專利名稱：一種柔軟型聚合物鋰電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔軟型聚合物鋰電池及其制備方法，特別是涉及一種由鍍鋁碳纖維布和鍍銅碳纖維布分別作為正極集流體和負(fù)極集流體的柔軟型聚合物鋰電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰電池作為一種優(yōu)秀的能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的器件，已經(jīng)在人們生產(chǎn)和生活中的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。鋰電池按其結(jié)構(gòu)可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池。液 態(tài)鋰離子電池由于使用液態(tài)電解質(zhì)，容易產(chǎn)生漏夜等危險(xiǎn)。而且液態(tài)鋰電池大多采用鋁殼或者鋼殼進(jìn)行外包裝，使得電池的形狀非常固定化，能量密度受到嚴(yán)重限制。在液態(tài)鋰離子電池基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的聚合物鋰電池，正好能在性能上彌補(bǔ)傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的缺憾。首先，由于采用鋁塑復(fù)合膜軟包裝，相對(duì)于采用鋁殼等硬包裝的傳統(tǒng)電池而言，不容易爆炸，具有更高的安全性。其次，聚合物鋰電池更輕、更薄、容量更大。第三，聚合物鋰電池可以設(shè)計(jì)成任意形狀，具有非常好的柔韌性。第四，由于聚合物鋰電池電解質(zhì)采用固狀或凝膠狀物質(zhì)，不會(huì)泄漏，因而減少了污染。但是，正是由于聚合物鋰電池使用金屬鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行包裝，導(dǎo)致電池機(jī)械性能和抗沖擊能力較弱，產(chǎn)生了巨大的安全隱患。本發(fā)明的目的是克服上述技術(shù)困難，采用具有強(qiáng)抗沖擊能力的鍍鋁碳纖維布和鍍銅碳纖維布分別作為正極集流體和負(fù)極集流體，為聚合物鋰電池抵御外來(lái)沖擊提供了又一防線，大大提高了聚合物鋰電池的機(jī)械性能和安全性倉(cāng)泛。檢索專利發(fā)現(xiàn)，還沒有發(fā)現(xiàn)采用同類型鍍鋁碳纖維布和鍍銅碳纖維布作為鋰電池集流體的相關(guān)專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種柔軟型聚合物鋰電池，另一個(gè)目的在于提供一種柔軟型聚合物鋰電池的制備方法，其聚合物鋰電池具有抗沖擊能力強(qiáng)、柔韌性好、安全性高以及循環(huán)壽命好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種柔軟型聚合物鋰電池，包括正極極片、負(fù)極極片、復(fù)合聚合物膜以及外包裝鋁塑膜；其特征在于正極極片包含正極活性材料、正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑和正極集流體，其中正極活性材料、正極粘結(jié)劑和正極導(dǎo)電劑三者形成的混合物均勻的涂覆于正極集流體表面；所述負(fù)極極片包含負(fù)極活性材料、負(fù)極粘結(jié)劑、負(fù)極導(dǎo)電劑和負(fù)極集流體，其中負(fù)極活性材料、負(fù)極粘結(jié)劑和負(fù)極導(dǎo)電劑三者形成的混合物均勻的涂覆于負(fù)極集流體表面；所述復(fù)合聚合物膜具有三層結(jié)構(gòu)，中間層為薄膜基體材料、兩側(cè)外層膜由聚合物材料和無(wú)機(jī)粉末添加劑制備而得。所述的正極極片中的正極活性材料包括LiMn204、Li (Ni。. 333MnQ. 333CoQ. 333) O2和LiCoO2 ;正極粘結(jié)劑包括聚偏氟乙烯、羥丙基甲基纖維素、羥基丁苯；正極導(dǎo)電劑包括乙炔黑、納米碳纖維、碳納米管；正極集流體為鍍鋁碳纖維布，是由碳纖維布和鍍鋁層組成。所述負(fù)極極片中的負(fù)極的活性材料包括人造石墨、Li4Ti5O12、硅碳復(fù)合材料；負(fù)極粘結(jié)劑包括聚偏氟乙烯、羥丙基甲基纖維素、羥基丁苯；負(fù)極導(dǎo)電劑包括乙炔黑、納米碳纖維、碳納米管；負(fù)極集流體為鍍銅碳纖維布，是由碳纖維布和鍍銅層組成。所述復(fù)合聚合物膜中的中間層薄膜基體材料包括聚丙烯、聚乙稀和無(wú)紡布；所述聚合物材料包括聚 偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯；所述無(wú)機(jī)粉末添加劑包括二氧化娃、二氧化錯(cuò)和三氧化二招。一種柔軟型聚合物鋰電池的制造方法，其特征在于包括如下步驟
