一种凝胶锂电池的制备工艺制造技术

本发明专利技术适用于锂电池制备技术领域，提供了一种凝胶锂电池的制备工艺，采用正极极片和负极极片在含有凝胶材料、纳米陶瓷粉、分散剂、溶剂和阻燃添加剂的混合溶液中浸涂的方式在正极极片和负极极片表面形成浆料涂层，涂层经真空烘烤后形成凝胶薄膜，取代现有技术中的锂电隔膜，能够提高电池的能量密度。复合正极极片和复合负极极片卷绕成电芯并注入电解液后，通过阻燃添加剂在电解液中的自溶解和萃取的方式，既形成多维孔隙，保证锂离子在凝胶薄膜中的通道，又制得含有阻燃添加剂的电解液，能够提升电池的安全性能。复合正极极片和复合负极极片表面的凝胶薄膜在高温高压下化成自交联，形成良好的反应界面，保证锂离子在凝胶薄膜中的离子电导率。的离子电导率。的离子电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种凝胶锂电池的制备工艺


[0001]本专利技术属于锂电池制备
，尤其涉及一种凝胶锂电池的制备工艺。

技术介绍

[0002]目前锂电池行业内的固态电池分为全固态聚合物电池和半固态聚合物电池，固态聚合物电解质的研究是实现塑料化薄膜锂离子电池的技术核心。
[0003]全固态聚合物电池一般以锂盐、溶剂以及经过掺杂改性或共聚共混的树脂塑料通过提取法或倒相法制备出固态电解质隔膜，然后放置在锂电池电极之间作为凝胶态电解质薄膜，再经过常规电池工序制得。也可以通过添加增塑剂或填料形成凝胶电解液质隔膜。全固态聚合物电解质用于全固态聚合物电池，具有以下优点：没有液体成分，避免有机电解质泄露、有毒等问题，电池可以制成全固态，而且可以用低压材料来包装密封；所用聚合物电解质具有较好的机械加工性能，可以将电池制作成任意尺寸及形状，从而使超薄电池的问世有了可能；聚合物电解质作为电极隔膜，无须再用隔板。聚合物电解质最突出的问题是：室温下体系大部分处于结晶状态，电导率很低，无法满足实际需要；与金属锂电极相容性差，容易在电极/电解质界面生成一层钝化膜，使锂在沉积溶解过程中电流分布不均匀，生成枝晶，降低电极的电容量，影响电池的循环性能和电性能；制备工艺非常复杂，用到的溶剂一般都是高毒高危溶剂，环境污染极大，成本较高。
[0004]半固态聚合物电池是一种凝胶和液态共存或者少液态聚合物电池，电池制作时一般采用聚丙烯/聚乙烯隔膜基材涂覆一层陶瓷和凝胶涂层，然后在正负极中间放置涂层的隔膜卷成卷芯再注液，通过加热加压形成与正极片粘连的效果。此种方法能增加电池的机械强度，且由于内部的粘连效果对电池的膨胀有一定抑制作用，但是缺点很明显：无法进一步满足现在日益发展的锂电池，特别是动力电池和消费类电池的能量密度发展需求；还是常规的液态游离电解液，安全性能仍然无法保障。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种凝胶锂电池的制备工艺，旨在解决上述技术问题。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种凝胶锂电池的制备工艺，包括以下步骤：
[0007]取六氟丙烯-聚偏氟乙烯共聚物、环磷腈衍生物、纳米陶瓷粉和聚乙烯吡咯烷酮组成的固体组分加入到溶剂中，在45℃～100℃下搅拌均匀，经高速分散，得到浆料。
[0008]六氟丙烯-聚偏氟乙烯共聚物作为凝胶材料，环磷腈衍生物作为阻燃添加剂，聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂。按重量百分比计，所述固体组分包括20％～84.5％六氟丙烯-聚偏氟乙烯共聚物、5％～35％环磷腈衍生物、10％～40％纳米陶瓷粉和0.5％～5％聚乙烯吡咯烷酮，所述浆料包括1％～15％固体组分和85％～99％溶剂，所述浆料的粘度在25℃下为100mPa
·
s～10000mPa
·
s。进一步地，所述固体组分包括25％～84.5％六氟丙烯-聚偏氟乙烯共聚物、5％～30％环磷腈衍生物、10％～40％纳米陶瓷粉和0.5％～5％聚乙烯吡咯烷酮。或者，所述固体组分包括20％～84％六氟丙烯-聚偏氟乙烯共聚物、5％～35％环磷腈衍
生物、10％～40％纳米陶瓷粉和1％～5％聚乙烯吡咯烷酮。粘度根据涂覆工艺及需求的涂层厚度可以调整为800mPa
·
s～3000Pa
·
s。
[0009]所述六氟丙烯-聚偏氟乙烯共聚物中，六氟丙烯占比6％～30％，所述环磷腈衍生物具有通式：
[0010][0011]其中，n＝3～12，R1和R2分别为Cl、F、Br、CH3O-、CH3CH2O-、C2H
5-或CH
3-。进一步地，所述环磷腈衍生物具有以下两种结构中的一种：
[0012][0013]所述电解液由六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯，以及氟表面活性剂或氟苯类物质组成，其中，六氟磷酸锂与双氟磺酰亚胺锂的摩尔比为5:1，碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯与碳酸甲乙酯的体积比为1:1:1或5:6:9，按重量百分比计，氟表面活性剂的添加量为0.3％，氟苯类物质的添加量为3％。
[0014]所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙醚、乙醇、丁醇、异丙醇中的一种或几种的混合溶剂。进一步地，所述溶剂为70％～85％N-甲基吡咯烷酮、10％～20％丙酮和5％～10％异丙醇组成的混合溶剂。
