一种凝胶黑芯锂离子电池及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种凝胶黑芯锂离子电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池一般分为液态锂离子电池(LIB)和固态锂离子电池(又称聚合物锂离子电池，PLIB)，液态锂离子电池中由于含有流动的液态有机物，因而存在诸如电池内部短路、电解质泄露等安全隐患；固态锂离子电池用聚合物代替了液体电解质，可以避免电解质的泄露，但是，聚合物电解质的离子电导率比液相电解质的电导率低；而凝胶聚合物锂离子电池能很好地解决这些问题。采用凝胶聚合物电解质的聚合物锂离子电池的工作原理与液态锂离子电池的相同，不同的是聚合物锂离子电池的电解质是将液态有机电解质吸附在聚合物基质上，易于制成超薄型和任意形状的电池，并且在电池外形的设计上更加灵活，可以提高电池的容量密度、增加电池的使用寿命、扩大应用范围。
[0003]但是凝胶聚合物锂离子电池对隔膜的要求较高，隔膜要求具有很好的吸液性能和较高的孔隙率，保证离子的迀移，减少离子迀移的阻力；而采用现有方法制作的隔膜机械强度不高，温度系数大，在室温下隔膜尚可起到电子绝缘的作用，将电芯的正负极分隔开；当温度升高或是电池受到一定的外压作用时，隔膜的机械性能变差，以致无法保持原有隔膜的形状和厚度，可能导致电芯中某些部位的正负极形成短路，引发安全性问题。另外，该类隔膜的微孔是相互贯通的，在电池装配过程中不可避免地会带入微小颗粒，易造成微短路，影响锂离子电池的容量保持能力和使用寿命，也影响隔膜的孔隙率和透气率。
[0004]另外，凝胶聚合物锂离子电池在生产过程中需要使用大量易燃的有机化合物提取增塑剂，增加了大规模生产的难度和制作成本，且延长了生产周期。因此，现有技术有待于改进。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供了一种凝胶黑芯锂离子电池的制备方法，该制备方法工艺简单、生产成本低，且生产周期短；
[0006]本发明的目的之二在于提供该种凝胶黑芯锂离子电池。
[0007]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0008]一种凝胶黑芯锂离子电池的制备方法，包括如下步骤:首先准备材料，制备正极片、负极片、复合隔膜，然后将所述正极片、所述负极片和所述复合隔膜卷绕、封装后制成电芯半成品，随后将电解液灌入所述电芯半成品中进行固化即得；制备所述复合隔膜具体包括如下步骤:
[0009](1)制备聚合物溶液:将高分子聚合物溶解于溶剂中；
[0010](2)将隔膜纸浸泡于聚合物溶液中；
[0011](3)随后将浸泡了聚合物溶液的所述隔膜纸取出后再浸泡于去离子水中；
[0012](4)最后将所述隔膜纸从所述去离子水中取出烘干即得两面形成有高分子聚合物层的所述复合隔膜，所述复合隔膜为黑色或暗灰色。
[0013]相比于现有技术，本发明在制作凝胶黑芯锂离子电池时，特别是在制作复合隔膜时，由于依次将隔膜纸浸泡于聚合物溶液和去离子水中，其制作方法独特，采用聚合物溶液浸渍隔膜，能将隔膜纸上微孔中的微小颗粒(一般为高分子聚合物颗粒)全部浸渍出来；而接着采用去离子水浸泡隔膜纸，能将高分子聚合物溶液中能与水互溶的溶剂与高分子聚合物分离开来，斩断高分子聚合物与溶剂之间的连接，使隔膜纸上排列的致密的高分子聚合物层形成诸多孔洞，形成高孔隙率的高分子聚合物层，与隔膜纸本身的微孔曲折连接，增加复合隔膜的离子传输能力，使得最终制作的胶态黑芯锂离子电池具有较宽的使用温度范围，更长的循环寿命。另外，上述制作方法工艺流程简单，操作成本低，过程易控制，且成本率高等优点。
[0014]较佳地，所述聚合物溶液中还添加有纳米导电管，其中所述纳米导电管可以为碳纳米管。
[0015]较佳地，所述步骤(2)还包括烘干处理，具体为将隔膜纸浸泡于聚合物溶液中处理后，取出在60?90°C烘烤3?10s ;具体地，所述步骤(2)，将所述隔膜浸渍在聚合物溶液中的浸泡时间为30?120秒。
