專利名稱：鋰離子聚合物電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子聚合物電池。
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有鋰離子聚合物電池存在的上述問題，提供一種生產(chǎn)工藝簡單、成本低的鋰離子聚合物電池。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的鋰離子聚合物電池包括正極片、負(fù)極片和隔離膜，正極片和負(fù)極片分別由正、負(fù)集電體和粘接在其上的正、負(fù)極活性材料層組成，所述正極片和負(fù)極片采用箔形集電體，正、負(fù)極活性材料層中的粘合劑為下列三種粘合劑中的任意一種或任二種按任意比例混合或三種按任意比例混合而成的混合物，(a)聚偏氟乙烯類，(b)改性聚丙烯酸酯類或聚丙烯酸酯類，(c)改性聚乙烯或聚二烯類。
將本發(fā)明的粘合劑與正極粉或負(fù)極粉及溶劑混合后涂布于箔形集電體上，或把粘合劑與正極粉或負(fù)極粉混合后干粉壓合或輥壓在箔形集電體上，從而制成正極片和負(fù)極片。粘合劑與正極粉或負(fù)極粉的重量份數(shù)一般取值為粘合劑0.5份至13份，正極粉或負(fù)極粉87至99.5份，如果再增加粘合劑的份數(shù)，則將影響電池的性能。用本發(fā)明的粘合劑制成的正、負(fù)極片薄而柔軟，具有優(yōu)良的延展性。
上述改性聚丙烯酸酯是指以丙烯酸、甲基丙烯酸、2-乙基己基丙烯酸酯、丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羧乙(丙)酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸十二(十八)酯、依康酸等丙烯酸及丙烯酸酯類物質(zhì)為主體，與重量比為0-49％的苯乙烯或丁二烯進行共聚后得到共聚物，并對其羧基進行部分或全部中和后得到的物質(zhì)。上述改性聚乙烯是指聚乙烯高分子鏈上的氫原子被羥基、酯基或鹵素原子部分或全部取代后得到的物質(zhì)。本發(fā)明中改性聚丙烯酸酯類和改性聚乙烯的優(yōu)選聚合度為20至10萬。
上述a粘合劑----聚偏氟乙烯類單獨使用時與箔形集電體有較好的粘合性，但是會受到電解液影響，使粘合性變差，從而影響電池的循環(huán)特性，另外，由于它的粘合性在高濕度環(huán)境下70％RH-99％RH會變差，集電體表面的微量濕氣會影響其粘合性。
上述b粘合劑----改性聚丙烯酸酯類或聚丙烯酸酯類單獨使用時對箔形集電體有較好的粘合性，但會吸收少量難以除去的水份，影響電池的循環(huán)特性和內(nèi)阻。
上述c粘合劑----改性聚乙烯或聚二烯類，單獨使用對箔形集電體有較好的粘合性，但其成本過高，無法被市場接受。
a粘合劑與b粘合劑混合使用時，其重量份數(shù)優(yōu)選為1至6份a粘合劑，0.1至3.5份b粘合劑。b粘合劑與c粘合劑混合使用時，其重量份數(shù)優(yōu)選為0.1至3.5份b粘合劑，0.1至3.5份c粘合劑。a粘合劑與c粘合劑混合使用時，其重量份數(shù)優(yōu)選為1至6份a粘合劑，0.1至3.5份c粘合劑。
本發(fā)明將三種粘合劑混合使用，可克服上述不足，故本發(fā)明中正、負(fù)極活性材料層的粘合劑優(yōu)選三種粘合劑按下列重量份數(shù)混合而成的混合物1至6份a粘合劑，0.1至3.5份b粘合劑，0.1至3.5份c粘合劑。將三種粘合劑混合而成的粘合劑體系具有優(yōu)良的高低溫性能，其玻璃化溫度Tg為-40℃至20℃，熱降解溫度為300℃，對銅箔、鋁箔等箔形集電體有很強的粘接力，而且此粘合劑體系和正、負(fù)極片對濕氣敏感性低，使得混料、涂料、疊片等主要工藝均可在普通環(huán)境而非低濕環(huán)境下完成，所制成的正、負(fù)極片由于粘合劑對箔形集電體的良好粘接，不會受到電解液影響而發(fā)生正負(fù)極活性物質(zhì)從集電體上脫落的情況，另外該粘合劑體系會吸收一定電解液成為膠狀而具有良好的鋰離子導(dǎo)電性。