a)正極極片的制備
將85、5#. %正極活性材料、3 7#. %正極粘結(jié)劑和2飛%正導(dǎo)電劑溶于N-甲基吡咯烷酮中，充分?jǐn)嚢?，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料涂于由厚度為O. 2^2mm的碳纖維布和厚度為O.廣2. 5μπι的鍍鋁層組成的鍍鋁碳纖維布集流體上，8(T120°C真空干燥后即得到正極極片；
b)負(fù)極極片的制備
將87、3#. %負(fù)極活性材料、5 8#. %負(fù)極粘結(jié)劑和2 5#. %負(fù)極導(dǎo)電劑溶于N-甲基吡咯烷酮中，充分?jǐn)嚢?，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料涂于由厚度為O. 2^2mm的纖維布和厚度為O. f I. 5μπι的鍍銅層組成的鍍銅碳纖維布集流體上，8(T120°C真空干燥后即得到負(fù)極極片。)復(fù)合聚合物膜的制備
將聚合物材料和無(wú)機(jī)粉末添加劑按照重量比(0.5 1.5) :I溶于丙酮溶液中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌均勻后在密閉容器中靜止，直至形成凝膠狀；將該凝膠狀物體采用流延法涂于薄膜基體材料的兩側(cè)，8(T130°C烘干后用乙醇溶液對(duì)其進(jìn)行萃取，8(T130°C再次烘干后得復(fù)合聚合物膜；
d)柔軟型聚合物鋰電池的制備
將由c)所得到的復(fù)合聚合物膜、由a)所得到的正極極片和由b)所得到的負(fù)極極片按照?qǐng)D4的方式進(jìn)行層疊，通過金屬鋁塑料復(fù)合膜進(jìn)行包裝后，在手套箱中注入適量電解液IMol -Γ1 LiPF6 (體積比EC =DMC=I :1)。對(duì)金屬鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行熱壓封裝，得柔軟型聚合物鋰電池。本發(fā)明的積極效果是該柔軟性聚合物鋰電池質(zhì)量輕、具有抗沖擊能力強(qiáng)、安全性能高、機(jī)械性能高、能量密度高和柔軟性好的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為正極極片結(jié)構(gòu)示意圖，其中“I”是碳纖維布，“2”是鍍鋁層，“3”是由碳纖維布和鍍鋁層所組成的鍍鋁碳纖維布，“4”是由正極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑所制備的正極材料。圖2為復(fù)合聚合物膜結(jié)構(gòu)示意圖，其中“5”是中間層聚合物基體材料，“6”是由聚合物材料和無(wú)機(jī)粉末添加劑制備的外層膜。圖3為負(fù)極極片結(jié)構(gòu)示意圖，其中“I”是碳纖維布，“7”是鍍銅層，“8”是由碳纖維布和鍍銅層所組成的鍍銅碳纖維布，“9”是由負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑所制備的負(fù)極材料。圖4為柔軟型聚合物鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖，其中“ 10 ”是正極極片，“ 11”是復(fù)合聚合物膜，“ 12”是負(fù)極極片，“ 13”是金屬鋁塑復(fù)合膜。
具體實(shí)施例方式在下述的具體事例描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以及便提供對(duì)本發(fā)明更為深刻的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征為進(jìn)行描述。實(shí)施例I :
正極極片的制備
將90#.% LiMn2O4,6ri. %聚偏氟乙烯和4仏％乙炔黑溶于N-甲基吡咯烷酮中，充分?jǐn)嚢?，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料涂于由厚度為O. 3mm的碳纖維布I和厚度為
0.2 μ m的鍍鋁層2組成的鍍鋁碳纖維布3集流體上，120°C真空干燥后即得到正極極片；
負(fù)極極片的制備
將90#. %人造石墨、5#. %聚偏氟乙烯和5#. %乙炔黑溶于N-甲基吡咯烷酮中，充 分?jǐn)嚢?，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料涂于由厚度為O. 3mm的纖維布和厚度為O. 12 μ m的鍍銅層組成的鍍銅碳纖維布集流體上，IOO0C真空干燥后即得到負(fù)極極片。復(fù)合聚合物膜的制備
