一種柔性聚合物薄型鋰離子電池及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種柔性聚合物薄型鋰離子電池及其制備方法。本發明專利技術屬于電能源技術領域。柔性聚合物薄型鋰離子電池，采用柔性薄膜材料為柔性襯底，電池的集流層和封裝層合二為一，分別用PI/Al和PI/Cu柔性復合膜作為柔性聚合物薄型鋰離子電池正負極的集流層和封裝層。其制備方法：(1)涂膜：在PI/Al和PI/Cu柔性復合膜上涂覆正極漿料和負極漿料；(2)烘干；(3)裁切：裁切極片；(4)碾壓：正負極片碾壓；(5)真空干燥；(6)電池組裝:用熱壓機將正負極板的三邊熱合在一起；(7)配制凝膠聚合物電解液；(8)電池注液，電解液凝膠化；(9)真空封口，電池制備完成。本發明專利技術具有面積大、柔韌性好、厚度超薄、能量密度高、循環壽命長和工藝簡單等優點。

Flexible polymer thin lithium ion battery and preparation method thereof

The invention relates to a flexible polymer thin lithium ion battery and a preparation method thereof. The invention belongs to the technical field of electric energy. Flexible thin polymer lithium ion battery, using flexible film material for flexible substrate, battery collector and the encapsulation layer be made one, respectively PI/Al and PI/Cu flexible composite membrane as a thin flexible polymer lithium ion battery cathode current collector and the encapsulation layer. The preparation method: (1) the film: PI/Al and PI/Cu flexible composite film coated on the cathode and anode paste slurry; (2) drying; (3) cutting: cutting sheet; (4) rolling: positive and negative pole piece rolling; vacuum drying; (5) (6) battery assembly: positive and negative plates the three side heat sealing together with hot press; (7) preparation of gel polymer electrolyte; (8) cell injection, gel electrolyte; (9) vacuum sealed, completed battery system. The invention has the advantages of large area, good flexibility, ultra thin thickness, high energy density, long cycle life and simple process.

【技術實現步驟摘要】
一種柔性聚合物薄型鋰離子電池及其制備方法
本專利技術屬于電能源
，特別是涉及一種柔性聚合物薄型鋰離子電池及其制備方法。
技術介紹
目前，鋰離子電池因其自身具有的能量密度高、輸出功率大、電壓平臺高、自放電小、沒有記憶效應等優點已廣泛應用于現代數碼產品如手機、平板電腦和電動工具中，日益成為我們生活中不可或缺的一部分。但隨著電子設備向著更加輕薄化、便攜化方向發展，特別是柔性電子設備的快速發展，如柔性電子屏幕、能隨時監測人體體溫、血壓和脈搏等生物體信息的智能穿戴電子設備的發展，對鋰離子電池的電化學性能和結構設計提出了更高的要求，要求鋰離子電池不僅要具備現在已有的高比能，高電壓平臺等優點，還要有功率大、柔韌性好、厚度超薄和高安全性的特點，能根據不同外形的電子設備進行靈活的貼附安裝。目前已知的柔性鋰離子電池制備技術或有柔韌性不足、或有電壓偏低、或有面積及功率太小等問題，無法為較大面積或功率的用電器提供高性能的柔性薄型鋰離子電池。本專利技術目的是為較大面積或功率的柔性電子設備提供一種制備工藝簡單可靠、柔韌性好、有高能量密度和功率密度的柔性薄型鋰離子電池及其制備方法。