[0016]较佳地，所述固化是对灌注好电解液且封口的电芯加热，然后自然冷却，所述加热温度为80?120°C，加热时间为100?300秒，相对于现有技术，本申请中固化的加热温度低，加热时间短，可以避免高温长时间加热给电池造成的副作用，提高凝胶黑芯锂离子电池的电化学性能。
[0017]具体地，所述高分子聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯晴、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚环氧乙烷、聚醋酸乙烯酯中的一种或几种。
[0018]具体地，所述溶剂为碳酸丙烯酯、环己酮、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、N，N_ 二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺以及邻苯二甲酸二丁酯中的一种或多种。
[0019]具体地，所述聚合物溶液中所述高分子聚合物的质量分数为0.5%?9.5%。
[0020]较佳地，所述高分子聚合物层的厚度为1?8μπι，高分子聚合物层的孔隙率为70%?85% ;相对于现有技术，该高分子聚合物层更薄，孔隙率越大，缩短锂离子运动的距离，降低锂离子电池内的界面内阻，从而改善锂离子电池的电化学性能。
[0021]较佳地，所述步骤(3)中，将所述隔膜浸渍于去离子水中的浸渍时间为60?120秒。
[0022]较佳地，所述步骤(4)中，所述烘干的烘干温度为60?85°C，采用低温烘干，可防止隔膜打卷，高温干燥时，隔膜上的水分流失过快，高分子聚合物层的结构为维持稳定，其团聚力增加，很容易造成隔膜卷曲。
[0023]较佳地，所述隔膜为聚烯烃隔离膜，由聚乙烯和/或聚丙烯组成；所述隔膜层数为η彡1 (η为整数)ο
[0024]—种采用如上所述的制备方法制作的凝胶黑芯锂离子电池，其包括正极片、负极片和复合隔膜卷绕而成的裸电芯和封装所述裸电芯的封塑膜及电解液，其中所述电解液为凝胶聚合物电解液，所述凝胶聚合物电解质灌注于所述封塑膜中，且可与所述裸电芯进行固化，该凝胶聚合物电解液为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯中的一种或多种混合物，其中不含有增塑剂。
[0025]较佳地，所述正极片和所述负极片中的导电剂为纳米导电剂，一般采用碳纳米管，主要是纳米导电剂比传统的导电剂如炭黑等粒径小，能更好的包覆于正极活性物质或负极活性材料的表面，能大大提高分子与分子之间的导电能力，提升锂离子电池充放电性能，满足目前对锂离子电池快充的要求。
[0026]本发明的凝胶黑芯锂离子电池，其电芯中不再含有游离状态的电解液，因而避免了电解液漏液、腐蚀的危害；同时由于正极片、负极片和复合隔膜以及凝胶聚合物电解液之间发生了固化反应，电芯的正极片、复合隔膜和负极片之间紧密粘结在一起，使电芯形成了一个具有一定机械强度的整体，增加了锂离子电池的机械强度；且本发明中的电解液与复合隔膜上的高分子聚合物层能相容，其能促进锂离子在复合隔膜中的传输，使锂离子电池在较宽的温度范围内具有高比能量、长循环寿命和低内压降等良好性能；且本发明中减少了增塑剂的使用，降低了生产难度，提高了生产安全性；除此之外，由于复合隔膜除了如普通电池隔膜那样起到隔离正负极的作用外，其还具有更高的孔隙率，因而其自身还有促进离子传输的特性，而普通隔膜与电解液几乎不相容，离子在隔膜中传输基本靠扩散作用来完成，因此本发明制作的锂离子电池在较宽的温度范围内具有高比能量，长循环寿命和低内压降等良好性能；此外，采用本发明技术方案生产的凝胶黑芯锂离子电池，制备工艺简单、操作成本低，过程易控制、成品率高、安全性高等优点。
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例1和