(qū)域(正集流體3 —側(cè)未粘接第一 PP層5的區(qū)域)。經(jīng)烘箱烘干(漿料形成正極膜片4)，輥壓厚度為28Mm，分切后制得復(fù)合正極片。
[0035]將1^4115012、5即61-?、？￥0?按質(zhì)量比為94.5: 2: 3.5 與 NMP (其中 NMP 的添加量通過(guò)使?jié){料固含量為70%來(lái)控制)混合攪拌均勻后得到負(fù)極涂布漿料，然后將漿料均勻涂布在已制備好的負(fù)集流體7的覆料區(qū)域(負(fù)集流體7 —側(cè)未粘接第二 PP層9的區(qū)域)。經(jīng)烘箱烘干(漿料形成負(fù)極膜片8)，輥壓厚度為26Mm，分切后制得復(fù)合負(fù)極片。
[0036](4)分別取上述制備的復(fù)合正極片和復(fù)合負(fù)極片，中間放置處理后的隔膜1，整齊疊放，并利用熱封設(shè)備將第一 PP層5和第二 PP層9熔融后冷卻封裝三邊，烘烤除水、注入電解液(在露點(diǎn)小于_40°C的環(huán)境中進(jìn)行)，最后將未封的一邊使用真空熱封裝在真空條件下熱封，制成電池坯。
[0037]將制備好的電池坯放入弧形夾具中朝向一側(cè)彎曲以0.0lI5的電流恒流充電至
0.05C后，朝向另一側(cè)彎曲以0.0215的電流恒流充電至0.3C，然后將電池平壓整形后進(jìn)行真空抽氣封裝、最后將電池分容制作成025432PL (厚度0.2mm,寬度54臟，長(zhǎng)度32mm)型超薄柔性鋰離子電池，電池標(biāo)稱(chēng)容量為20mAh。
[0038]將本實(shí)施例制備的超薄柔性鋰離子電池在室溫下利用0.5C (1mA)的電流放電，放電容量為22mAh。在室溫下以0.5C電流循環(huán)300次的容量保持率為89.7%。
[0039]實(shí)施例2:
一種本發(fā)明的超薄柔性鋰離子電池，其截面圖如圖1所示，包括復(fù)合正極片、復(fù)合負(fù)極片和位于復(fù)合正極片與復(fù)合負(fù)極片之間的隔膜I ;復(fù)合正極片依次包括第一尼龍層2、正集流體3和正極膜片4，正極膜片4的周?chē)O(shè)有第一 PP層5 ;復(fù)合負(fù)極片依