本發(fā)明的集電體優(yōu)選銅箔或鋁箔。
本發(fā)明中正極片、負(fù)極片與隔離膜的疊片結(jié)構(gòu)優(yōu)選為以正極片/隔離膜/負(fù)極片/隔離膜/正極片/隔離膜/負(fù)極片的重復(fù)交替形式直接疊片或直接疊片后再卷繞，無需熱層壓，隔離膜彼此之間不連續(xù)，或者所有的隔離膜為一個連續(xù)的整體以有效地防止正、負(fù)極片之間的短路。將正極片、負(fù)極片與隔離膜簡單疊片后或卷繞后，再將所有正集電體或負(fù)集電體分別焊在一起，用鋁塑膜進行封裝同時注入電解液，即制成了本發(fā)明的鋰聚合物電池。當(dāng)然，正極片、負(fù)極片與隔離膜也可采用現(xiàn)有的技術(shù)直接熱壓合在一起，然后用鋁塑膜進行封裝同時注入電解液，而制成鋰聚合物電池。
本發(fā)明的鋰聚合物電池可采用無孔的聚合物鋰離子導(dǎo)體薄膜或微孔聚合物薄膜，無孔的聚合物鋰離子導(dǎo)體薄膜選用聚環(huán)氧烷類無孔薄膜、聚環(huán)氧烷類與聚偏氟乙烯共混物涂布而成的無孔薄膜、聚丙烯酸酯與聚偏氟乙烯共混物涂布而成的無孔薄膜，微孔聚合物薄膜選用聚丙烯微孔薄膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復(fù)合型微孔薄膜。
本發(fā)明的鋰聚合物電池所用的正極活性物為鋰與過渡元素復(fù)合氧化物，如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNixCo1-xO2(X＝0-1)等，所用的負(fù)極活性物為碳粉，如中間相碳微球(MCMB)、天然石墨及其改性物、石油焦碳及其改性物、以及硬碳類物質(zhì)。
本發(fā)明的鋰離子聚合物電池所用的電解質(zhì)為鋰鹽可選用LiPF6、LiASF6、LiCIO4、LiN(CF3SO2)2、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3，電解質(zhì)溶劑為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、γ-丁內(nèi)酯(GBL)、1，2-二甲氧基乙烷(DME)、1，3-二氧戊環(huán)(DIOX)、碳酸甲乙酯(EMC)以及這些溶劑的混合物等。電解質(zhì)的濃度為0.1至2M。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于1.本發(fā)明在生產(chǎn)中無需加入增塑劑和進行萃取，生產(chǎn)工藝簡單，成本低；2.本發(fā)明采用箔形集電體，與采用網(wǎng)形集電體的電池相比，成本大大降低；3.本發(fā)明的鋰離子聚合物電池具有容量密度高、循環(huán)壽命長、內(nèi)阻小、使用溫度范圍寬廣、優(yōu)良的高倍率放電能力和低自放電性、不爆炸不著火的高安全性等特性；4.由于電極具有優(yōu)良的延展性，本發(fā)明的鋰聚合物電池可以制成各種形狀如三角體形、方形、圓柱形、圓錐形、棱柱形等，厚度可薄至0.1毫米，體積可很大或小。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例一按重量份數(shù)計，取2份聚偏氟乙烯，2份改性聚二烯，96份碳粉，90份N-甲基吡咯烷酮在不銹鋼罐內(nèi)用高速攪拌機攪拌混合后成為均一的漿料，涂布在銅箔上，在烘箱中100℃至200℃下烘干，得到負(fù)極片，并裁切成要求的形狀。
實施例二按重量份數(shù)計，取2份聚偏氟乙烯，1份聚丙烯酸酯，7份導(dǎo)電碳黑，90份鈷酸鋰，40份N-甲基吡咯烷酮在不銹鋼桶內(nèi)用高速攪拌機混合后得到均一的漿料，涂布在鋁箔上，在烘箱中80℃至200℃下烘干，得到正極片，并裁切成要求的形狀。
