凝膠電解質隔膜及鋰離子電池的制造方法
【專利摘要】本發明公開一種凝膠電解質隔膜的制造方法，旨在提供一種安全性能高的凝膠電解質隔膜及鋰離子電池，其包括以下步驟：將可溶性高分子聚合物微粉和有機溶劑溶成一體制成聚合物漿料；將所述聚合物漿料涂覆于隔膜基體的表面，通過加溫揮發有機溶劑，使聚合涂層均勻留在隔膜基體的表面形成聚合物涂層。本發明還公開了一種聚合物鋰離子電池的制造方法。通過采用此隔膜制作后的電池。同目前液態鋰離子電池比較得出，循環壽命提高近30％。循環氣鼓現象解決及安全性得到了有效的改善。
【專利說明】
凝膠電解質隔膜及鋰離子電池的制造方法
技術領域
[0001 ] 本發明涉及一種鋰離子電池，更確切地說是一種聚合物鋰離子電池。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池具有能量密度大、平均輸出電壓高、自放電小、沒有記憶效應、使用壽命長、不合有毒有害物質等諸多優點而得到越來越廣泛的應用，被稱為綠色電池。
[0003]目前國內生產的聚合物鋰離子電池為液態鋰離子軟包裝電池(軟包電池)，這種電池熱穩定性差，耐壓沖擊、重力沖擊、針刺等容易發生鼓掌或者爆炸，安全性能低；而國際知名品牌生產的聚合物電池(固態電池)，都解決了上述問題，但是，生產上述固態聚合物電池需要最為先進的生產設備，成本比較高。因此，急需開發一種生產成本低的高安全性的聚合物鋰電池。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有技術聚合物鋰離子電池生產成本高的技術問題，提供了一種凝膠電解質隔膜及鋰離子電池的制造方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為設計一種凝膠電解質隔膜的制造方法，包括以下步驟:
[0006]將可溶性高分子聚合物微粉和有機溶劑溶成一體制成聚合物漿料；
[0007]將所述聚合物漿料涂覆于隔膜基體的表面，揮發有機溶劑在隔膜基體的表面形成聚合物涂層。
[0008]所述可溶性高分子聚合物微粉為聚二偏氟乙烯或改性聚二偏氟乙烯，所述有機溶劑為高濃度丙酮或N-甲基吡咯烷酮。
[0009]所述聚合物漿料的濃度為5% -40%，涂覆量為0.5-5克/平方米。
[0010]所述聚合物涂層的厚度為0.5-5 μ m。
[0011]所述揮發有機溶劑在隔膜基體的表面形成聚合物涂層步驟包括通過烘烤使有機溶劑揮發在所述聚合物涂層上形成孔的二次造孔步驟。
[0012]所述隔膜基體為聚乙烯、聚丙烯或其組合而成的微孔薄膜。
[0013]所述隔膜基體的孔隙率為30% -60%,透氣度為50-700Sec/100ml，厚度為5—100 μmD
[0014]所述涂覆包括浸涂、噴涂、印刷或涂布ο
[0015]本發明還公開了一種鋰離子電池的制造方法，所述鋰離子電池的制造方法上述凝膠電解質隔膜的制造方法。
[0016]鋰離子電池的制造方法還包括:制作電池極組，并加裝電解液封裝，使電解液浸透入正、負極和所述凝膠電解質隔膜的孔隙內；
[0017]將滲透好電解液的電池放置于熱壓機里面施加若干溫度、若干壓力進行膠化，膠化的聚合物與電解液混合成膠狀電解質；
[0018]將電池移送到冷壓機施加同樣的壓力并迅速冷卻至常溫，電解液被牢牢鎖住在電池內部，形成凝膠電解質。
[0019]本發明還公開了一種采用上述方法制作的凝膠電解質隔膜。
[0020]本發明通過采用普通隔膜作為隔膜基體，并在隔膜基體上涂覆凝膠聚合物，形成聚合物涂層，從而可在不增加任何先進的生產設備的前提下，生產處高品質的聚合物鋰離子電池，工藝簡單，生產成本低。
【附圖說明】
[0021]下面結合實施例和附圖對本發明進行詳細說明，其中:
[0022]圖1是本發明隔膜基體的SEM電鏡掃描圖片；
[0023]圖2是本發明隔膜基體涂覆聚合物并經過二次造孔成品SEM電鏡掃描圖片；
