凝胶电解质、含有该电解质的电芯和纸壳电池及制备方法与流程

本发明属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种凝胶电解质、含有该电解质的电芯和纸壳电池及制备方法。
背景技术：
：随着锂电池技术的不断发展和客户对锂电池的要求不断提高，锂离子电池正在向着更轻、更薄、更高容量的方向发展。自从18650出现之后在锂离子电池领域已经达到了一个巅峰。为了适应生产力的发展，实现在锂离子电池各个领域的充分利用，该领域的研究者们希望从各个方面打破原有的桎梏，于是就有了薄片电池，大功率电池，异型电池等。现有的锂离子电池铝塑膜封边困难容易漏液，且弯折次数低，易破损，与极耳连接处密封性能差，且具有安全性差，比能量不高，电池成本高等缺点。统锂离子电池通过正负极的活性物质、集流体、隔膜、电解液作为载体，通过锂离子在正负极之间的流动来完成电能与化学能之间的转换的。因为有电解液的存在需要一种密封性较好，耐腐蚀的材料作为包装材料，对锂离子电池电芯进行包覆。传统软包锂离子电池采用铝塑膜作为外包装，铝塑膜在通过加热封边过程中容易产生小孔，导致密封性不好，加热过程中会导致铝塑膜内层pp融化，使铝层露出导致短路，且进行封边时易有空隙，封不牢，特别是极耳与铝塑膜连接处，经常出现漏液现象。因此需要一种新型的材料来作为电池的包装材料。在所有的柔性包装材料中，纸制品作为成本最低的包装材料，但若将其应用到锂离子电池制备中，如何有效避免电解液泄漏和腐蚀，即成为迫切需要解决的问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明旨在提出一种凝胶电解质，以克服现有技术的缺陷，既可完成锂离子在正负极之间传输，又可以将正负极隔开防止出现短路现象，同时可降低电池的内阻。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种凝胶电解质，由PVDF-HFP、LiPF6和溶剂按质量比(2.5-3.6)：(0.046-0.106)：(7-13)混合而成；粘度为3000-4500厘泊；所述溶剂为N-甲基吡咯烷和丙酮以质量比7:3混合的混合溶液。优选的，所述PVDF-HFP、LiPF6和溶剂的质量比为3：0.076：10；LiPF6电解液的浓度为1mol/L；粘度为4000厘泊。本发明的第二个目的在于提出一种含有如上所述的凝胶电解质的固体电芯，以应用上述凝胶电解质。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种含有如上所述的凝胶电解质的固体电芯，包括正极片和负极片；所述正极片和负极片之间设有凝胶电解质层；所述正极片和负极片分别紧贴凝胶电解质层的上表面和下表面；所述凝胶电解质层的厚度为20-40μm。本发明的第三个目的在于提出一种含有如上所述的固体电芯的纸壳薄片锂离子电池，以应用上述固体电芯，并提高电池弯折次数。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种含有如上所述的固体电芯的纸壳薄片锂离子电池，包括壳体和封装于其内部的电芯；所述壳体内壁上设有防腐蚀层；所述电芯部分伸出所述壳体；所述壳体材质为不透气纸；所述电芯的正极片包括第一基底和正极浆料层，所述负极片包括第二基底和负极浆料层；所述正极浆料层和负极浆料层均紧贴所述凝胶电解质层；所述第一基底和第二基底的正对所述凝胶电解质层的一侧均一体成型有一极耳，两个极耳均伸出所述壳体；所述两个极耳错位设置。进一步的，所述防腐蚀层厚度为3-20μm；所述防腐蚀层材质为聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯。进一步的，所述壳体壁厚为30-300μm；所述壳体材质为牛皮纸；所述壳体长度和宽度均为50mm。进一步的，所述两个极耳分别位于所述电芯同侧的左右两边；所述极耳形状为矩形；所述极耳的长度为5-10mm，宽度为3-5mm；所述第一基底为铝箔，第二基底为铜箔。