實施例三按重量份數(shù)計，取1份聚丙烯酸酯，1份改性聚乙烯，6份導(dǎo)電碳黑，92份鈷酸鋰，35份N-甲基吡咯烷酮在不銹鋼桶內(nèi)用高速攪拌機混合后，得到均一的漿料，涂布在鋁箔上，在烘箱中100℃至210℃下烘干，得到正極片，再裁切成要求的尺寸。
實施例四按重量份數(shù)計，取2.3份聚偏氟乙烯，2份改性聚丙烯酸酯，2份改性聚乙烯，8.5份導(dǎo)電碳黑，85.2份鈷酸鋰，39份N-甲基吡咯烷酮在不銹鋼桶內(nèi)高速攪拌后成為均一的漿料，涂布在鋁箔上，在烘箱中60℃至240℃下烘干，得到正極片，裁切成要求的形狀。
實施例五按重量份數(shù)計，取12份聚偏氟乙烯，0.1份改性聚丙烯酸酯，0.1份改性聚乙烯，8.5份導(dǎo)電碳黑，79.3份鈷酸鋰，33份N-甲基吡咯烷酮在不銹鋼桶內(nèi)高速攪拌后成為均一的漿料，涂布在鋁箔上，在烘箱中60℃至240℃下烘干，得到正極片，裁切成要求的形狀。
實施例六按重量份數(shù)計，取1份聚偏氟乙烯，3.5份改性聚丙烯酸酯，3.5份改性聚乙烯，8.5份導(dǎo)電碳黑，83.5份鈷酸鋰，28份N-甲基吡咯烷酮在不銹鋼桶內(nèi)高速攪拌后成為均一的漿料，涂布在鋁箔上，在烘箱中60℃至240℃下烘干，得到正極片，裁切成要求的形狀。
實施例七按重量份數(shù)計，取6份聚偏氟乙烯，3.5份改性聚丙烯酸酯，3.5份改性聚乙烯，6.5份導(dǎo)電碳黑，80.5份鈷酸鋰，28份N-甲基吡咯烷酮在不銹鋼桶內(nèi)高速攪拌后成為均一的漿料，涂布在鋁箔上，在烘箱中60℃至240℃下烘干，得到正極片，裁切成要求的形狀。
實施例八按重量份數(shù)計，取3.5份改性聚二烯，96.5份碳粉，95份N-甲基吡咯烷酮在不銹鋼桶內(nèi)高速攪拌后成為均一漿料，涂布在銅箔上，在烘箱中60℃至220℃下烘干，得到負(fù)極片，并切成要求的形狀。
實施例九按重量份數(shù)計，取4份聚偏氟乙烯，9份導(dǎo)電碳黑，87份鈷酸鋰，70份N-甲基吡咯烷酮在不銹鋼桶內(nèi)用高速攪拌機混合后得到均一的漿料，涂布在鋁箔上，在烘箱中60℃至250℃下烘干，得到正極片，并裁切成要求的形狀。
實施例十按重量份數(shù)計，取0.5份改性聚丙烯酸酯，9份導(dǎo)電碳黑，90.5份鈷酸鋰，33份N-甲基吡咯烷酮在不銹鋼桶內(nèi)用高速攪拌機混合后得到均一的漿料，涂布在鋁箔上，在烘箱中60℃至220℃下烘干，得到正極片，并裁切成要求的形狀。
實施例十一把實施例一至實施例九中的溶劑N-甲基吡咯烷酮去掉，將其余組分混合后，直接輥壓或平壓在銅箔或鋁箔上，可得到相應(yīng)的正極片和負(fù)極片。
實施例十二取上述實施例中的一種負(fù)極片，取上述實施例中的一種正極片，選用聚環(huán)氧乙烷與聚偏氟乙烯共混物制成的無孔薄膜作為隔離膜，以

圖1所示的正極片2/隔離膜1/負(fù)極片3/隔離膜1/正極片2/隔離膜1/負(fù)極片3的重復(fù)交替形式疊片后，再把所有正極片2引出的極耳焊在一起，所有負(fù)極片3的極耳焊在一起，再分別與正、負(fù)集流片焊接引出，由鋁塑膜進行三邊預(yù)封裝后，注入電解液，再封裝最后一邊，進行化成、二次封裝后成為本發(fā)明的鋰離子聚合物電池。電解液采用如下體系電解質(zhì)采用LiPF6，其濃度為1M，溶劑采用碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯與碳酸二乙酯的混合物，它們的重量比為1∶1∶1。
實施例十三將聚甲基丙烯酸甲酯與聚偏氟乙烯共混物制成的無孔薄膜替代實施例十二中的隔離膜，制成鋰離子聚合物電池。
實施例十四將含有微孔的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復(fù)合膜作為隔離膜替代實施例十二中的隔離膜，制成鋰離子聚合物電池。
