專利名稱：塑料薄膜鋰離子電池的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高性能塑料鋰離子電池的制造方法，它屬于電化學、聚合物化學、新型能源材料及電子產(chǎn)品技術領域。
鋰離子電池是90年代脫穎而出的新一代化學電源，具有優(yōu)異的電性能與無污染的特點，是多種先進的便攜式電子產(chǎn)品、電動車輛的理想配套電源。目前，商品化的鋰離子電池采用有機溶劑液態(tài)電解質。盡管液態(tài)電解質能夠滿足電池性能要求，但也存在著工藝上和應用上的諸多不便。為此，人們一直試圖采用固體電解質或聚合物電解質，制備干態(tài)鋰離子二次電池。法國學者Armand首先提出固體電解質(SPE)并申請了專利(Eur.Pat No.0013199，1978)，SPE材料有著廣泛的應用范圍，用于電池中其室溫電導率一直是問題的關鍵，早期研究的很多SPE材料如PEO、PAN、PPTA、PEG等的電導率均在10-5Scm-1以下，顯然很難適應電池的要求。1995年，美國Bellcore公司申請了塑料鋰離子電池的專利(US Pat No.5,460,904，1995)，所采用聚合物電解質的室溫電導率可達10-3Scm-1。這種方法制備的要點是在SPE膜中首先加入增塑劑，然后在有機溶劑中抽提，從而形成具有一定微孔結構的薄膜。其生產(chǎn)工藝復雜，難于適應連續(xù)化的工業(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種制備塑料鋰離子電池的新方法，該方法避免了目前有關專利中添加增塑劑成膜，繼而通過抽提除去增塑劑的成孔方法，使生產(chǎn)工藝大大簡化。制得的極片與隔膜在電性能與機械性能等方面均符合要求。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的1.工作原理鋰離子電池以高電勢金屬氧化物為正極，低電勢貯鋰炭材料或金屬氧化物為負極，通過鋰離子在正、負極之間的嵌脫反應以貯存和釋放電能。其基本反應如下正極負極電池反應2.隔膜制造隔膜采用偏氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)的共聚物作為基體，其中VDF的含量在65％-98％(by wt％)之間。先將一定量的該共聚物溶于二甲亞砜、四氫呋喃、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、丙酮、甲乙酮、吡咯烷酮、環(huán)己酮、丁酮等中的一種或其中幾種的混合物中，形成具有一定粘度的溶液，再加入10％-70％的有機分子添加劑或造孔劑，如樟腦、萘、蒽、菲等或其衍生物，在勻漿機中充分勻漿，然后，用濕網(wǎng)印刷法或涂布法制成厚約5μ-250μ的薄膜，在30-100℃下真空干燥10-48h后即可除去溶劑和造孔劑而得到強度、柔韌性很好的多孔膜。該膜可在空氣中長期存放，待組裝電池時浸取電解質溶液即可。
3.電極制造正極用LiMn2O4、LiCoO2、或LiNiO2等活性物質粉末與乙炔黑、共聚物、造孔劑按10∶1-5∶1-8∶1-6的比例在有機溶劑中制成漿液，將漿液均勻涂覆于金屬箔或金屬網(wǎng)上，在同樣的條件下制備正極膜。
負極采用石墨或焦炭與乙炔黑、共聚物、造孔劑按10∶1-3∶1-8∶1-8的比例在有機溶劑中制成漿液，將漿液均勻涂覆于金屬箔或金屬網(wǎng)上，在同樣的條件下制備負極膜。
4.電池裝配將正、負極極片與聚合物隔膜在50-100℃滾壓成三層一體化的復合膜片，在此膜片中注入電解液并干燥形成干態(tài)薄膜電池，根據(jù)應用要求可將干態(tài)薄膜電池裁剪加工成不同形狀與尺寸的鋰離子電池。
與已有技術相比，采用本發(fā)明的塑料鋰離子電池的制造方法具有以下幾個顯著特點。
1.避免了一般塑料鋰離子電池制備的抽提過程，保證了連續(xù)化、規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的需要。
2.可實現(xiàn)超薄型、可繞性和電池設計的靈活性。
