凝胶电解质膜、凝胶聚合物锂离子电池及其制备方法,及电动车的制作方法_3

文档序号:9930595阅读:来源:国知局
表面活性添加剂可选自但不受限于:氟表面活性剂(FS-3100)、润湿剂(Dynol 607)、润湿剂(Dynol 980)、润湿剂(Enviro Gem360)、羧甲基纤维素钠盐(CMC-Na)、硫酸脂 盐类(如丙烯腈-ETOM橡胶-苯乙烯共聚物(AES)表面活性剂、硫酸酯钠、脂肪醇聚氧乙烯醚 (AE0-9))、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)、 1-十二烷基氮杂环庚烷-2-酮以及各类含氟类表面活性添加剂等中的一种或几种。所述表 面活性添加剂的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比进一步为:〇.001%~48%、3%~ 46%、4.6%~46.5%、8.6%~42.3%、9.6%~38.5%、11 %~36.6%、12%~35.8%、37% ~42.5%、12%~20.3%或42.5 %~50 %等,在本发明一些更优的实施例中,所述表面活性 添加剂的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比具体可为:〇.001%、0.007%、0.016%、 0.023%、0.031%、0.041%、0.065%、0.0985%、0.21%、0.49%、0.85%、0.97%、1%、 2.3%、4.4%、5.7%、5.9%、6.1%、7.3%、8.6%、9.3%、10.2%、11.6%、12.4%、13.3%、 14.7%、15.8%、16.5%、17.1%、17.9%、18.2%、18.5%、20.9%、23.5%、26.4%、29.1%、 30%、33.5%、37.6%、38.9%、42.2%、46%、47.3%、48.9% 或 50%。
[0093]所述相分离液可选自但不受限于:乙烷、甲苯、苯、四氯乙烯、四氯乙烷、环己烷及 其混合物等中的一种或几种。所述相分离液的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比进一 步为:0.001%~48.1%、3%~46.5%、5.1%~44.2%、8.6%~42.1%、10.3%~37.5%、 11.8%~35.6%、12.9%~34.2%、18.5%~32.7%、35.7%~42.6%或27.8%~50%等, 在本发明一些更优的实施例中,所述相分离液的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比具 体可为:〇.〇〇1%、〇.〇〇7%、0.016%、0.023%、0.031%、0.041%、0.065%、0.0985%、 0.21%、0.49%、0.85%、0.97%、1%、2.3%、3.5%、4.4%、6.8%、7.3%、8.4%、8.7%、 10.5%、11.9%、12.4%、14.8%、15.6%、15.9%、16.2%、17.7%、18.2%、19.6%、20.4%、 21.6%、22.7%、24.8%、29.3%、30.5%、32.6%、34.2%、35.8%、36.7%、39.1%、41.5%、 42.8%、43.6%、45.8%、46.9%、48.9%、51.9%、55.6%、57.7%、58.2% 或 60%。
[0094 ]所述抗氧化剂可选自但不受限于抗氧剂1010、抗氧剂16 8、抗氧剂10 7 6、抗氧剂 B900、抗氧剂3114、抗氧剂1098及抗氧剂245等中的一种或几种的混合物。在本发明中一些 较优的实施例中,所述抗氧化剂的用量占所述凝胶电解质前驱体的质量比进一步为: 0.001%~18%、0.0022%~15%、0.01%~11%、0.04%~9%、0.07%~8.6%、0.1%~ 3.4%或1%~3%等,在本发明一些更优的实施例中,所述抗氧化剂的用量占所述凝胶电解 质前驱体的质量比具体可为:0.001%、0.024%、0.01%、0.041%、0.056%、0.07%、0.1%、 0.13%、0.21%、0.54%、0.8%、1%、5%、8.2%、10.1%、13.4%、15.6%、17.8%、18.1%、 19.6%或 20%。
[0095]在本发明一些较优的实施例中,所述凝胶电解质膜的制备过程可以在惰性气体保 护的环境中进行,也可以在干燥空气存在的环境中进行。
[0096]上述步骤S2中,包括将上述步骤S1制备获得的凝胶电解质前驱体涂覆于所述正极 极片的至少一表面和/或所述负极极片的至少一表面,涂覆时间为Is~48h;