將聚偏氟乙烯和二氧化硅按照重量比O. 6 1溶于丙酮溶液中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌均勻后在密閉容器中靜止，直至形成凝膠狀；將該凝膠狀物體采用流延法涂于聚丙烯隔膜的兩側(cè)，IOO0C烘干后用乙醇溶液對(duì)其進(jìn)行萃取，IOO0C再次烘干后得復(fù)合聚合物膜；柔軟型聚合物鋰電池的制備
將復(fù)合聚合物膜、正極極片和負(fù)極極片按照?qǐng)D4的方式進(jìn)行層疊，通過金屬鋁塑料復(fù)合膜進(jìn)行包裝后，在手套箱中注入電解液IMol · Γ1 LiPF6 (體積比EC =DMC=I :1)。對(duì)金屬鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行熱壓封裝，得柔軟型聚合物鋰電池。實(shí)施例2
正極極片的制備
將85#. % Li (Nia 333Mna 333Coa 333) O2、7# . %輕丙基甲基纖維素和8# . %納米碳纖維溶于N-甲基吡咯烷酮中，充分?jǐn)嚢?，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料涂于由厚度為Imm的碳纖維布和厚度為I. 2 μ m的鍍鋁層組成的鍍鋁碳纖維布集流體上，IOO0C真空干燥后即得到正極極片；
負(fù)極極片的制備
將93#. % Li4Ti5O12,5ri. %羥丙基甲基纖維素和2wt. %納米碳纖維溶于N-甲基吡咯烷酮中，充分?jǐn)嚢?，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料涂于由厚度為Imm的纖維布和厚度為
1.2 μ m的鍍銅層組成的鍍銅碳纖維布集流體上，80°C真空干燥后即得到負(fù)極極片。復(fù)合聚合物膜的制備
將聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化鋯添加劑按照重量比I. 5 1溶于丙酮溶液中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌均勻后在密閉容器中靜止，直至形成凝膠狀；將該凝膠狀物體采用流延法涂于聚乙稀隔膜的兩側(cè)，80°C烘干后用乙醇溶液對(duì)其進(jìn)行萃取，80°C再次烘干后得復(fù)合聚合物膜；
柔軟型聚合物鋰電池的制備
將復(fù)合聚合物膜、正極極片和負(fù)極極片按照?qǐng)D4的方式進(jìn)行層疊，通過金屬鋁塑料復(fù)合膜進(jìn)行包裝后，在手套箱中注入電解液IMol · Γ1 LiPF6 (體積比EC =DMC=I :1)。對(duì)金屬鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行熱壓封裝，得柔軟型聚合物鋰電池。實(shí)施例3
正極極片的制備 將95#. % LiCoO2,3ri. %羥基丁苯和2時(shí)· %碳納米管溶于N-甲基吡咯烷酮中，充分?jǐn)嚢?，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料涂于由厚度為2mm的碳纖維布和厚度為2. 5μπι的鍍鋁層組成的鍍鋁碳纖維布集流體上，80°C真空干燥后即得到正極極片；
負(fù)極極片的制備
將87#.%硅碳復(fù)合材料、8#.%羥基丁苯和5#.%碳納米管溶于N-甲基吡咯烷酮中，充分?jǐn)嚢?，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料涂于由厚度為2mm的纖維布和厚度為
I.5 μ m的鍍銅層組成的鍍銅碳纖維布集流體上，120°C真空干燥后即得到負(fù)極極片。復(fù)合聚合物膜的制備
將聚氯乙烯和三氧化二鋁按照重量比O. 5 :1溶于丙酮溶液中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌均勻后在密閉容器中靜止，直至形成凝膠狀；將該凝膠狀物體采用流延法涂于無(wú)紡的兩側(cè)，130°C烘干后用乙醇溶液對(duì)其進(jìn)行萃取，130°C再次烘干后得復(fù)合聚合物膜；
柔軟型聚合物鋰電池的制備
將復(fù)合聚合物膜、正極極片和負(fù)極極片按照?qǐng)D4的方式進(jìn)行層疊，通過金屬鋁塑料復(fù)合膜進(jìn)行包裝后，在手套箱中注入電解液IMol · Γ1 LiPF6 (體積比EC =DMC=I :1)。對(duì)金屬鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行熱壓封裝，得柔軟型聚合物鋰電池。
權(quán)利要求
