一种凝胶态锂离子电池及其制备方法与流程

本发明属于锂离子电池领域，具体地说，涉及一种凝胶态锂离子电池及其制备方法。

背景技术：

锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长等优点，是近年来发展最快，前景最为看好的二次电池，已广泛应用于智能手机、平板电脑、数码相机、电动玩具、电子导航仪等。近年来，锂离子电池在新能源汽车、通信基站、军事、航空航天等领域也得到了较为广泛的应用。

目前量产的锂离子电池基本都使用液态电解液，电池由正极、负极、隔膜、液态电解液与外壳组成。由于液态电解液存在漏液、界面持续副反应产气、电解液易燃、循环消耗电解液等缺陷，所以各国一致认为下一代锂离子电池将是能量密度和安全性能更好的全固态电池。全固态电池可以抑制锂枝晶，所以可以使用能量密度远远高于当前石墨的、且电位更低的金属锂作为负极，也更能适应材料的体积变化，故而固态电池在能量密度、安全性能、高温性能、循环性能上具有极大的优势，正负极活性物质可选择的材料更为广泛，是公认的最具前景的二次电池。但全固态电池电极与电解质的界面接触较差，离子电导率低，目前技术尚不成熟。而介于液态电池和全固态电池之间的凝胶电池，综合了两者的优势，产业化技术难关基本被攻克，已处于商品化的初期，是极具潜力的下一代锂离子电池。

凝胶电池目前主要有三种技术：bellcore技术，即pvdf-hfp萃取技术；pvdf隔膜涂胶技术；现场聚合技术。前两者都存在工艺复杂，成本高，电解液包裹性不强等缺陷，目前最为可行是现场聚合技术。

现场聚合技术主要是在液态电解液中添加引发剂和单体聚合物，然后在一定条件下单体聚合物在电芯内部聚合，液态电解液被紧密包裹在聚合物的三维网络中，不存在漏液腐蚀风险；极片、隔膜与凝胶电解液界面接触紧密，电芯各项性能优异，安全性显著提高，成本更低。但目前的聚合过程中会产生气体杂质，无法清除水分，从而影响聚合的纯度，以至于致使电解液的包裹不全，包裹能力不强，影响电池的使用性能。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种凝胶态锂离子电池及其制备方法，通过在凝胶电池液态电解液聚合过程中持续保持高真空环境，可以有效去除空气中的氧气对单体所起的阻聚作用，能够大大缩短单体聚合的反应时间，提高生产效率。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明一方面提供一种凝胶态锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，将电池的正极、负极、隔膜装配成卷芯体，卷芯体装入设有开口的外壳中得到电芯，并干燥除水；

