專利名稱：一種耐高溫鋰電池的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種耐高溫鋰電池的制備方法。
背景技術：
鋰電池由正負極、電解質以及聚合物隔離膜組成。針對不同的電解質材料，隔離膜材料也不盡相同，目前最常見的鋰電池采用液態電解質，所采用的隔離膜為聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)單層微孔膜，以及由PP和PE復合的多層微孔膜作為隔離膜，此類隔離膜生產工藝可按照干法和濕法分為兩大類，同時干法又可細分為單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝，此類隔離膜為需求量最大的一類。但液態電解質鋰電池具有一些固有的缺點，如高價格和較低的安全性。通常，這類液體電解質需要密封的金屬包覆，這會降低電池的能量密度。另夕卜，由于安全原因，鋰電池通常設計為自動排氣結構，避免由于內部或外部過熱導致內部壓力的增加，否則將會導致電池的爆炸或燃燒。這些缺點限制了此類電池在清潔動力和微小 柔性等高性能需求領域的應用。從結構上看，鋰離子電池中的液態電解液有可能泄漏而存在安全隱患，固態聚合物電解質取代液態電解質可提高鋰電池的安全性。通常的固體聚合物電解質為凝膠態聚合物，是鋰溶液和溶劑分散在聚合物隔離膜的孔中而形成的。這類聚合物隔離膜的典型代表包括PEO，PAN，PMMA，及PVDF等。由于這類電解質隔離膜為非揮發類物質，在正常工作條件下不存在泄漏等問題，從本質上要比液態電解質更安全；而且此類固態電解質消除了自動排氣機構和封裝結構，使得制備柔性電池成為可能，也可以降低電池重量和厚度。全固態凝膠聚合物鋰電池指明了未來鋰電池發展的主要方向，開發能夠滿足全固態鋰離子聚合物電池使用的隔膜將是大勢所趨。雖然凝膠聚合物電解質比液態電解質在安全性和可制造性等方面有了很大提高，其安全性仍然是潛在的問題之一，這是由于聚合物隔離膜孔隙中存有溶液，在極端條件下會泄漏而導致電池損壞。此外，此類聚合物隔離膜不能夠在較寬的溫度范圍內使用，這是由于凝膠聚合物在較低的溫度下存在，高溫下會與電池的其他組份或金屬反應。電極的不穩定性和較差的循環特征限制了其應用。
發明內容
現有固態凝聚物類鋰電池的聚合物隔離膜空隙內易存在溶液會導致電池損壞，并且在高溫條件下聚合物隔離膜會與電池的其他組份反應，導致固態凝聚物類鋰電池使用的局限性，基于解決上述技術問題，本發明提供一種耐高溫鋰電池的制備方法。本發明的技術解決方案一種耐高溫鋰電池的制備方法，其特殊之處在于包括以下步驟1選用可溶性聚酰亞胺樹脂，其中聚酰亞胺環的分子量控制在200-350之間；選擇可溶性固態聚碳硅烷粉末，聚碳硅烷分子量控制在1000-2000之間；2將聚酰亞胺和聚碳硅烷粉末按質量比7(Γ100:(Γ30混合，且溶于有機溶劑中形成溶液B ;鋰離子濃度為O. 5-lmol鋰離子對應Imol酰亞胺環；4將聚合物電解質溶液成型在陰極上，并在高溫真空下揮發掉溶劑，形成聚合物電解質薄膜；5在聚合物電解質薄膜上制備陽極，封裝后制備成鋰電池。聚合物電解質的離子導電率大于 l*l(T4S/cm，步驟 3中的鋰離子鹽為 LiCl、LiBr、LiI、LiC104、LiAsF6、LiCF3S03、LiBF4, LiPF6, LiTFSi中的一種或多種的混合。聚合物電解質膜制備主要采用通常的制薄工藝，如印刷法，甩膠法，涂刷法等。有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)和二甲基甲酰胺(DMF)中的一種或多種的混合。本發明所具有的優點
