专利名称：塑料薄膜锂离子电池的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种高性能塑料锂离子电池的制造方法，它属于电化学、聚合物化学、新型能源材料及电子产品技术领域。
锂离子电池是90年代脱颖而出的新一代化学电源，具有优异的电性能与无污染的特点，是多种先进的便携式电子产品、电动车辆的理想配套电源。目前，商品化的锂离子电池采用有机溶剂液态电解质。尽管液态电解质能够满足电池性能要求，但也存在着工艺上和应用上的诸多不便。为此，人们一直试图采用固体电解质或聚合物电解质，制备干态锂离子二次电池。法国学者Armand首先提出固体电解质(SPE)并申请了专利(Eur.Pat No.0013199，1978)，SPE材料有着广泛的应用范围，用于电池中其室温电导率一直是问题的关键，早期研究的很多SPE材料如PEO、PAN、PPTA、PEG等的电导率均在10-5Scm-1以下，显然很难适应电池的要求。1995年，美国Bellcore公司申请了塑料锂离子电池的专利(US Pat No.5,460,904，1995)，所采用聚合物电解质的室温电导率可达10-3Scm-1。这种方法制备的要点是在SPE膜中首先加入增塑剂，然后在有机溶剂中抽提，从而形成具有一定微孔结构的薄膜。其生产工艺复杂，难于适应连续化的工业生产。
本发明的目的在于提供一种制备塑料锂离子电池的新方法，该方法避免了目前有关专利中添加增塑剂成膜，继而通过抽提除去增塑剂的成孔方法，使生产工艺大大简化。制得的极片与隔膜在电性能与机械性能等方面均符合要求。
本发明的目的是这样实现的1.工作原理锂离子电池以高电势金属氧化物为正极，低电势贮锂炭材料或金属氧化物为负极，通过锂离子在正、负极之间的嵌脱反应以贮存和释放电能。其基本反应如下正极负极电池反应2.隔膜制造隔膜采用偏氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)的共聚物作为基体，其中VDF的含量在65％-98％(by wt％)之间。先将一定量的该共聚物溶于二甲亚砜、四氢呋喃、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、丙酮、甲乙酮、吡咯烷酮、环己酮、丁酮等中的一种或其中几种的混合物中，形成具有一定粘度的溶液，再加入10％-70％的有机分子添加剂或造孔剂，如樟脑、萘、蒽、菲等或其衍生物，在匀浆机中充分匀浆，然后，用湿网印刷法或涂布法制成厚约5μ-250μ的薄膜，在30-100℃下真空干燥10-48h后即可除去溶剂和造孔剂而得到强度、柔韧性很好的多孔膜。该膜可在空气中长期存放，待组装电池时浸取电解质溶液即可。
3.电极制造正极用LiMn2O4、LiCoO2、或LiNiO2等活性物质粉末与乙炔黑、共聚物、造孔剂按10∶1-5∶1-8∶1-6的比例在有机溶剂中制成浆液，将浆液均匀涂覆于金属箔或金属网上，在同样的条件下制备正极膜。
负极采用石墨或焦炭与乙炔黑、共聚物、造孔剂按10∶1-3∶1-8∶1-8的比例在有机溶剂中制成浆液，将浆液均匀涂覆于金属箔或金属网上，在同样的条件下制备负极膜。
4.电池装配将正、负极极片与聚合物隔膜在50-100℃滚压成三层一体化的复合膜片，在此膜片中注入电解液并干燥形成干态薄膜电池，根据应用要求可将干态薄膜电池裁剪加工成不同形状与尺寸的锂离子电池。
与已有技术相比，采用本发明的塑料锂离子电池的制造方法具有以下几个显著特点。
1.避免了一般塑料锂离子电池制备的抽提过程，保证了连续化、规模化工业生产的需要。
2.可实现超薄型、可绕性和电池设计的灵活性。
3.可通过串并联装配成具有多种电压和容量的超薄电池组。
4.所制造电池有较高的比能量(110wh/kg)且增长了其循环寿命。
5.所用粘结剂和隔膜均为同一种材料，各组成部分间兼容性好，稳定性高。