[0097]所述步骤S2进一步包括将所述正极极片与所述负极极片进行叠片组装或卷绕组 装并焊接极耳,得到锂离子电池含驻液的凝胶电解质的裸电芯。
[0098] 所述正极极片与所述负极极片材料的选择如上所述,在此不在赘述。
[0099] 在本发明一些实施例中,采用涂覆机在所述正极极片和/或所述负极极片的至少 一个表面上均勾涂覆一层膜厚为20M1~lOOwii的所述凝胶电解质前驱体。如在一些实施例 中,可在所述负极极片的两侧表面,所述正极极片。所述负极极片的两侧表面上均涂覆所述 凝胶电解质前驱体。更进一步地,上述的涂覆操作是在-〇.9Mpa~IMPa气压下,在惰性气体 或干燥空气中,反应的温度为_l〇°C~30°C时,在所述正极极片和/或所述负极极片的至少 一个表面上原位生长一层厚度为10M1~50wii的所述凝胶电解质膜。所述凝胶电解质膜与所 述正极极片和/或所述负极极片表面的粘附性较好,且其界面相容性好。
[0100] 其中,在所述正极极片和/或所述负极极片的至少一个表面上原位生长的所述凝 胶电解质膜的厚度可根据涂覆的次数、涂覆的时间进行调整,如涂覆次数多且涂覆时间较 长,则原位生长获得的所述凝胶电解质膜的厚度则较厚、涂覆的次数可根据所述获得的凝 胶电解质膜的电化学性能决定,如可为1次、2次、3次、4次、5次,在此不受限定。
[0101] 在本发明另外的一些实施例中,将所述凝胶电解质前驱体进行涂覆操作,还可为 将所述正极极片和/或所述负极极片浸入所述凝胶电解质前驱体中,使凝胶电解质膜原位 生长在所述正极极片和/或所述负极极片的至少一个表面上。
[0102] 在本发明一些较优的实施例中,所述凝胶电解质前驱体中含有挥发性物质,在涂 覆过程中,所述凝胶电解质前驱体中的部分挥发性物质(如有机溶剂)挥发,从而发生相分 离过程。在上述步骤S2的涂覆过程中,凝胶电解质前驱体均匀原位生长在所述正极极片和/ 或所述负极极片的表面,并形成具有一定厚度及多孔网状结构的凝胶电解质膜。由于所述 正极极片及所述负极极片表面为多孔结构,在本发明中,所述正极极片和/或所述负极极片 表面及原位生长在其表面的所述凝胶电解质膜之间具有较好的界面相容性,从而可有效降 低极片表面的界面阻抗作用。提高电池的循环性能。
[0103] 本发明第二实施例提供另一种凝胶电解质膜的制备方法,其与本发明第一实施例 的区别在于:所述在上述步骤S2之前,还进一步包括如下步骤:
[0104] 步骤P1,制备所述正极极片与所述负极极片的浸润活化液:
[0105] 将表面活性添加剂、成膜添加剂等与增塑剂按一定的比例配制成浸润活化液。
[0106] 在本发明一些较优的实施例中,根据所述正极极片与所述负极极片的材料不同, 选择不同的表面活性添加剂、成膜添加剂,进一步地,可根据压实密度、活化静置时间的不 同选择不同的湿润添加剂。其中,制成所述正极极片及所述负极极片的浸润活化液包括如 下配比的组分:
[0107] 表面活性添加剂:0? 001 %~60 %;
[0108] 成膜添加剂:0.001%~20%;及
[0109] 增塑剂:1 %~90 %。
[0110] 在本发明一些较优的实施例中,在上述步骤P1,所述浸润活化液可根据所述正极 极片与所述负极极片的材料的特殊要求进行调整,并调配出相应的正极浸润活化液及负极 浸润活化液。
[0111] 上述所述正极极片的浸润活化液及所述负极极片的浸润活化液的组分中表面活 性添加剂、成膜添加剂及增塑剂,可选用如上所述组成凝胶电解质前驱体的所述表面活性 添加剂、成膜添加剂及增塑剂,其可选用的类型及适用的范围均与所述凝胶电解质前驱体 中所述表面活性添加剂、成膜添加剂及增塑剂中相同,因此,在此不再赘述。
[0112] 其中,上述制备所述正极极片的浸润活化液与制备所述负极极片的浸润活化液的 先后顺序不做限定。
[0113]步骤P2,对所述正极极片与所述负极极片进行浸润活化处理:
[0114]将正极极片与负极极片进行裁切、高温除水处理后,将所述正极极片与所述负极 极片浸入上述步骤P1中的制备获得的所述浸润活化液中,浸泡活化时间为Is~2h。
[0115] 在本发明一些较优的实施例中,在上述步骤P2,所述正极极片与所述负极极片可 根据最终制备的凝胶聚合物锂离子电池的形状进行裁切。
[0116] 在本发明上述的步骤P1与步骤P2中,具体需要根据所采用的所述正极极片及所述 负极极片的压实密度、孔隙率合理设定浸泡液浓度和浸润时间,让所述浸润活化液(如所述 正极浸润活化液与所述负极浸润活化液)快速渗透到所述正极极片材料及所述负极极片材 料中,并使所述正极极片材料及所述负极极片材料达到浸润活化程度。在一些较优的实施 例中,通过上述步骤P2处理过的所述正极极片与所述负极极片的表面无液态浸润液残留, 将浸泡完成的极片进行保存,并等待进行下一步骤的操作。