[0015]所述纳米陶瓷粉为二氧化锆、三氧化二铝、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、偏钛酸钡、勃姆石中的一种或几种的混合物，粒径为2nm～100nm。进一步地，所述纳米陶瓷粉为粒径10nm～50nm的三氧化二铝。
[0016]正极极片的极卷和负极极片的极卷分别以预设速度放卷，以预设角度浸入所述浆料中，另极片表面涂覆浆料涂层，再以预设角度移出，经10℃～110℃加热吹风干燥，分别得到复合正极极片和复合负极极片。
[0017]所述加热吹风干燥的步骤包括：
[0018]设置一蛇形加热通道，相邻蛇形的所述加热通道之间向内吹风，所述加热通道的两侧壁均设置有加热区，自所述加热通道的入口至出口包括六个温度不同的加热区，第一加热区的温度为10℃～40℃，第二加热区的温度为20℃～50℃，第三加热区的温度为30℃～60℃，第四加热区的温度为40℃～70℃，第五加热区的温度为50℃～100℃，第六加热区的温度为60℃～110℃。
[0019]覆合卷绕所述复合正极极片和复合负极极片制成卷芯，卷芯放置于电池壳体内制成电芯，在60℃～120℃、5Pa～100Pa下真空烘烤电芯4hrs～18hrs，烘烤后的电芯在湿度≤-50％RH下注入电解液，得到初始凝胶锂电池。
[0020]注入电解液后，电解液中的有机溶剂作为萃取剂能够萃取凝胶涂层中的环磷腈衍生物形成空缺，构成三维网孔，该网孔可以作为锂离子通过的通道，最佳的孔隙率为40％～
80％。另外，被萃取的环磷腈衍生物溶解在电解液中作为锂电池电解液的阻燃添加剂，能够防止热滥用情况下起火爆炸。
[0021]设定孔隙率为60％，极片涂层的厚度为10μm，聚偏氟乙烯的真密度为2.2g/cm3，以675078-4Ah聚合物锂电池、电解液10g为例，环磷腈衍生物的添加量为2.2g/cm3×
(0.155
×
0.0010cm)
×
60％＝2.05g，则在此电池的电解液中，环磷腈衍生物的重量比为20.5％，此配比的电解液对于电池在热失控的阻燃效果非常明显，并且环磷腈衍生物不会对电池的性能有影响。
[0022]所述初始凝胶锂电池在40℃～50℃下搁置活化20hrs～30hrs，再通过高温高压化成柜在压力为2kg～10kg、温度为40℃～100℃下充电化成，得到凝胶锂电池。
[0023]通过进一步的高温高压处理，六氟丙烯-聚偏氟乙烯共聚物发生交联反应粘连在一起，从而在正极极片和负极极片之间形成具有三维网孔的紧密粘连界面，此步骤不需要使用引发剂和交联剂。
[0024]本专利技术提供的凝胶锂电池的制备工艺采用正极极片和负极极片在含有凝胶材料、纳米陶瓷粉、分散剂、溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凝胶锂电池的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：取六氟丙烯-聚偏氟乙烯共聚物、环磷腈衍生物、纳米陶瓷粉和聚乙烯吡咯烷酮组成的固体组分加入到溶剂中，在45℃～100℃下搅拌均匀，经高速分散，得到浆料；正极极片的极卷和负极极片的极卷分别以预设速度放卷，以预设角度浸入所述浆料中，另极片表面涂覆浆料涂层，再以预设角度移出，经10℃～110℃加热吹风干燥，分别得到复合正极极片和复合负极极片；覆合卷绕所述复合正极极片和复合负极极片制成卷芯，卷芯放置于电池壳体内制成电芯，在60℃～120℃、5Pa～100Pa下真空烘烤电芯4hrs～18hrs，烘烤后的电芯在湿度≤-50％RH下注入电解液，得到初始凝胶锂电池；所述初始凝胶锂电池在40℃～50℃下搁置活化20hrs～30hrs，再通过高温高压化成柜在压力为2kg～10kg、温度为40℃～100℃下充电化成，得到凝胶锂电池；所述六氟丙烯-聚偏氟乙烯共聚物中，六氟丙烯占比6％～30％，所述环磷腈衍生物具有通式：其中，n＝3～12，R1和R2分别为Cl、F、Br、CH3O-、CH3CH2O-、C2H
5-或CH
3-；按重量百分比计，所述固体组分包括20％～84.5％六氟丙烯-聚偏氟乙烯共聚物、5％～35％环磷腈衍生物、10％～40％纳米陶瓷粉和0.5％～5％聚乙烯吡咯烷酮，所述浆料包括1％～15％固体组分和85％～99％溶剂，所述浆料的粘度在25℃下为100mPa
·
s～10000mPa
·
s；所述预设速度为1m/min～6m/min，所述预设角度为10
°
～60
°
，所述浆料涂层的厚度为2μm～20μm。2.根据权利要求1所述的凝胶锂电池的制备工艺，其特征在于，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙醚、乙醇、丁醇、异丙醇中的一种或几种的混合溶剂。3.根据权利要求2所述的凝胶锂电池的制备工艺，其特征在于，所述溶剂为70％～85％N-甲基吡咯烷酮、10％～20％丙酮和5％～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭卓，林泳，曾广韬，蒲光红，
申请(专利权)人：湖南省斯盛新能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：