专利名称：胶态聚合物电解质、胶态电极、胶态锂离子电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及胶态锂离子电池用胶态聚合物电解质、胶态电极以及胶态聚合物电解质、胶态电极和胶态锂离子电池的生产方法。采用胶态聚合物电解质或者胶态电极制备的锂电池不仅保持体积小、比能量高、安全可靠、循环性能好等优点，还避免了电解液的渗漏损失。
背景技术：
锂离子电池由于满足了便携式电子产品对高比能量、小型化和清洁能源的要求，近一二十年得到了飞速的发展，现在锂离子电池已广泛应用于手机、笔记本电脑和计算机存储备份等的电源，这引起了人们的极大关注。
新型的锂离子电池大多采用碳材料作为电池的负极，电解液采用有机电解液，这样制得的锂离子电池具有体积小、比能量高、安全可靠和体积外观任意可变等优点。但是此类电池普遍存在的一个问题是，电池在使用的过程中电解液的可能会发生泄漏或损失，从而影响电池的循环性能。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种胶态聚合物电解质、胶态电极以及胶态聚合物电解质、胶态电极的制备方法。
本发明的第二个目的是提供一种胶态锂离子电池及其制备方法。
本发明的胶态聚合物电解质由两层组成，一层是胶态电解质隔膜层，一层是固态的电解质隔膜层。
上述胶态聚合物电解质制备时可以选取聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚氯丙烯，六氟丙烯，聚氧乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚四氟乙烯中的至少一种，即可以是一种或几种的混合物，制得固态隔膜；在聚六氟丙烯，聚(六氟丙烯-偏1，1二氟乙烯)，聚氧乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚四氟乙烯中选取的至少一种，在干燥或真空条件下溶解或分散于电解液或溶剂中，并涂敷于固态隔膜上得到胶态聚合物电解质。高分子材料用量为1克时，锂离子电池用电解液0.5-20毫升，溶剂量为0-50毫升，也可以电解液直接作为溶剂。
上述胶态聚合物电解质制备时将固态隔膜的高分子材料至少一种溶解或分散于溶剂中，浓度范围是0.02-10克/ml，得到高分子溶液，将高分子溶液涂敷并烘干，得到固态隔膜。
再将制备胶态隔膜的高分子材料至少一种在干燥或真空条件下溶解或均匀分散于电解液或溶剂，高分子材料的含量为1克时，电解液用量0.5-20毫升，溶剂用量为0-50毫升。将得到的高分子溶液涂敷于固态隔膜上，即得到胶态聚合物电解质。
上述溶剂可以是混合溶剂，混合溶剂可以任意比例内调节，平均等分也可以。多种高分子材料混合可以任意比例内调节，平均等分也可以。
上述胶态聚合物电解质中固态隔膜厚度0.1-100μm，胶态隔膜厚度为1.2-200μm。
本发明的胶态电极由两层构成，一层是胶态电解质隔膜层，一层是电极。胶态电解质隔膜层的厚度为0.2-200μm。
本发明的电极制备时可以选取聚六氟丙烯，聚(六氟丙烯-偏1，1二氟乙烯)，聚氧乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚四氟乙烯中选取的至少一种，在干燥或真空条件下溶解或分散于电解液或溶剂中，将得到的高分子溶液直接涂敷于正极或者负极的极片上，在干燥或真空条件下略微加热，得到具有胶态电解质隔膜层的电极。
为了实现本发明的第二个目的，将制得的胶态聚合物电解质插入正极和负极的极片之间，得到如图1所示结构的胶态锂离子电池单元，然后把上述的锂离子电池单元一个或几个结构单元的串联单元插入电池外壳，得到胶态锂离子电池。
本发明的第二个目的也可以通过如下方式实施，在制得的带有胶态电解质的正极和负极极片之间，插入制得的固态隔膜，得到如图1所示结构的胶态锂离子电池单元，然后把上述锂离子电池单元一个或几个结构单元的串联单元插入电池外壳，得到胶态锂离子电池。
本发明的胶态聚合物电解质及胶态电极制备工艺简单，易于工业化实施，该类电解质及电极不仅具有优良的机械性能，且保持了电解液的能力和高的离子电导率。本发明所涉及锂离子电池的特征是具有胶态电解质隔膜层，它具有保持电解液的优良特性。通过简单的制备方法和生产工艺可得到所要求的不同形状、厚度和容量的锂离子电池，并且避免了在电池充放电过程中电解液的泄漏，改善了循环性能，解决了长期以来困扰胶态锂电池发展的难题。