技術實現思路
本專利技術為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種柔性聚合物薄型鋰離子電池及其制備方法。柔性聚合物薄型鋰離子電池采用柔性薄膜材料為柔性襯底，柔性薄膜材料可為尼龍、PET、PP、PE或聚酰亞胺(PI)薄膜等薄膜材料，優選聚酰亞胺(PI)薄膜。柔性聚合物薄型鋰離子電池省去了普通軟包裝鋰離子電池的多層鋁塑復合膜封裝層，將電池的集流層和封裝層合二為一，分別用PI/Al和PI/Cu柔性復合膜作為柔性聚合物薄型鋰離子電池正負極的集流層和封裝層。這種電池結構設計有兩大優勢：其一減小了電池厚度，保證了電池超薄的厚度；其二是增加了電池的柔韌性。普通軟包裝鋰電池的封裝層與電芯是相對獨立的，封裝層與電芯沒有電性連接，封裝層不參與電池的電化學反應過程，只起密封隔絕水汽的作用。而本專利技術的柔性聚合物薄型鋰離子電池所采用的PI/Al和PI/Cu柔性復合膜既起到了集流和電性連接作用，還起到了密封隔絕水汽的作用。這種電池設計結構的不同是本專利技術與普通鋰離子電池及其他柔性薄型鋰離子電池的重要區別之一。具體制備工藝：(1)涂膜。在PI/Al和PI/Cu柔性復合膜上用涂膜機或手動分別涂覆正極漿料和負極漿料。正極漿料包括正極活性材料、導電劑和粘結劑，溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)。正極活性材料可為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鐵、鎳鈷錳三元材料或富鎳鎳鈷鋁三元材料等，導電劑為乙炔黑、科琴黑和SP等導電碳材料中的一種或幾種混合物，粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)。負極漿料包括負極活性材料、導電劑和粘結劑，溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)。負極活性材料可為鈦酸鋰、人造石墨、天然石墨、中間相炭微球、中間相石墨等，導電劑為乙炔黑、科琴黑和SP等導電碳材料中的一種或幾種混合物，粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)。(2)烘干。將涂覆完成的極片置于100℃烘箱中烘烤至溶劑完全揮發。(3)裁切。根據設計要求，裁出適合面積大小的極片，使活性材料周圍均留出0.5cm-3cm的空白，并在其中一邊裁出正負極片的極耳。(4)碾壓。用雙輥壓機對正負極片進行碾壓至適合厚度。(5)真空干燥。將碾壓完成的極片置于真空干燥箱中進行100℃-150℃真空干燥24小時。(6)電池組裝。裁切出面積稍大于涂覆面積的的隔膜覆蓋于負極活性材料之上，用熱熔性膠帶將隔膜與負極極片在加熱臺上在一定溫度下(如100℃-150℃)熱合在一起。然后將同樣形狀大小的正極極片與粘好隔膜和熱熔膠的負極極片調整為正面相對位置后定位在一起，用熱壓機在較高的溫度下(如150℃-200℃)，熱壓時間3s-8s，將正負極板的三邊熱合在一起，留其中一邊不進行熱封，留作注液口。然后將電池轉移至惰性氣氛的手套箱中待用。其中，隔膜材質可為PP單層膜、PP/PE/PP三層復合膜或者陶瓷涂層隔膜其中之一。熱熔膠可以是單層的馬來酸或丙烯酸改性PP熱熔膠、環氧樹脂、熱塑性聚氨酯、熱塑性聚亞胺、硅氧樹脂、或者為三層復合PP材質的白色、黃色、黑色極耳膠帶。(7)配制凝膠聚合物電解液。凝膠聚合物電解液主要由電解質鋰鹽、有機溶劑、聚合單體、交聯劑和引發劑組成。電解質鋰鹽為六氟磷酸鋰(LiPF6)和高氯酸鋰(LiClO4)的一種或兩者混合物；有機溶劑為碳酸酯類有機溶劑，包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)；聚合單體為甲基丙烯酸甲酯(MMA)，丙烯腈(AN)、環氧乙烷(EO)、四氟乙烯(VDF)四種之中的一種；交聯劑為正己基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯；引發劑為偶氮二異丁腈、過氧化二苯甲酰、過氧化二碳酸異丙酯中的一種或兩種以上。(8)電池注液，電解液凝膠化。將配制完成的凝膠聚合物電解液從預留的注液口注入柔性聚合物薄型鋰離子電池中，常溫在手套箱中放置2-4小時，或加熱30-60℃放置1-3小時，液態電解液完全變為凝膠態電解質，然后在惰性氣氛保護下移出手套箱。(9)真空封口，柔性聚合物薄型鋰離子電池制備完成。在干燥氣氛下(如干燥間中，相對濕度<1％)，將電池從惰性氣氛保護下取出置于真空封口機中，將柔性聚合物薄型鋰離子電池進行抽真空熱合封口，熱合溫度150℃-200℃，熱合時間3s-10s。