一种凝胶态聚合物锂电池制备方法及电池技术

本发明专利技术涉及一种凝胶态聚合物锂电池制备方法及电池。关键在于其负极活性物质为硅碳或/和氧化亚硅，或硅碳或/和氧化亚硅与碳材料或/和钛酸锂混合或/和融合形成的材料；往电芯内注入含有功能添加剂和聚合物单体的电解液，经过活化和热压聚合，使电解液在充分浸润的同时发生聚合形成凝胶态，并将正极极片、负极极片和隔膜粘附在一起，使电芯形成整体，其中隔膜由高分子涂覆层或陶瓷涂覆层制成的。本发明专利技术的凝胶态聚合物理电池在显著提高电池能量密度的同时还能缓解或消除极片的膨胀效应带来的性能恶化，防止电芯鼓胀或变形，提高电池的综合性能和循环寿。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂电池领域，具体地，本专利技术涉及一种凝胶态聚合物锂电池制备方法及电池。
技术介绍
随着新能源产业的不断发展，锂离子电池作为绿色、环保的新能源电池已经得到了异常迅速的发展。随着锂电池应用领域的扩展，人们对电池的能量密度提出了更高的要求。在现有的锂离子电池中，使用最为广泛的是以石墨为负极体系的电池，由于该体系中石墨本身的理论嵌锂容量较低，仅为372mAh/g，且仅通过改进电池设计结构和制造工艺也难以提高能量密度，因此需要更高比能量的负极活性材料。硅的理论容量为4200mAh/g (Li22Si5),是碳类材料理论容量的11倍还多，而且硅作为一种能与锂合金化的材料，具有嵌锂电位低于锂的析出电位，一方面可以极大提高电池的能量密度，同时也提高了高倍率充电下的安全性。但是硅基负极材料在充放电过程中存在体积变化大(体积膨胀大于300%)，导致硅基材料颗粒破裂粉化，与导电网络脱离，内阻急剧增加，容量迅速衰减，循环性能差的缺陷。由于硅基材料的这些缺陷的存在，在现有的液态锂电池中，采用普通聚乙烯、聚丙烯隔膜和少量添加剂的液态电解液，硅基材料的膨胀效应在电池体系中无法抑制，电池在充放电过程中，整体膨胀和变形现象较为严重，极片的膨胀导致SEI膜的不断破坏和修补，导致电池首次效率低、循环性能较差，从而限制了其在锂离子电池中的应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种凝胶态聚合物锂电池的制备方法，以改善硅基材料作为锂电池负极材料存在的体积膨胀大，首次效率低和循环性能差的缺陷，充分发挥其优异的安全性能和倍率性能，提高电池的整体能量密度。为实现本专利技术的目的，本专利技术包括以下内容: 所述凝胶态聚合物锂电池制备方法包括:注入含有功能添加剂和聚合物单体的电解液；经过活化和热压聚合，使电解液在充分浸润的同时发生聚合形成凝胶态，将正极、负极和隔膜粘附在一起，制备出一个电芯整体。本专利技术所述的凝胶态聚合物锂电池制备方法包括以下步骤: (1)制备正极极片和负极极片，负极极片中负极活性物质为硅碳或/和氧化亚硅，或硅碳或/和氧化亚硅与碳材料或/和钛酸锂混合或/和融合形成的材料，正极极片中的正极活性物质为锂的过渡金属化合物； (2)电芯的制备，将所得的正极极片、负极极片和隔膜通过卷绕或者叠片的方式制备成电芯，将电芯通过热封装的方式封装于铝塑膜内，并在外包装上设有开口和气囊，将封装好的电芯置于烤箱内烘烤，除掉电芯内部的水分；(3)注入电解液，将含有功能添加剂和聚合物单体的液态电解液通过开口注入电芯内，对所述铝塑膜抽真空使液态电解液吸附在电芯上，后进行真空热封装封口，将电池气囊朝上； (4)活化，将所述经过常温静置后的电芯放入烤箱内进行活化处理，活化温度为30°C?120°C，使电解液内的聚合物单体随着液态电解液的吸附更好的分散于正极极片、负极极片和隔膜的孔隙中，同时使部分聚合物单体在液态电解液内发生聚合； (5)热压聚合，将所述电芯进行热压处理，使液态电解液发生再次的聚合，形成凝胶态聚合物电解质，同时将正极极片、负极极片和隔膜粘附在一起，使电芯形成一个整体。优选地，所述正极极片中活性物质的含量为75?99wt%，负极极片中负极活性物质的含量为75?99wt%，优选为85?98wt%。优选地，所述锂的过渡金属化合物为钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍酸锂、锰酸锂、富锰镍酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂或硅酸锰锂中的I种或至少2种的组合。优选地,所述碳材料为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的I种或至少2种组合。优选地，所述硅碳或/和氧化亚硅与碳材料或/和钛酸锂的混合或/和融合材料中，硅碳或/和氧化亚硅的含量为0.5?95.0 wt%，例如0.8%, 1.2%, 2.0%、3.5%、5.0%、6.5%、8.5%, 10.5%、12.5%, 16.5%, 22.0%、28.5%, 34.5%,40.5%,46.5%,52.0%、63.5%,75.5%,84.5%或94.5%等，进一步优选为1.0?60.0 wt% ;特别优选为3.0?50.0 wt%。