参照附图，通过具体实施例的描述，本发明的优势会更加明显图1是胶态聚合物电解质和电池单元结构的示意图。图1中1，2，3，4，5，6分别为正极集流体，正极，胶态隔膜层，固态聚合物隔膜层，负极，负极集流体。
图2是采用本发明所述方法制得的胶态锂离子电池在0.2倍率充放电电流条件下的特性曲线图。
图3是是采用本发明所述方法制得的胶态锂离子电池在1倍率充放电电流条件下的循环曲线图。
具体实施例方式
通过下面的实施例来描述本发明，但本发明并不仅限于此。
实施例1在干燥条件下把1摩尔每升六氟磷酸锂的碳酸甲乙酯和碳酸乙烯酯的电解液和乙腈混合，各25毫升。称取1克的聚丙烯腈分散于50毫升上述混合液中，得到均一的溶液后涂敷在制得的1μm聚丙烯的固态隔膜上，然后在干燥的条件下加热挥发乙腈，胶态隔膜厚10μm。得到聚合物胶态电解质，把这种电解质插入正极和负极片之间，正极的组成为钴酸锂，聚六氟丙烯，导电剂乙炔黑；负极的组成为石墨和聚六氟丙烯，得到胶态锂离子电池的单元，把相同的8个单元串联，然后放入电池壳中，封装，制得锂离子胶态电池。
实施例2在干燥条件下把含有1摩尔每升六氟磷酸锂的碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的电解液和溶剂四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮混合，电解液和溶剂各5毫升。称取1克的聚(六氟丙烯-偏1，1二氟乙烯)和聚丙烯腈各半溶解于10毫升上述混合液中，得到均一的溶液后涂敷在制得的80μm厚的含有聚丙烯和聚乙烯的固态隔膜上，然后在干燥的条件下加热挥发溶剂，胶态隔膜厚150μm，得到聚合物胶态电解质，把这种电解质插入正极和负极片之间，正极的组成为钴酸锂，聚六氟丙烯，导电剂乙炔黑；负极的组成为石墨，聚六氟丙烯，得到胶态锂离子电池的单元，把相同的8个单元串联，然后放入电池壳中，封装，制得锂离子胶态电池。混合溶剂各半。
实施例3在干燥条件下把含有1摩尔每升高氯酸锂的碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯和碳酸亚乙酯的电解液和溶剂四氢呋喃、丙酮混合，混合溶剂比为0.1∶0.9，电解液、溶剂各0.5毫升。称取1克的聚(六氟丙烯-偏1，1二氟乙烯)和聚甲基丙烯酸甲酯(两聚合物比例为0.1∶0.9)溶解于1毫升上述混合液中，得到均一的溶液后涂敷在制得的50μm的聚乙烯的固态隔膜上，然后在干燥的条件下加热挥发溶剂，得到聚合物胶态电解质，胶态隔膜厚80μm。把这种电解质插入正极和负极片之间，正极的组成为锰酸锂，聚聚四氟乙烯，导电剂乙炔黑；负极的组成为石墨，聚四氟乙烯，得到胶态锂离子电池的单元，把相同的8个单元串联，然后放入电池壳中，封装，制得锂离子胶态电池。
实施例4在干燥条件下把含有1摩尔每升六氟磷酸锂的碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的电解液50毫升，称取1克的聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈(两者比例为0.6∶0.7)，加热溶解或分散于上述混合液中，得到均一的溶液后涂敷在正极和负极片上，正极的组成为锰酸锂，聚六氟丙烯，导电剂乙炔黑；负极的组成为石墨，聚六氟丙烯，得到带有胶态电解质的正极和负极极片，把制得的聚丙烯的固态隔膜插入到正极和负极极片之间，得到胶态锂离子电池的单元，把相同的10个单元串联，然后放入电池壳中，封装，制得锂离子胶态电池。
实施例5在干燥条件下把含有1摩尔每升六氟砷酸锂的溶剂四氢呋喃和丙酮混合，混合溶剂比例0.6∶0.7，称取1克的聚六氟丙烯溶解于1毫升上述混合溶剂，得到均一的溶液后涂敷在正极和负极片上，加热挥发溶剂，在干燥的条件下把得到正极和负极片浸入电解液，得到带有胶态电解质的正极和负极极片，正极的组成为钴酸锂，聚四氟乙烯，导电剂乙炔黑；负极的组成为石墨，聚四氟乙烯，得到带有胶态电解质的正极和负极极片，把制得的聚丙烯的固态隔膜插入到正极和负极极片之间，得到胶态锂离子电池的单元，把相同的2个单元串联，然后放入电池壳中，封装，制得锂离子胶态电池。
