專利名稱：新型電解質(zhì)隔膜的筆記本電腦超高比能量鋰電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及筆記本電腦的鋰電池制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今市場中筆記本電腦電池的使用時間大多為3-4小時。不久前IBM同時推出7款被譽(yù)為“七星劍陣”的PC產(chǎn)品，其中的ThinkPadX22這款超輕超薄型筆記本電腦的高能鋰電池使用時間達(dá)到了5小時。為了滿足用戶的更高的要求，最常用的辦法就是安裝外接鋰電池，如聯(lián)想的筆記本電腦昭陽A820，用戶可以憑借兩塊電池完成8小時無電源的正常工作；日商JVC公司推出標(biāo)準(zhǔn)配備外接大容量鋰電池的迷你迅馳筆記本電腦——InterLink MP-XP7310LL，最長工作時間可達(dá)9.5小時(內(nèi)建鋰電池+外接大容量鋰電池)。安裝外接電源無疑會增加筆記本電腦的重量，攜帶起來就很不方便。
鋰電池在體積和重量的限定下，容量不足是造成筆記本電腦待機(jī)時間短的根本原因。單個鋰電池的容量主要受到電池的正極和負(fù)極材料的極限容量限制。目前普通技術(shù)采用的鋰電池正極材料多為LiCoO2，其實(shí)際比容量只有140mAh/g。負(fù)極材料多為LiC6，其實(shí)際比容量也只有350mAh/g。針對這一情況，研究者提出了用金屬鋰作負(fù)極材料，因?yàn)榻饘黉嚨谋热萘靠蛇_(dá)3860mAh/g。用含硫化合物作正極材料(CN1387271A)，因?yàn)楹蚧衔锏谋热萘孔罡呖蛇_(dá)1500mAh/g。采用這樣的新材料正負(fù)極體系的鋰電池的質(zhì)量比能量和體積比能量大大體高，即所謂的超高比能量的鋰電池(US Patent No.5523179)(US Patent No.228262)。超高比能量的鋰電池由于使用了金屬鋰作負(fù)極材料，適合采用固體電解質(zhì)隔膜或固體聚合物電解質(zhì)隔膜。目前這一類單層隔膜的聚合物電解質(zhì)(J.Power Sources，89，219)(第43回日本電池討論會，3A01)不能完全阻止硫正極在電解質(zhì)中的溶解擴(kuò)散。硫擴(kuò)散到電池負(fù)極會引起副反應(yīng)發(fā)生，導(dǎo)致電池循環(huán)壽命急劇下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服以上技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種新型的聚合物電解質(zhì)材料的單層隔膜，并提供用此種電解質(zhì)隔膜制造超高比能量鋰電池的方法，使用此電池可實(shí)現(xiàn)筆記本電腦一次充電持續(xù)工作8小時這一目標(biāo)，并且電池的循環(huán)壽命可達(dá)200次以上。
本發(fā)明提供的一種聚合物電解質(zhì)單層隔膜及采用此種電解質(zhì)隔膜制造超高比能量鋰電池的方法包括I.聚合物電解質(zhì)隔膜的制造方法本發(fā)明的聚合物電解質(zhì)的特點(diǎn)是，在聚合物電解質(zhì)隔膜中使用有防硫作用的增塑劑，該增塑劑與聚合物基交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起到阻止硫擴(kuò)散的作用。
將50wt.％聚合物基體(氧化聚乙烯(PEO)，或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，或聚丙烯腈(PAN)，或聚偏氟乙烯(PVDF)，或聚偏氟乙烯與六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP))溶于3-4倍質(zhì)量的CH3CN溶劑中。然后，加入5-30wt.％導(dǎo)電鋰鹽(Li(CF3SO2)2N，或LiClO4，或LiAsO6，或LiBF4，或LiPF6，或LiSCN，或LiI，或LiCF3SO3或Li(C2F5SO3)2N)以及10wt.％的納米陶瓷添加劑(TiO2，或A12O3，或BaTiO3，或SiO2，或CaCO3)，充分?jǐn)嚢杌旌闲纬筛唠妼?dǎo)率的電解質(zhì)體系。在以上漿體中加入一種能完全共溶的通式I環(huán)氧樹脂作為厭硫增塑劑，用量為5-35wt.％，充分?jǐn)嚢韫不?小時，將澆注的漿料通以高純氮?dú)?小時以除去溶劑CH3CN，得到的一定厚度的聚合物隔膜，在60℃-100℃真空干燥，交聯(lián)5小時，得到防硫擴(kuò)散作用的電解質(zhì)隔膜。