[0117] 在本发明中,通过上述步骤P2中对所述正极极片与所述负极极片进行浸润活化清 洗操作,可以将极片表面的活动颗粒,粉尘等杂质有效除去,同时还可以改善所述正极极 片、所述负极极片与所述凝胶电解质前驱体的界面性能,减小界面阻抗,提高电池的循环与 倍率性能。
[0118] 本发明第三实施例提供一种凝胶电解质膜,所述凝胶电解质膜采用本发明第一实 施例及第二实施例中所提供的凝胶电解质膜制备方法,其中,所述凝胶电解质膜至少利用 所述凝胶电解质前驱体在电极片的至少一表面上形成;所述凝胶电解质前驱体包括液态混 合物A与液态混合物B,所述液态混合物A包括高分子聚合物基体与有机溶剂,所述液态混合 物B包括锂盐、增塑剂及添加剂。
[0119] 所述凝胶电解质膜为多孔网状结构,所述凝胶电解质膜的孔径为50nm~2mi。其 中,在本发明一些较优的实施例中,所述凝胶电解质膜的膜厚可优选为l〇Mi~21wii、22iim~ 29um、29iim ~37um、37iim ~43ym 或 43ym ~50iim,还可进一步具体限定为 10_、11 ? 5_、13 ? 2y m、14 ? 1顧、15 ? 4顧、15 ? 7um、16 ? Oum、16 ? 3um、16 ? 7um、17 ? lum、17 ? 5um、19 ? 3um、21 ? 7顧、23 ? 4u m、25?9um、27?6um、29?0]im、30?lum、31?6um、32?5um、33?8um、34.9um、35?7um、36?lum、36?7u m、37.8]im、38.4]im、39.6]im、39.9]im、40. lum、41.2]im、42.5]im、43.6]im、44.7]im、48.6]im、48.9]i m、49 ? 5um、50 ? Ounio
[0120] 所述凝胶电解质膜的电解液驻留量为40%_95%,所述电解液驻留量的大小与所 述凝胶电解质膜的膜厚及孔径大小有关。所述电解液驻留量越高,则所述凝胶电解质膜对 电解液的吸收性能越好。
[0121] 本发明的第四实施例提供一种凝胶聚合物锂离子电池的制备方法,其包括如下步 骤:
[0122] 步骤H,制备凝胶电解质前驱体;
[0123] 步骤T2,至少利用所述凝胶电解质前驱体在至少一正极极片和/或至少一负极极 片上形成凝胶电解质膜,以制备凝胶聚合物锂离子电池裸电芯;及
[0124] 步骤T3,将所述凝胶聚合物锂离子电池裸电芯制成所需的凝胶聚合物锂离子电 池。
[0125] 所述的步骤T2中包括:将所述凝胶电解质前驱体涂覆于所述正极极片和/或所述 负极极片的至少一表面上并原位生长形成凝胶电解质膜;所述凝胶电解质前驱体包括液态 混合物A与液态混合物B,所述液态混合物A包括高分子聚合物基体与有机溶剂,所述液态混 合物B包括锂盐、增塑剂及添加剂。
[0126] 在本发明一些较优的实施例中,上述的步骤T3进一步包括将步骤T2中的凝胶聚合 物锂离子电池电芯进行外壳封装处理。其中,所述的外壳封装方式主要包括纽扣电池封装、 软包电池封装、钢壳封装等。上述的步骤S3进一步包括将封装好的电芯经过静置,化成,整 形,除气得到所需凝胶聚合物锂离子电池。
[0127] 所述的凝胶电解质膜的制备方法中,上述步骤T1之后及上述步骤T2之前,进一步 包括如下步骤:
[0128] 步骤Q1,制备所述正极极片的浸润活化液及所述负极极片的浸润活化液;及
[0129] 步骤Q2,对所述正极极片及所述负极极片分别放入所述正极极片的浸润活化液及 所述负极极片的浸润活化液中进行浸润活化处理,浸泡活化时间为Is~2h。
[0130] 以所述正极极片的浸润活化液或所述负极极片的浸润活化液的总质量为100%, 所述正极极片的浸润活化液或所述负极极片的浸润活化液包括如下组分:
[0131] 表面活性添加剂:0.001 %~60% ;成膜添加剂:0.001 %~20%;及增塑剂:1%~ 90% 〇
[0132] 其中,关于上述表面活性添加剂、成膜添加剂及增塑剂的类型及其用量的限定如 本发明第一实施例与第二实施例中相同,在此不再赘述。
[0133] 在本发明一些实施例中,所述正极极片的浸润活化液及所述负极极片的浸润活化 液还可在上述步骤T1之前进行。
[0134] 本发明的第五实施例提供一种凝胶聚合物锂离子电池,所述凝胶聚合物锂离子电 池包括至少一正极极片、至少一负极极片及至少一
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