本发明的第四个目的在于提出一种制备如上所述的纸壳薄片锂离子电池的方法，以制备上述纸壳薄片锂离子电池。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种制备如上所述的纸壳薄片锂离子电池的方法，包括以下步骤：(1)取一定量的活性物质钴酸锂、导电剂碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯和稀释剂N-甲基吡咯烷酮以质量比(93.2-95):(1.5-1.53):(2.2-2.9):(39-45)混合制成粘度为3900-4100厘泊的正极浆料；优选的，所述活性物质钴酸锂、导电剂碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯和稀释剂N-甲基吡咯烷酮以质量比(93.2-95):(1.5-1.53):2.5:43混合；(2)取一定量的活性物质石墨、导电剂碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯和稀释剂N-甲基吡咯烷酮以质量比(93.5-95.4)：(1-1.02)：(3.0-3.8)：(72-78)混合制成粘度为2900-3100厘泊左右的负极浆料；优选的，所述活性物质石墨、导电剂碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯和稀释剂N-甲基吡咯烷酮以质量比(93.5-95.4)：(1-1.02)：3.4：75混合；(3)将正极浆料均匀地涂在铝箔上，留出极耳的位置，烘干碾压作为正极片；(4)将负极浆料均匀地涂在铜箔上，留出极耳的位置，烘干碾压作为负极片；(5)将所述凝胶电解质均匀地涂于正极片和负极片的各自一个表面，形成凝胶电解质层；(6)将涂有凝胶电解质的正极片和负极片各自涂有凝胶的一面正对热压合成一体，形成电芯；(7)取一片不透气纸，在一面上除四周边沿外均喷涂防腐蚀材料，之后从中间对折使防腐材料处于内部，用不导电胶将其封成袋状，将所述电芯完全放入纸袋中心，用不导电胶封口，将铝箔上的极耳和铜箔上的极耳裸露于纸袋外侧，即可制得纸壳电池。优选的，所述步骤(7)中的不导电胶为环氧树脂、轻质碳酸钙、邻苯二甲酸二丁酯和乙二胺以质量比10:6:1:0.8混合的混合物；所述步骤(6)中热压的温度为90-120℃，压力为0.6-1.4MPa；所述步骤(5)中凝胶电解质需完全覆盖所涂覆的正极片和负极片的表面。优选的，所述步骤(1)中活性物质钴酸锂、导电剂碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯和稀释剂N-甲基吡咯烷酮以质量比为95:1.5:2.5:43混合；所述步骤(2)中活性物质石墨、导电剂碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯和稀释剂N-甲基吡咯烷酮以质量比95.4：1：3.4：75混合；所述步骤(3)中铝箔的长度和宽度均为50mm；所述步骤(4)中铝箔的长度和宽度均为50mm；所述步骤(7)中不透气纸的长度为100mm，宽度为50mm；所述步骤(7)中纸袋的长度和宽度均为50mm。相对于现有技术，本发明所述的一种凝胶电解质具有以下优势：本发明所述的一种凝胶电解质，采用LiPF6和PVDF-HFP结合使用，将其用于锂离子电池中，电解液作用相当于电解液的锂离子传输功能和隔膜的阻隔作用，故既可以完成锂离子在正负极之间传输，又可以将正负极隔开防止出现短路现象，还可以实现与正极片、负极片的高质量粘合，降低电池的内阻。本发明所述的一种含有如上所述的凝胶电解质的固体电芯，将电解液固定在凝胶电解质内，即可实现锂离子在正负极之间传输，又可防止泄露，避免大范围的腐蚀情况发生，同时可降低电芯的厚度，将其用于锂离子电池壳降低整个电池的厚度，进而降低电池内阻，降低电池重量。