3.可通過串并聯(lián)裝配成具有多種電壓和容量的超薄電池組。
4.所制造電池有較高的比能量(110wh/kg)且增長了其循環(huán)壽命。
5.所用粘結劑和隔膜均為同一種材料，各組成部分間兼容性好，穩(wěn)定性高。


圖1是本發(fā)明方法制備的塑料鋰離子電池的結構示意圖。
圖中1、正極集流體(金屬箔或金屬網(wǎng))2、正極活性層3、隔膜4、負極活性層5、負極集流體(金屬箔或金屬網(wǎng))。
圖2是本發(fā)明方法制備的塑料鋰離子電池在0.5C放電率下的放電曲線。
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例隔膜的制備取24g共聚物加入1200ml二甲亞砜中，再加入6g樟腦，勻漿后用濕網(wǎng)印刷法制膜。然后在80℃下抽真空干燥即得干態(tài)隔膜。
負極膜的制備取10g共聚物加入1200ml二甲亞砜中，先形成具一定粘度的溶液，再加入140g石墨、20g乙炔黑、12g樟腦。勻漿后，在制膜機上定厚0.15mm。將漿液均勻涂覆于銅箔上，在80℃下抽真空干燥。
正極膜的制備取10g共聚物加入1200ml二甲亞砜中，先形成具一定粘度的溶液，再加入130gLiMn2O4粉末、35g乙炔黑、12g樟腦。用同樣的方法，定厚0.35mm在鋁箔上制備正極膜。
電池的裝配將上述正、負極膜片與聚合物隔膜在60℃滾壓成三層一體化的復合膜片，在此膜片中注入電解液并干燥形成干態(tài)薄膜電池，根據(jù)應用要求可將干態(tài)薄膜電池裁剪加工成不同形狀與尺寸的鋰離子電池。
權利要求
1.一種新型的塑料鋰離子電池的制造方法。其特征在于該方法包括如下步驟1.1將共聚物溶于有機溶劑中形成聚合物溶液，加入用量為溶液量10-70％的有機分子添加劑，充分勻漿后采用濕網(wǎng)印刷法或涂布法制成5-250μm厚的薄膜，在30-100℃下真空干燥得到隔膜；1.2按LiMn2O4、LiCoO2或LiNiO2粉末∶乙炔黑∶共聚物∶造孔劑的比例為10∶1-5∶1-8∶1-6在有機溶劑中制成均勻漿液料，將漿液涂覆在金屬箔或金屬網(wǎng)上于30-100℃下真空干燥，得到正極膜；1.3按石墨或焦炭∶乙炔黑∶共聚物∶造孔劑按10∶1-3∶1-8∶1-8的比例在有機溶劑中勻漿后，將漿液涂覆在金屬箔或金屬網(wǎng)上于30-100℃下真空干燥，得到負極膜；1.4將正、負極膜片與聚合物隔膜復合成三層一體化的膜片，在此膜片中注入電解液并干燥形成干態(tài)薄膜電池，根據(jù)應用要求裁剪加工成不同形狀與尺寸的鋰離子電池。
2.按權利要求1所述的制備方法，其特征在于聚合物為偏氟乙烯與六氟丙烯的共聚物，其中六氟丙烯的重量百分含量在2％-45％，聚合度在2000-50000。
3.按權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的有機溶劑為二甲亞砜、四氫呋喃、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、丙酮、甲乙酮、吡咯烷酮、環(huán)己酮、丁酮中的一種或其中幾種的混合物。
4.按權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的有機分子添加劑為樟腦、萘、蒽、菲或其衍生物中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型塑料鋰離子電池的制備方法,它是以同一種聚合物作為電極與隔膜的骨架網(wǎng)絡,通過在聚合物溶液中溶入適當大小的有機分子,利用溶劑與添加劑分子的相互作用,在正負極極片與隔膜的成膜過程中直接得到具有合適微結構的膜片。將此法所制極片與隔膜復合后,注入適量的電解質溶液,即成為干態(tài)塑料鋰離子電池薄膜。根據(jù)應用要求,可將鋰離子電池薄膜裁剪加工成不同形狀或尺寸的鋰離子電池。
文檔編號H01M10/38GK1241041SQ9811362
公開日2000年1月12日 申請日期1998年7月8日 優(yōu)先權日1998年7月8日
發(fā)明者楊漢西, 董全峰, 艾新平 申請人:武漢大學