优选地，所述隔膜为含有聚丙烯、聚乙烯材质的单层，双层复合，三层复合隔膜中的一种或以此为基体的高分子、陶瓷涂覆层隔膜中的一种；进一步优选为含有聚丙烯、聚乙烯材质的高分子涂覆层或陶瓷涂覆层隔膜。优选地，所述隔膜上的高分子涂覆层的高分子材料包括聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的至少一种；所述隔膜上的陶瓷涂覆层的陶瓷材料包括铝氧化物、锆氧化物、硅氧化物、钛氧化物中的至少一种。优选地，所述隔膜的厚度为4?50 μ m ;进一步优选为6?40 μ m ;特别优选为8?35 μ m0优选地，所述电解液由溶剂、锂盐、功能添加剂和聚合物单体组成；优选地，所述电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲异丙酯、Y-丁内酯、碳酸丁烯酯、碳酸二丁酯、碳酸甲丁酯或碳酸二丙酯中的I种或至少2种的组合；优选地，所述电解液锂盐为LiBOB、LiPF6, LiClO4, LiCF3S03、LiN(CF3SO2)、LiAsF6中的I种或至少2种的组合；优选地，所述电解液中锂盐浓度为0.5?2.5mol/L。优选地，电芯封口后常温静置2?48h,进一步优选为4?24h。优选地，所述电解液的功能添加剂为碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸内酯、环己基苯、亚硫酸亚乙酯、邻苯二甲酸酐、亚硫酸丁烯酯、N，N’- 二甲基三氟乙酰胺、联苯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、Y- 丁内酯、碳酸丙烯酯、1，4_ 丁烷磺酸内酯、有机硅烷、冠醚、氟代硼酸酯或氟代硼烷中的I种或至少2种的组合；进一步优选为所述添加剂中的一种为碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯或氟代碳酸乙烯酯；优选地，所述电解液的聚合物单体为聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚环氧丙烷、丙烯酸甲酯中的至少一种。优选地，所述的活化方式为将注液后的电芯放置于烤箱内进行电解液的分散和热聚合，所述烤箱的温度为30°C?120°C，进一步优选为45°C?100°C;优选地，所述分散和热聚合时间为0.5h?48h，进一步优选为2 h?24h。优选地，所述的热压聚合温度为30°C?120°C，进一步优选为45°C?100°C，特别优选为60°C?80°C。优选地，所述热压聚合时间为30s?12h，进一步优选为60s?8h，特别优选为80s ?6h。优选地,所述施加在电芯表面的压力为0.5?10kg/cm2,进一步优选为I?8kg/cm2,特别优选为2?6kg/cm2 ； 优选地，所述热压聚合过程后，进行化成、除气封边、分容和整形，得到所述凝胶态聚合物锂电池。本专利技术的目的之二在于提供一种凝胶态聚合物锂电池，其由本专利技术所述方法制备。优选地，所述凝胶态聚合物锂电池的使用电压范围为2.5?4.8V。与现有技术相比，本专利技术制备方法制备的凝胶态聚合物锂电池，具有以下优势: (I)通过本专利技术公开的方法可有效的将高容量的硅碳、氧化亚硅中的一种或两种，或硅碳、氧化亚硅中的一种或两种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝胶态聚合物锂电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备正极极片和负极极片，负极极片中负极活性物质为硅碳或/和氧化亚硅，或硅碳或/和氧化亚硅中与碳材料或/和钛酸锂混合或/和融合形成的材料；正极极片中的正极活性物质为锂的过渡金属化合物；（2）将（1）中所述的正极极片、负极极片和隔膜通过卷绕或者叠片的方式制备成电芯，所述电芯封装于铝塑膜内，所述铝塑膜设有一开口，将封装好的电芯烘烤；（3）将含有功能添加剂和聚合物单体的液态电解液通过所述开口处注入所述的电芯内，封闭所述开口；（4）将所述的电芯进行30℃～120℃活化处理；（5）将所述电芯进行热压聚合处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成，闫慧青，陈春天，任建国，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司，惠州市贝特瑞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44