步骤s2，通过开口将液态电解液注入电芯内部，静置一段时间后放入密闭容器内；

步骤s3，开始加热聚合反应，在聚合反应加热到40-60℃时，将密封容器内部抽真空，并保持负真空状态继续进行聚合反应；

步骤s4，完成聚合反应后，化成、分容，即得到凝胶态的锂离子电池。

进一步地，所述液态电解液包括多官能引发剂、环状聚合物、新型功能化聚合物等单体聚合物。

进一步地，所述步骤s2中注入电解液的电芯静置12h-24h。

进一步地，所述步骤s3中负真空的真空度为-99kpa～101kpa。

本发明另一方面提供一种凝胶态锂离子电池，以上述凝胶态锂离子电池的制备方法制备而成。

具体地，将凝胶电池的正极、负极、隔膜装配成卷芯体，卷芯体装入外壳并干燥除水，然后再注入含多官能引发剂、以及环状聚合物、新型功能化聚合物等单体聚合物的液态电解液，外壳开口静置12-24h待电解液浸润电极和隔膜。将外壳开口的电池放入一密封容器内，开始加热聚合反应，加热温度在40-60℃，此时在密闭容器内抽真空，真空度抽到-99kpa至-101kpa并持续保持，将容器环境中的水分、氧气、反应产生的气体抽出。通过高真空聚合技术，可以将聚合时间由原来的12-36h缩短至2h以下，且生成的聚合物聚合度更大，对电解液的包裹能力更强，纯度更高。电解液聚合后，电池按正常工序化成分容，即得到凝胶态的锂离子电池。该技术可以有效地提升凝胶电池的生产效率和性能。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明通过在凝胶电池液态电解液聚合过程中持续保持高真空环境，可以有效去除空气中的氧气对单体所起的阻聚作用，能够大大缩短单体聚合的反应时间，提高生产效率；真空环境可以使反应环境彻底封闭，去除聚合过程中产生的气体杂质以及可能存在的水分，杜绝杂质影响聚合的纯度；在高真空环境下，通过抽出缩聚反应产生的气体小分子，促进反应向正方向进行，可以增加所生成聚合物的聚合度(分子量)，让聚合物三维网络对电解液的包裹能力更强，接近全固态电池的水平。

本发明通过过引入高真空聚合技术，有效地提高了电解液聚合过程的效率以及聚合产物的性能，对于凝胶电池的产业化而言，是一项非常实用的技术。

本操作方法简单、成本低，可以有效地提升凝胶电池的生产效率和电池性能，实用性强，有利于设备推广应用。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为本发明电解液聚合示意图；

图2为本发明真空聚合装置示意图。

图中：1-电解质；2-引发剂；3-单体聚合物；4-真空聚合；5-聚合后三维网状结构；6-聚合过程密封容器；7-电池外壳开口处；8-电池；9-抽真空。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1、图2所示，本实施例所述的一种凝胶态锂离子电池的制备方法，将凝胶电池的正极、负极、隔膜装配成卷芯体，装入外壳并干燥除水，得到了电池8，然后再注入含多官能引发剂2、以及单体聚合物3的液态电解液，外壳开口7静置12h待电解液浸润电极和隔膜。将外壳开口7的电池8放入一密封容器6内，开始加热聚合反应，加热温度在40℃，此时在密闭容器6内抽真空9，真空度抽到-99kpa并持续保持，将容器6环境中的水分、氧气排出，将电池8内的反应气体从电池外壳开口处于排出。通过高真空聚合4技术，可以将聚合时间由原来的12-36h缩短至2h以下，且生成的聚合物5聚合度更大，对电解液的包裹能力更强，纯度更高。电解液聚合5后，电池按正常工序化成分容，即得到凝胶态的锂离子电池。

实施例二

如图1、图2所示，本实施例所述的一种凝胶态锂离子电池的制备方法，将凝胶电池的正极、负极、隔膜装配成卷芯体，装入外壳并干燥除水，得到了电池8，然后再注入含多官能引发剂2、以及单体聚合物3的液态电解液，外壳开口7静置24h待电解液浸润电极和隔膜。将外壳开口7的电池8放入一密封容器6内，开始加热聚合反应，加热温度在60℃，此时在密闭容器6内抽真空9，真空度抽到-101kpa并持续保持，将容器6环境中的水分、氧气排出，将电池8内的反应气体从电池外壳开口处于排出。电解液聚合5后，电池按正常工序化成分容，即得到凝胶态的锂离子电池。

本发明通过在凝胶电池液态电解液聚合过程中持续保持高真空环境，可以有效去除空气中的氧气对单体所起的阻聚作用，能够大大缩短单体聚合的反应时间，提高生产效率；真空环境可以使反应环境彻底封闭，去除聚合过程中产生的气体杂质以及可能存在的水分，杜绝杂质影响聚合的纯度；在高真空环境下，通过抽出缩聚反应产生的气体小分子，促进反应向正方向进行，可以增加所生成聚合物的聚合度(分子量)，让聚合物三维网络对电解液的包裹能力更强，接近全固态电池的水平。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。