實施例十五將實施例十二中的正極片、負(fù)極片、隔離膜由疊片式改為先疊片再卷繞的形式制成圓柱體或其它任意形狀，制成圓柱體或其它形狀的鋰離子聚合物電池。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子聚合物電池，包括正極片、負(fù)極片和隔離膜，正極片和負(fù)極片分別由正、負(fù)集電體和粘接在其上的正、負(fù)極活性材料層組成，其特征在于所述正極片和負(fù)極片采用箔形集電體，正、負(fù)極活性材料層中的粘合劑為下列三種粘合劑中的任意一種或任二種按任意比例混合或三種按任意比例混合而成的混合物，(a)聚偏氟乙烯類，(b)改性聚丙烯酸酯類或聚丙烯酸酯類，(c)改性聚乙烯或聚二烯類。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子聚合物電池，其特征在于所述正、負(fù)極活性材料層中的粘合劑優(yōu)選三種粘合劑按下列重量份數(shù)混合而成的混合物，1至12份a粘合劑，0.1至3.5份b粘合劑，0.1至3.5份c粘合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子聚合物電池，其特征在于所述正極片、負(fù)極片和隔離膜以正極片/隔離膜/負(fù)極片/隔離膜/正極片/隔離膜/負(fù)極片的重復(fù)交替形式直接疊片在一起，隔離膜彼此之間不連續(xù)或者所有的隔離膜為一個連續(xù)的整體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子聚合物電池，其特征在于所述正極片、負(fù)極片和隔離膜以正極片/隔離膜/負(fù)極片/隔離膜/正極片/隔離膜/負(fù)極片的重復(fù)交替形式直接疊片后卷繞，隔離膜彼此之間不連續(xù)或者所有的隔離膜為一個連續(xù)的整體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的鋰離子聚合物電池，其特征在于所述箔形集電體為銅箔或鋁箔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的鋰離子聚合物電池，其特征在于所述隔離膜采用無孔的聚合物鋰離子導(dǎo)體薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子聚合物電池，其特征在于所述無孔的聚合物鋰離子導(dǎo)體薄膜選用聚環(huán)氧烷類無孔薄膜、聚環(huán)氧烷類與聚偏氟乙烯共混物涂布而成的無孔薄膜、聚丙烯酸酯類與聚偏氟乙烯共混物涂布而成的無孔薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的鋰離子聚合物電池，其特征在于所述隔離膜采用微孔聚合物薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子聚合物電池，其特征在于所述微孔聚合物薄膜選用聚丙烯微孔薄膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復(fù)合型微孔薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的鋰離子聚合物電池，其特征在于其外形為方形、三角體形、圓柱形、圓錐形、棱柱形。
全文摘要
本發(fā)明為一種鋰離子聚合物電池，包括正負(fù)極片和隔離膜，正負(fù)極片采用箔形集電體，粘合劑為下列三種中任一種或任二種按任意比例混合或三種按任意比例混合而成的混合物，(a)聚偏氟乙烯類，(b)改性聚丙烯酸酯類或聚丙烯酸酯類，(c)改性聚乙烯或聚二烯類。本發(fā)明具有容量密度高、循環(huán)壽命長、內(nèi)阻小、使用溫度范圍寬廣、優(yōu)良的高倍率放電能力和低自放電性、高安全性等特性，且生產(chǎn)工藝簡單，成本低。
文檔編號H01M4/64GK1400682SQ0112444
公開日2003年3月5日 申請日期2001年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月28日
發(fā)明者潘杰民 申請人:潘杰民