1.一種柔軟型聚合物鋰電池，包括正極極片、負(fù)極極片、復(fù)合聚合物膜以及外包裝鋁塑膜；其特征在于正極極片包含正極活性材料、正極粘結(jié)劑、正極導(dǎo)電劑和正極集流體，其中正極活性材料、正極粘結(jié)劑和正極導(dǎo)電劑三者形成的混合物均勻的涂覆于正極集流體表面；所述負(fù)極極片包含負(fù)極活性材料、負(fù)極粘結(jié)劑、負(fù)極導(dǎo)電劑和負(fù)極集流體，其中負(fù)極活性材料、負(fù)極粘結(jié)劑和負(fù)極導(dǎo)電劑三者形成的混合物均勻的涂覆于負(fù)極集流體表面；所述復(fù)合聚合物膜具有三層結(jié)構(gòu)，中間層為薄膜基體材料、兩側(cè)外層膜由聚合物材料和無(wú)機(jī)粉末添加劑制備而得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柔軟型聚合物鋰電池，其特征在于所述的正極極片中的正極活性材料包括LiMn204、Li (Nia 333Mna 333Coa 333)O2和LiCoO2 ;正極粘結(jié)劑包括聚偏氟乙烯、羥丙基甲基纖維素、羥基丁苯；正極導(dǎo)電劑包括乙炔黑、納米碳纖維、碳納米管；正極集流體為鍍鋁碳纖維布，是由碳纖維布和鍍鋁層組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柔軟型聚合物鋰電池，其特征在于所述負(fù)極極片中的負(fù)極的活性材料包括人造石墨、Li4Ti5O12、硅碳復(fù)合材料；負(fù)極粘結(jié)劑包括聚偏氟乙烯、羥丙基甲基纖維素、羥基丁苯；負(fù)極導(dǎo)電劑包括乙炔黑、納米碳纖維、碳納米管；負(fù)極集流體為鍍銅碳纖維布，是由碳纖維布和鍍銅層組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柔軟型聚合物鋰電池，其特征在于所述復(fù)合聚合物膜中的中間層薄膜基體材料包括聚丙烯、聚乙稀和無(wú)紡布；所述聚合物材料包括聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯；所述無(wú)機(jī)粉末添加劑包括二氧化硅、二氧化鋯和三氧化二鋁。
5.一種柔軟型聚合物鋰電池的制造方法，其特征在于包括如下步驟 a)正極極片的制備 將85、5#. %正極活性材料、3 7#. %正極粘結(jié)劑和2飛%正導(dǎo)電劑溶于N-甲基吡咯烷酮中，充分?jǐn)嚢?，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料涂于由厚度為0. 2^2mm的碳纖維布和厚度為0. f 2. 5 的鍍鋁層組成的鍍鋁碳纖維布集流體上，8(T120°C真空干燥后即得到正極極片； b)負(fù)極極片的制備 將87、3#. %負(fù)極活性材料、5 8#. %負(fù)極粘結(jié)劑和2 5#. %負(fù)極導(dǎo)電劑溶于N-甲基吡咯烷酮中，充分?jǐn)嚢?，直至形成粘稠狀漿料；再將該漿料涂于由厚度為0. 2^2mm的纖維布和厚度為0. f I. 5 的鍍銅層組成的鍍銅碳纖維布集流體上，8(T120°C真空干燥后即得到負(fù)極極片； c)復(fù)合聚合物膜的制備 將聚合物材料和無(wú)機(jī)粉末添加劑按照重量比(0.5 1.5) :I溶于丙酮溶液中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌均勻后在密閉容器中靜止，直至形成凝膠狀；將該凝膠狀物體采用流延法涂于薄膜基體材料的兩側(cè)，8(T130°C烘干后用乙醇溶液對(duì)其進(jìn)行萃取，8(T130°C再次烘干后得復(fù)合聚合物膜； d)柔軟型聚合物鋰電池的制備 將由c)所得到的復(fù)合聚合物膜、由a)所得到的正極極片和由b)所得到的負(fù)極極片按照?qǐng)D4的方式進(jìn)行層疊，通過金屬鋁塑料復(fù)合膜進(jìn)行包裝后，在手套箱中注入適量電解液IMol I/1 LiPF6 (體積比EC =DMC=I : I);對(duì)金屬鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行熱壓封裝，得柔軟型聚合物鋰電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔軟型聚合物鋰電池及其制備方法，其特征在于聚合物電池包括由鍍鋁碳纖維布作為集流體的正極極片、由鍍銅碳纖維布作為集流體的負(fù)極極片、由復(fù)合聚合物電解質(zhì)膜作為正負(fù)極極片之間的隔離物，采用鋁塑膜進(jìn)行外包裝。其具有抗沖擊能力強(qiáng)、安全性能高、機(jī)械性能高和柔軟性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK102738469SQ20121023880
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者姜濤, 安宇鵬, 張克金, 林革, 王丹, 王金興, 榮常如, 魏曉川 申請(qǐng)人:中國(guó)第一汽車股份有限公司