图1是本发明方法制备的塑料锂离子电池的结构示意图。
图中1、正极集流体(金属箔或金属网)2、正极活性层3、隔膜4、负极活性层5、负极集流体(金属箔或金属网)。
图2是本发明方法制备的塑料锂离子电池在0.5C放电率下的放电曲线。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例隔膜的制备取24g共聚物加入1200ml二甲亚砜中，再加入6g樟脑，匀浆后用湿网印刷法制膜。然后在80℃下抽真空干燥即得干态隔膜。
负极膜的制备取10g共聚物加入1200ml二甲亚砜中，先形成具一定粘度的溶液，再加入140g石墨、20g乙炔黑、12g樟脑。匀浆后，在制膜机上定厚0.15mm。将浆液均匀涂覆于铜箔上，在80℃下抽真空干燥。
正极膜的制备取10g共聚物加入1200ml二甲亚砜中，先形成具一定粘度的溶液，再加入130gLiMn2O4粉末、35g乙炔黑、12g樟脑。用同样的方法，定厚0.35mm在铝箔上制备正极膜。
电池的装配将上述正、负极膜片与聚合物隔膜在60℃滚压成三层一体化的复合膜片，在此膜片中注入电解液并干燥形成干态薄膜电池，根据应用要求可将干态薄膜电池裁剪加工成不同形状与尺寸的锂离子电池。
权利要求
1.一种新型的塑料锂离子电池的制造方法。其特征在于该方法包括如下步骤1.1将共聚物溶于有机溶剂中形成聚合物溶液，加入用量为溶液量10-70％的有机分子添加剂，充分匀浆后采用湿网印刷法或涂布法制成5-250μm厚的薄膜，在30-100℃下真空干燥得到隔膜；1.2按LiMn2O4、LiCoO2或LiNiO2粉末∶乙炔黑∶共聚物∶造孔剂的比例为10∶1-5∶1-8∶1-6在有机溶剂中制成均匀浆液料，将浆液涂覆在金属箔或金属网上于30-100℃下真空干燥，得到正极膜；1.3按石墨或焦炭∶乙炔黑∶共聚物∶造孔剂按10∶1-3∶1-8∶1-8的比例在有机溶剂中匀浆后，将浆液涂覆在金属箔或金属网上于30-100℃下真空干燥，得到负极膜；1.4将正、负极膜片与聚合物隔膜复合成三层一体化的膜片，在此膜片中注入电解液并干燥形成干态薄膜电池，根据应用要求裁剪加工成不同形状与尺寸的锂离子电池。
2.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于聚合物为偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物，其中六氟丙烯的重量百分含量在2％-45％，聚合度在2000-50000。
3.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的有机溶剂为二甲亚砜、四氢呋喃、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、丙酮、甲乙酮、吡咯烷酮、环己酮、丁酮中的一种或其中几种的混合物。
4.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的有机分子添加剂为樟脑、萘、蒽、菲或其衍生物中的一种或几种。
全文摘要
本发明公开了一种新型塑料锂离子电池的制备方法,它是以同一种聚合物作为电极与隔膜的骨架网络,通过在聚合物溶液中溶入适当大小的有机分子,利用溶剂与添加剂分子的相互作用,在正负极极片与隔膜的成膜过程中直接得到具有合适微结构的膜片。将此法所制极片与隔膜复合后,注入适量的电解质溶液,即成为干态塑料锂离子电池薄膜。根据应用要求,可将锂离子电池薄膜裁剪加工成不同形状或尺寸的锂离子电池。
文档编号H01M10/38GK1241041SQ9811362
公开日2000年1月12日 申请日期1998年7月8日 优先权日1998年7月8日
发明者杨汉西, 董全峰, 艾新平 申请人:武汉大学