本发明所述的一种含有如上所述的固体电芯的纸壳薄片锂离子电池，采用不透气纸作为电芯的外包装，并在其与电芯之间设置防腐蚀层，既可提高电池内阻、降低电池重量，提高比容量，又可提高电池的弯折次数，不易损坏，封边容易，还可防止潜在的腐蚀问题发生；此外，将极耳设置成与基底一体成型的形式，既可增加电芯的导电性，降低通过点焊极耳造成的电池内阻和工艺复杂性，又可避免可能的漏液现象，提高电池的安全性，降低电池生产成本。本发明所述的一种制备如上所述的纸壳薄片锂离子电池的方法，通过改变正负极浆料所用的聚合物粘结剂和凝胶电解质层粘结剂的物质(即采用PVDF-HFP作为粘结剂)，可以达到正极层-凝胶层-负极层完美的结合成一体的目的，同时降低了电池的内阻；此外，所述一种制备如上所述的纸壳薄片锂离子电池的方法还具有上述含有如上所述的固体电芯的纸壳薄片锂离子电池相对于现有技术相同优势，在此不再赘述。附图说明图1为本发明实施例1所述的纸壳薄片锂离子电池的主视图；图2为本发明实施例1所述的纸壳薄片锂离子电池的横剖面的简单结构示意图；图3为本发明实施例1所述的纸壳薄片锂离子电池极耳、壳体不导电胶的俯视相对位置图。附图标记说明：1-壳体；2-防腐蚀层；3-电芯；31-正极片；32-凝胶电解质层；33-负极片；4-极耳；5-不导电胶。具体实施方式除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下面结合实施例及附图来详细说明本发明。实施例1一种凝胶电解质，由PVDF-HFP、LiPF6和溶剂按质量比3：0.076：10混合而成；粘度为4000厘泊；所述溶剂为N-甲基吡咯烷和丙酮以质量比7:3混合的混合溶液；LiPF6电解液的浓度为1mol/L。一种含有如上所述的凝胶电解质的固体电芯，包括正极片和负极片；所述正极片和负极片之间设有凝胶电解质层；所述正极片和负极片分别紧贴凝胶电解质层的上表面和下表面；所述凝胶电解质层的厚度为30μm。如图1、图2所示，一种含有如上所述的固体电芯的纸壳薄片锂离子电池，包括壳体1和封装于其内部的电芯3；所述壳体1内壁上设有防腐蚀层2；所述电芯3部分伸出所述壳体1；所述壳体1材质为不透气纸；所述电芯3的正极片31包括第一基底和正极浆料层，所述负极片33包括第二基底和负极浆料层；所述正极浆料层和负极浆料层均紧贴所述凝胶电解质层32；所述第一基底和第二基底的正对所述凝胶电解质层32的一侧均一体成型有一极耳4，两个极耳4均伸出所述壳体1；所述两个极耳4错位设置。所述防腐蚀层2厚度为8μm；所述防腐蚀层2材质为聚丙烯。所述壳体1壁厚为80μm；所述壳体1材质为牛皮纸；所述壳体1长度和宽度均为50mm。所述两个极耳4分别位于所述电芯3同侧的左右两边；所述极耳4形状为矩形；所述极耳4的长度为6mm，宽度为4mm；所述第一基底为铝箔，第二基底为铜箔。一种制备如上所述的纸壳薄片锂离子电池的方法，包括以下步骤：(1)取一定量的活性物质钴酸锂、导电剂碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯和稀释剂N-甲基吡咯烷酮以质量比95:1.5:2.5:43混合制成粘度为4000厘泊的正极浆料；(2)取一定量的活性物质石墨、导电剂碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯和稀释剂N-甲基吡咯烷酮以质量比95.4：1：3.4：75混合制成粘度为3000厘泊左右的负极浆料；(3)将正极浆料均匀地涂在铝箔上，留出极耳的位置，烘干碾压作为正极片；(4)将负极浆料均匀地涂在铜箔上，留出极耳的位置，烘干碾压作为负极片；(5)将所述凝胶电解质均匀地涂于正极片和负极片的各自一个表面，形成凝胶电解质层；(6)将涂有凝胶电解质的正极片和负极片各自涂有凝胶的一面正对热压合成一体，形成电芯；(7)取一片不透气纸，在一面上除四周边沿外均喷涂防腐蚀材料，之后从中间对折使防腐材料处于内部，用不导电胶将其封成袋状，将所述电芯完全放入纸袋中心，用不导电胶封口，将铝箔上的极耳和铜箔上的极耳裸露于纸袋外侧，即可制得纸壳电池，如图3所示。