通式I環(huán)氧樹脂如下 R1，R2，R3，R4為烷基n，m，x為1～20的正整數(shù)本發(fā)明聚合物電解質(zhì)隔膜電到率達(dá)到1.2×10-3Scm-1。
II.用本發(fā)明電解質(zhì)隔膜制造的聚合物鋰電池正極70wt.％硫單質(zhì)正極活性物質(zhì)，15wt.％乙炔黑導(dǎo)電添加劑和15wt.％的PVDF黏結(jié)劑充分研磨混合均勻后，按質(zhì)量比1∶10加入CH3CN溶劑并充分?jǐn)嚢?小時，將漿體涂覆在5微米厚的金屬鋁箔上，隨后在60℃真空干燥5小時后，壓制成120微米厚的復(fù)合正極。
負(fù)極50微米厚的薄金屬鋰片負(fù)極。
將本發(fā)明I的聚合物電解質(zhì)隔膜，復(fù)合正極和薄金屬鋰片負(fù)極通過卷饒封接制備成超高比能量的電池。


圖1是用新型電解質(zhì)隔膜制備的鋰電池的充電曲線。
圖2是用新型電解質(zhì)隔膜制備的鋰電池的放電曲線。
圖3是本發(fā)明的超高比能量電池的充電容量和循環(huán)壽命次數(shù)的關(guān)系圖。
圖4是本發(fā)明的超高比能量電池的放電容量和循環(huán)壽命次數(shù)的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
采用本發(fā)明I的聚合物電解質(zhì)隔膜，按照本發(fā)明II的聚合物鋰電池制造方法所制造的聚合物鋰電池。
電池的主要性能和參數(shù)如下金屬鋰片負(fù)極∶硫單質(zhì)正極＝3∶1 (容量比)正極厚度0.12mm負(fù)極厚度0.05mm聚合物電解質(zhì)隔膜厚度0.06mm充電電壓3.2V放電電壓1.5V充電電流密度200μA/cm2放電電流密度200μA/cm2電池容量3000mAh新型電解質(zhì)隔膜制備的鋰電池的充電曲線如圖1所示，放電曲線如圖2所示，充電容量和循環(huán)壽命次數(shù)的關(guān)系如圖3所示，放電容量和循環(huán)壽命次數(shù)的關(guān)系如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種聚合物電解質(zhì)隔膜，其特征是(1)電解質(zhì)隔膜中含有5-35wt.％的環(huán)氧樹脂厭硫增塑劑；(2)電解質(zhì)隔膜中含有50wt.％的聚合物基；(3)電解質(zhì)隔膜中含有5-30wt.％的導(dǎo)電鋰鹽；(4)電解質(zhì)隔膜中含10wt.％的納米陶瓷；(5)該聚合物膜中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是由上述(1)項(xiàng)中所述的增塑劑和(2)項(xiàng)中所述的聚合物基交聯(lián)形成的。
2.用權(quán)利要求1所述的聚合物電解質(zhì)隔膜制備的筆記本電腦的聚合物鋰電池，其特征是該聚合物鋰電池的聚合物電解質(zhì)隔膜是使用權(quán)利要求1所說的聚合物電解質(zhì)隔膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種聚合物電解質(zhì)隔膜及用該膜制造筆記本電腦超高比能量鋰電池的技術(shù)。聚合物電解質(zhì)隔膜的特點(diǎn)是，該聚合物電解質(zhì)隔膜中使用了一種厭硫增塑劑。聚合物電解質(zhì)膜主要由50wt.％的聚合物基體、5－30wt.％的導(dǎo)電鋰鹽、5－35wt.％的厭硫增塑劑和10wt.％的納米陶瓷添加劑組成。應(yīng)用此聚合物電解質(zhì)膜所制造的超高比容量聚合物鋰電池，能使筆記本電腦持續(xù)工作8小時。
文檔編號H01M10/40GK1556557SQ200310120828
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者李奇, 奇 李 申請人:李奇, 湖南大學(xué), 奇 李