[0024]圖3是本發明二次造孔后單元孔SEM電鏡掃描圖片；
[0025]圖4是本發明凝膠電解質隔膜的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖進一步闡述本發明的【具體實施方式】:
[0027]聚合物鋰離子電池與其他鋰離子電池的工作原理都相同，都是由鋰離子定向移動產生了電流，不同的是聚合物電池是固態的，鋰離子穿過聚合物孔洞做定向移動；凝膠電解質隔膜在應用中也使用了這一原理，通過聚合物凝膠，把電解液緊緊的鎖在聚合物孔洞之中，便于鋰離子做定向移動。
[0028]本發明凝膠電解質隔膜用現有普通隔膜作為基體，于基體表面上涂覆凝膠聚合物，最終形成0.5-5 μπι厚度的功能涂層；此隔膜組裝后加注電解液封裝，在熱力的作用下，使凝膠涂層成為“發泡狀”，電解液進入聚合物空隙內形成膠狀電解質，分別吸附于正、負極片上，通過若干壓力冷卻凝固后成為固態聚合物電池，整個生產過程保持了原來的生產工藝與制作流程，不需要增加任何設備。
[0029]本發明凝膠電解質隔膜的制造方法，包括以下步驟:
[0030]1、將可溶性高分子聚合物微粉和有機溶劑溶成一體制成聚合物漿料。
[0031]所述可溶性高分子聚合物微粉為聚二偏氟乙烯或改性聚二偏氟乙烯，所述有機溶劑為高濃度丙酮或N-甲基吡咯烷酮。
[0032]按照電池設計的需要，漿料的濃度為5% -40%，涂覆量為0.5-5克/平方米。
[0033]根據實際情況，按照涂覆量來劃分，低涂的涂覆量為0.5-1.0克/平方米，涂覆厚度為0.5-1.0 μ m ;中涂的涂覆量為1.5-2.5克/平方米，涂覆厚度為1.5-2.5 μ m ;高涂的涂覆量為2.5-5.0克/平方米，涂覆厚度為2.5-5.0 μπι。涂覆量越低，隔膜與正負極片的粘接效果就越差。
[0034]2、將所述聚合物漿料涂覆于隔膜基體的表面，揮發有機溶劑在隔膜基體的表面形成聚合物涂層。
[0035]所述揮發有機溶劑在隔膜基體的表面形成聚合物涂層步驟包括通過烘烤使有機溶劑揮發在所述聚合物涂層上形成孔的二次造孔步驟。
[0036]本發明采用普通隔膜作為隔膜基體，涂覆上述制作好的聚合物漿料，同時采用萃取的方法進行二次造孔。在本具體實施例中，二次造孔是通過烘烤使有機溶劑揮發在所述聚合物涂層上形成孔，即通過烘烤，加速有機溶劑揮發，有機溶劑所揮發出來的地方就成了孔，這就是二次造孔。二次造孔是為了不阻礙正、負極離子交流。
[0037]涂覆及造孔前后的結構請參見圖1、圖2和圖3，其中，圖1為隔膜基體的SEM電鏡掃描圖片，圖2為隔膜基體涂覆聚合物并經過二次造孔成品SEM電鏡掃描圖片，圖3為二次造孔后單元孔SEM電鏡掃描圖片，301為隔膜基體，302為聚合物。
[0038]通過上述造孔后，一次成型，最終在基體表面形成0.5-5 μ m厚度的涂層隔膜。
[0039]最終形成的凝膠電解質隔膜的結構如圖4所示，其中401為聚合物；402為隔膜基體。
[0040]隔膜基體可采用聚乙烯、聚丙烯或其組合而成的微孔薄膜，孔隙率為30% -60%,透氣度為 50-700Sec/100ml，厚度為 5-100 μ m。
[0041]孔隙率小于30%的隔膜會造成電池高內阻，孔隙率大于60%的隔膜會造成電池內部短路；正常情況下透氣度與孔隙率成反比關系，孔隙率高，透氣度就低；孔隙率低，透氣度就高。
[0042]涂覆的方法包括浸涂、噴涂、印刷或涂布。
[0043]采用本發明制成的凝膠電解質隔膜突出功能:
[0044]1、安全性能大幅提升，具體體現在以下各項:
[0045]A、針刺:不爆炸、不起火
[0046]B、跌落:外觀完好，無明顯損傷
[0047]C、過充:3C10V平穩通過
[0048]D、震動:不鼓殼、不起火
[0049]E、碾壓:不爆炸、不起火