所述步骤(7)中的不导电胶为环氧树脂、轻质碳酸钙、邻苯二甲酸二丁酯和乙二胺以质量比10:6:1:0.8混合的混合物；所述步骤(6)中热压的温度为100℃，压力为0.8MPa；所述步骤(5)中凝胶电解质需完全覆盖所涂覆的正极片和负极片的表面。所述步骤(3)中铝箔的长度和宽度均为50mm；所述步骤(4)中铝箔的长度和宽度均为50mm；所述步骤(7)中不透气纸的长度为100mm，宽度为50mm；所述步骤(7)中纸袋的长度和宽度均为50mm。实施例2一种凝胶电解质，由PVDF-HFP、LiPF6和溶剂按质量比2.5：0.089：11混合而成；粘度为3900厘泊；所述溶剂为N-甲基吡咯烷和丙酮以质量比7:3混合的混合溶液；LiPF6电解液的浓度为1mol/L。一种含有如上所述的凝胶电解质的固体电芯，包括正极片和负极片；所述正极片和负极片之间设有凝胶电解质层；所述正极片和负极片分别紧贴凝胶电解质层的上表面和下表面；所述凝胶电解质层的厚度为35μm。一种含有如上所述的固体电芯的纸壳薄片锂离子电池，包括壳体、和封装于其内部的电芯；所述壳体内壁上设有防腐蚀层；所述电芯部分伸出所述壳体；所述壳体材质为不透气纸；所述电芯的正极片包括第一基底和正极浆料层，所述负极片包括第二基底和负极浆料层；所述正极浆料层和负极浆料层均紧贴所述凝胶电解质层；所述第一基底和第二基底的正对所述凝胶电解质层的一侧均一体成型有一极耳，两个极耳均伸出所述壳体；所述两个极耳错位设置。所述防腐蚀层厚度为12μm；所述防腐蚀层材质为聚四氟乙烯。所述壳体壁厚为150μm；所述壳体材质为牛皮纸；所述壳体1长度和宽度均为50mm。所述两个极耳分别位于所述电芯同侧的左右两边；所述极耳形状为矩形；所述极耳的长度为8mm，宽度为5mm；所述第一基底为铝箔，第二基底为铜箔。一种制备如上所述的纸壳薄片锂离子电池的方法，包括以下步骤：(1)取一定量的活性物质钴酸锂、导电剂碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯和稀释剂N-甲基吡咯烷酮以质量比94:1.51:2.5:43混合制成粘度为3900厘泊的正极浆料；(2)取一定量的活性物质石墨、导电剂碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯和稀释剂N-甲基吡咯烷酮以质量比93.7：1.01：3.4：75混合制成粘度为2950厘泊左右的负极浆料；(3)将正极浆料均匀地涂在铝箔上，留出极耳的位置，烘干碾压作为正极片；(4)将负极浆料均匀地涂在铜箔上，留出极耳的位置，烘干碾压作为负极片；(5)将所述凝胶电解质均匀地涂于正极片和负极片的各自一个表面，形成凝胶电解质层；(6)将涂有凝胶电解质的正极片和负极片各自涂有凝胶的一面正对热压合成一体，形成电芯；(7)取一片不透气纸，在一面上除四周边沿外均喷涂防腐蚀材料，之后从中间对折使防腐材料处于内部，用不导电胶将其封成袋状，将所述电芯完全放入纸袋中心，用不导电胶封口，将铝箔上的极耳和铜箔上的极耳裸露于纸袋外侧，即可制得纸壳电池。所述步骤(7)中的不导电胶为环氧树脂、轻质碳酸钙、邻苯二甲酸二丁酯和乙二胺以质量比10:6:1:0.8混合的混合物；所述步骤(6)中热压的温度为110℃，压力为1.2MPa；所述步骤(5)中凝胶电解质需完全覆盖所涂覆的正极片和负极片的表面。所述步骤(3)中铝箔的长度和宽度均为50mm；所述步骤(4)中铝箔的长度和宽度均为50mm；所述步骤(7)中不透气纸的长度为100mm，宽度为50mm；所述步骤(7)中纸袋的长度和宽度均为50mm。对市面上常见的采用铝塑膜外包的锂离子电池(产品型号187090，)以及实施例1和实施例2中的纸壳薄片锂离子电池的内阻、质量比能量和不泄露的弯折次数分别进行检测，检测结果见下表：名称电池内阻(mΩ)质量比能量(Wh/kg)弯折次数(次)对比例100163500实施例1502106000实施例2602006200以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3