本專利技術的目的之一是提供一種具有面積大、柔韌性好、厚度超薄、能量密度高、循環壽命長等特點的柔性聚合物薄型鋰離子電池。本專利技術柔性聚合物薄型鋰離子電池所采取的技術方案是：一種柔性聚合物薄型鋰離子電池，其特點是：柔性聚合物薄型鋰離子電池采用柔性薄膜材料為柔性襯底，電池的集流層和封裝層合二為一，分別用PI/Al和PI/Cu柔性復合膜作為柔性聚合物薄型鋰離子電池正負極的集流層和封裝層。本專利技術柔性聚合物薄型鋰離子電池還可以采用如下技術方案：所述的柔性聚合物薄型鋰離子電池，其特點是：柔性薄膜材料為尼龍、PET、PP、PE或聚酰亞胺薄膜材料，優選聚酰亞胺薄膜材料。本專利技術的目的之二是提供一種具有制備工藝簡單可靠，產品面積大、柔韌性好、厚度超薄、能量密度高、循環壽命長、大幅提高了柔性鋰離子電池的應用范圍，可應用于柔性電子設備、智能穿戴等領域的柔性聚合物薄型鋰離子電池的制備方法。本專利技術柔性聚合物薄型鋰離子電池的制備方法所采取的技術方案是：一種柔性聚合物薄型鋰離子電池的制備方法，其特點是：柔性聚合物薄型鋰離子電池的制備包括以下工藝步驟：(1)涂膜：在PI/Al和PI/Cu柔性復合膜上用涂膜機或手動分別涂覆正極漿料和負極漿料；(2)烘干：將涂覆完成的極片烘烤至溶劑完全揮發；(3)裁切：裁切極片，使活性材料周圍均留出0.5cm-3cm的空白，并在其中一邊裁出正負極片的極耳；(4)碾壓：用雙輥壓機對正負極片進行碾壓至適合厚度；(5)真空干燥：將碾壓完成的極片進行真空干燥；(6)電池組裝:裁切隔膜覆蓋于負極活性材料之上，用熱熔性膠帶將隔膜與負極極片熱合，然后將正極極片與粘好隔膜和熱熔膠的負極極片調整為正面相對位置后定位在一起，用熱壓機將正負極板的三邊熱合在一起，留其中一邊不進行熱封，留作注液口；(7)配制凝膠聚合物電解液：凝膠聚合物電解液由電解質鋰鹽、有機溶劑、聚合單體、交聯劑和引發劑本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性聚合物薄型鋰離子電池，其特征是：柔性聚合物薄型鋰離子電池采用柔性薄膜材料為柔性襯底，電池的集流層和封裝層合二為一，分別用PI/Al和PI/Cu柔性復合膜作為柔性聚合物薄型鋰離子電池正負極的集流層和封裝層。

【技術特征摘要】
1.一種柔性聚合物薄型鋰離子電池，其特征是：柔性聚合物薄型鋰離子電池采用柔性薄膜材料為柔性襯底，電池的集流層和封裝層合二為一，分別用PI/Al和PI/Cu柔性復合膜作為柔性聚合物薄型鋰離子電池正負極的集流層和封裝層。2.根據權利要求1所述的柔性聚合物薄型鋰離子電池，其特征是：柔性薄膜材料為尼龍、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯或聚酰亞胺薄膜材料中的一種或幾種混合物，優選聚酰亞胺(PI)薄膜材料。3.一種柔性聚合物薄型鋰離子電池的制備方法，其特征是：柔性聚合物薄型鋰離子電池的制備包括以下工藝步驟：(1)涂膜：在PI/Al和PI/Cu柔性復合膜上用涂膜機或手動分別涂覆正極漿料和負極漿料；(2)烘干：將涂覆完成的極片烘烤至溶劑完全揮發；(3)裁切：裁切極片，使活性材料周圍均留出0.5cm-3cm的空白，并在其中一邊裁出正負極片的極耳；(4)碾壓：用雙輥壓機對正負極片進行碾壓至適合厚度；(5)真空干燥：將碾壓完成的極片進行真空干燥；(6)電池組裝:裁切隔膜覆蓋于負極活性材料之上，用熱熔性膠帶將隔膜與負極極片熱合，然后將正極極片與粘好隔膜和熱熔膠的負極極片調整為正面相對位置后定位在一起，用熱壓機將正負極板的三邊熱合在一起，留其中一邊不進行熱封，留作注液口；(7)配制凝膠聚合物電解液：凝膠聚合物電解液由電解質鋰鹽、有機溶劑、聚合單體、交聯劑和引發劑組成；(8)電池注液，電解液凝膠化：將配制完成的凝膠聚合物電解液從預留的注液口注入柔性聚合物薄型鋰離子電池中，液態電解液完全變為凝膠態電解質，然后在惰性氣氛保護下移出；(9)真空封口，柔性聚合物薄型鋰離子電池制備完成。4.根據權利要求3所述的柔性聚合物薄型鋰離子電池的制備方法，其特征是：涂膜時，正極漿料包括正極活性材料、導電劑和粘結劑，溶劑為N-甲基吡咯烷酮；正極活性材料為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料或富鎳鎳鈷鋁三元材料，導電劑為乙炔黑、科琴黑或SP導電碳材料中的一種或幾種混合物，粘結劑為聚偏氟乙烯；負極漿料包括負極活性材料、導電劑和粘結劑，溶劑為N-甲基吡咯烷酮；負極活性材料為鈦酸鋰、人造石墨、天然石...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王磊，桑林，丁飛，許寒，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第十八研究所，
類型：發明
國別省市：天津,12