[0050]2、循環壽命:到達80%的循環次數，在同樣條件下較液態軟包電池提高30%以上的循環壽命。
[0051]3、外觀:平整、結實、循環使用后厚度不反彈，不出現松軟、崩塌跡象。
[0052]本發明還公開了一種鋰離子電池的制造方法，其中包括了上述凝膠電解質隔膜的制造方法。
[0053]在制作好凝膠電解質隔膜后，制作電池極組，并加裝電解液封裝，使電解液浸透入正、負極和所述凝膠電解質隔膜的孔隙內。在此過程中，電池極組完成后，加注電解液，封裝好，以50°C靜置24小時，使電解液完全浸透入正、負極和隔膜孔隙內，這個過程就是滲透過程。
[0054]然后，將滲透好電解液的電池放置于熱壓機里面施加若干溫度、若干壓力進行膠化，膠化的聚合物與電解液混合成膠狀電解質；
[0055]最后，將電池移送到冷壓機施加同樣的壓力并迅速冷卻至常溫，電解液被牢牢鎖住在電池內部，形成凝膠電解質。在此過程中，應在盡量短的時間內，將電池移送到冷壓機施加同樣的壓力并迅速冷卻至常溫，這是凝膠過程，經過這個過程，由液態鋰離子電池變成了固態聚合物電池，電解液被牢牢鎖住電池內部，這就是凝膠電解質形成。最終形成的結果是正、負極片上的粉末完全脫離正、負極，完全吸附于隔膜兩表面，這就是聚合物凝膠產生的結果。
[0056]本發明通過采用普通隔膜作為隔膜基體，并在隔膜基體上涂覆凝膠聚合物，形成聚合物涂層，從而可在不增加任何先進的生產設備的前提下，生產處高品質的聚合物鋰離子電池，工藝簡單，生產成本低。
[0057]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種凝膠電解質隔膜的制造方法，其特征在于包括以下步驟: 將可溶性高分子聚合物微粉和有機溶劑溶成一體制成聚合物漿料； 將所述聚合物漿料涂覆于隔膜基體的表面，揮發有機溶劑在隔膜基體的表面形成聚合物涂層。2.根據權利要求1所述的凝膠電解質隔膜的制造方法，其特征在于:所述可溶性高分子聚合物微粉為聚二偏氟乙烯或改性聚二偏氟乙烯，所述有機溶劑為高濃度丙酮或N-甲基吡咯烷酮。3.根據權利要求2所述的凝膠電解質隔膜的制造方法，其特征在于:所述聚合物漿料的濃度為5% -40%，涂覆量為0.5-5克/平方米。4.根據權利要求1所述的凝膠電解質隔膜的制造方法，其特征在于:所述聚合物涂層的厚度為0.5-5 μ m。5.根據權利要求1所述的凝膠電解質隔膜的制造方法，其特征在于:所述揮發有機溶劑在隔膜基體的表面形成聚合物涂層步驟包括通過烘烤使有機溶劑揮發在所述聚合物涂層上形成孔的二次造孔步驟。6.根據權利要求1所述的凝膠電解質隔膜的制造方法，其特征在于:所述隔膜基體為聚乙烯、聚丙烯或其組合而成的微孔薄膜。7.根據權利要求6所述的凝膠電解質隔膜的制造方法，其特征在于:所述隔膜基體的孔隙率為30% -60%,透氣度為50-700Sec/100ml，厚度為5-100 μ m。8.根據權利要求1所述的凝膠電解質隔膜的制造方法，其特征在于:所述涂覆包括浸涂、噴涂、印刷或涂布。9.一種鋰離子電池的制造方法，其特征在于:所述鋰離子電池的制造方法包括權利要求1-8任一項所述的凝膠電解質隔膜的制造方法； 所述鋰離子電池的制造方法還包括:制作電池極組，并加裝電解液封裝，使電解液浸透入正、負極和所述凝膠電解質隔膜的孔隙內； 將滲透好電解液的電池放置于熱壓機里面施加若干溫度、若干壓力進行膠化，膠化的聚合物與電解液混合成膠狀電解質； 將電池移送到冷壓機施加同樣的壓力并迅速冷卻至常溫，電解液被牢牢鎖住在電池內部，形成凝膠電解質。10.一種采用權利要求1-9任一項所述方法制作的凝膠電解質隔膜。
【文檔編號】H01M10/058GK105895845SQ201410714376
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月21日
【發明人】張俊瑜, 朱江江
【申請人】深圳市天和順科技有限公司