I、聚酰亞胺具有良好的耐高溫性能，聚碳硅烷的加入進一步提高了電池的高溫性能，本發明采用可溶性聚酰亞胺樹脂與可溶性固態聚碳硅烷混合粉體，制備新型聚合物鋰離子隔離膜，并復合鋰離子電解液，形成新型的全固態聚合物隔離膜。在保持了凝膠態聚合物電解質優點的基礎上，有效地克服了相關的缺點，并有效提高了聚合物離子電導率，同時提高了電解質膜的機械強度和薄膜的離子導電性能，保證電池在較寬的溫度范圍內使用。如表I所示，為本發明鋰電池在不同溫度下的導電率。2、本發明的鋰離子電池容易制備，在寬的溫度范圍內具有良好的可靠性以及存儲和循環特性，可以滿足鋰電池在清潔動力和微小柔性等高端需求領域的需求。3、由于聚酰亞胺和聚碳硅烷采用熱固成型，可制備復雜異型的結構，因此可制備薄膜電池和異型電池。
具體實施例方式實施例選用PMDA/0DA聚酰亞胺樹脂，分子量為1100的固態聚碳硅烷；將聚酰亞胺和聚碳硅烷粉末按質量比80:20混合，溶于N-甲基吡咯烷酮NMP中；加入LiTFSi鹽，與聚酰亞胺和聚碳硅烷混合粉體的比例為70 :30，并溶解于聚酰亞胺和聚碳硅烷的NMP溶液中；采用LiFePO4陰極材料，將上述溶液采用印刷工藝涂覆在陰極上，在120°C真空條件下揮發形成薄膜，其厚度在IOym左右。制備陽極，形成鋰離子電池。聚酰亞胺與聚碳硅烷粉末的混合，聚碳硅烷粉末影響鋰電池的硬度，聚碳硅烷粉末的含量不能太高，如果太高鋰電池就不叫脆，韌性不夠；如果太少，硬度不夠。所以聚酰亞胺和聚碳硅烷粉末按質量比為80:20時，最佳。但因為要求不一樣，也可以不加聚碳硅烷粉末。表I為采用本發明制備方法制備的鋰離子電池的導電率。
權利要求
1.一種耐高溫鋰電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟 I選擇可溶性聚酰亞胺樹脂，其中聚酰亞胺樹脂中酰亞胺環的分子量控制在200-350之間；選擇可溶性固態聚碳硅烷粉末，聚碳硅烷分子量控制在1000-2000之間； 2將聚酰亞胺樹脂和聚碳硅烷粉末按質量比7(Γ100:(Γ30混合，且溶于有機溶劑中形成溶液B ； 3將鋰離子鹽溶解于溶液B中形成聚合物電解質溶液，其中，鋰離子摩爾濃度與聚酰亞胺樹脂中的酰亞胺環的摩爾濃度比為05-1:1 4將聚合物電解質溶液成型在陰極上，并在高溫真空下揮發掉聚合物電解質溶液的溶齊U，形成聚合物電解質薄膜； 5在聚合物電解質薄膜上制備陽極，封裝后制備成鋰電池。
2.根據權利要求I所述的耐高溫鋰電池的制備方法，其特征在于所述步驟3中的鋰離子鹽為 LiCULiBr, Lil、LiClO4' LiAsF6, LiCF3SO3' LiBF4' LiPF6 或 LiTFSi 中的一種或多種的混合。
3.根據權利要求I或2所述的耐高溫鋰電池的制備方法，其特征在于所述步驟4中將聚合物電解質溶液成型在陰極上具體采用如下方法印刷法、甩膠法或涂刷法。
4.根據權利要求3所述的耐高溫鋰電池的制備方法，其特征在于所述有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)和二甲基甲酰胺(DMF)中的一種或多種的混八口 ο
5.根據權利要求4所述的耐高溫鋰電池的制備方法，其特征在于所述聚酰亞胺和聚碳娃燒粉末按質量比80:20混合。
全文摘要
本發明涉及一種耐高溫鋰電池的制備方法，包括以下步驟1)選擇可溶性聚酰亞胺樹脂；2)將聚酰亞胺樹脂和聚碳硅烷粉末按質量比70~100:0~30混合，且溶于有機溶劑中形成溶液B；3)將鋰離子鹽溶解于溶液B中形成聚合物電解質溶液，其中，鋰離子摩爾濃度與聚酰亞胺樹脂中的酰亞胺環的摩爾濃度比為05-1:1；4)將聚合物電解質溶液成型在陰極上，并在高溫真空下揮發掉聚合物電解質溶液的溶劑，形成聚合物電解質薄膜；5)在聚合物電解質薄膜上制備陽極，封裝后制備成鋰電池。解決現有固態凝聚物類鋰電池具有使用局限性的問題，本發明有效提高了聚合物離子電導率，同時提高了電解質膜的機械強度和薄膜的離子導電性能，保證電池在較寬的溫度范圍內使用。
文檔編號H01M6/18GK102738426SQ20121022303
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者王一光 申請人:西安大維精密機械有限公司