权利要求
1.一种胶态聚合物电解质，所述电解质有两层构成，其特征是一层为胶态电解质隔膜层，一层为固态的电解质隔膜层。
2.根据权利要求1所述的胶态聚合物电解质，其特征是胶态隔膜中含有锂离子电池用的电解液和高分子材料，高分子材料选自聚六氟丙烯，聚(六氟丙烯-偏1，1二氟乙烯)，聚氧乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚四氟乙烯中的至少一种；所述溶剂选自丙酮，四氢呋喃，乙醇，N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮，二甲基亚砜，邻苯二甲酸二丁酯中，乙腈的至少一种，当高分子材料为1克时其它各组分的含量范围为锂离子电池用电解液0.5-20毫升；溶剂0-50毫升或者使用电解液直接作为溶剂。
3.根据权利要求1所述的胶态聚合物电解质，其特征是固态隔膜中含有聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚氯丙烯，六氟丙烯，聚氧乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚四氟乙烯中的至少一种。
4.一种胶态聚合物电解质的制备方法，其特征是胶态聚合物电解质的制备工序如下(a)将权利要求3所述的材料中的至少一种溶解或分散于溶剂中，高分子溶液的浓度范围为0.02-10克/ml，得到高分子溶液的工序；(b)将上述高分子溶液涂敷并烘干，得到权利要求3所述的固态隔膜的工序；(c)将权利要求2所述的高分子材料中的至少一种在干燥或真空条件下溶解或均匀分散于电解液或溶剂，高分子材料的含量在权利要求2所述的范围内，将得到的高分子溶液涂敷于4.(b)得到的固态隔膜上，得到胶态聚合物电解质的工序。
5.根据权利要求4的所述的胶态聚合物电解质的制备方法，其特征是在工序(b)中得到的固态隔膜，其厚度为0.1-100μm。
6.根据权利要求4的所述的胶态聚合物电解质的制备方法，其特征是在工序(c)中得到的胶态聚合物电解质隔膜厚度为1.2-200μm。
7.一种胶态电极，所述电极有两层构成，其特征是一层为胶态电解质隔膜层，厚度为0.1-200μm，一层为电极。
8.根据权利要求7的所述的胶态电极，其特征是该电极的制备方法是将权利要求2所述的高分子材料中的至少一种在干燥或真空条件下溶解或均匀分散于电解液或溶剂，高分子材料的含量在权利要求2所述的范围内，将得到的高分子溶液涂敷于直接涂敷于正极或者负极的极片上，在干燥或真空条件下略微加热，得到具有胶态电解质隔膜层的电极。
9.一种胶态锂离子电池的制备方法，其特征是制备工序如下(a)根据权利要求4所述的隔膜制备方法所得到的胶态聚合物电解质插入正极和负极的极片之间，得到如图1所示结构的胶态锂离子电池单元的工序；(b)工序(a)制得的锂离子电池单元一个或几个结构单元的串联插入电池外壳，得到胶态锂离子电池。
10.根据权利要求9所述的胶态锂离子电池的制备方法，其特征是(a)将得到的带有正极和负极的胶态隔膜，在正极和负极中插入根据权利要求4.(b)工序中得到的固态隔膜，得到如图1所示结构的胶态锂离子电池单元的工序；(b)将上述得到的锂离子电池单元一个或几个结构单元的串联单元插入电池外壳，得到胶态锂离子电池。
全文摘要
本发明涉及胶态锂离子电池用胶态聚合物电解质、胶态电极以及胶态聚合物电解质、胶态电极和胶态锂离子电池的生产方法。现有技术存在电解液的渗漏，影响电池的循环性能。本发明的胶态聚合物电解质是一种含有锂离子电池用电解液并具有一定自支撑性能的高分子材料隔膜；胶态电极是含有胶态电解质隔膜层的的电极。采用胶态聚合物电解质或者胶态电极制备的锂电池不仅保持体积小、比能量高、安全可靠、循环性能好等优点，还避免了电解液的渗漏损失。本发明制备工艺简单，易于实现，具有良好的应用前景。
文档编号H01M4/00GK1481047SQ0311601
公开日2004年3月10日 申请日期2003年3月27日 优先权日2003年3月27日
发明者江志裕, 王涛, 王志伟, 付春水, 万传云, 李正葆, 熊朝寿, 吴美远 申请人:复旦大学, 福建南平南孚电池有限公司, 重庆万光电源股份有限公司