凝胶电解质隔膜及锂离子电池的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种凝胶电解质隔膜的制造方法，旨在提供一种安全性能高的凝胶电解质隔膜及锂离子电池，其包括以下步骤：将可溶性高分子聚合物微粉和有机溶剂溶成一体制成聚合物浆料；将所述聚合物浆料涂覆于隔膜基体的表面，通过加温挥发有机溶剂，使聚合涂层均匀留在隔膜基体的表面形成聚合物涂层。本发明还公开了一种聚合物锂离子电池的制造方法。通过采用此隔膜制作后的电池。同目前液态锂离子电池比较得出，循环寿命提高近30％。循环气鼓现象解决及安全性得到了有效的改善。
【专利说明】
凝胶电解质隔膜及锂离子电池的制造方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种锂离子电池，更确切地说是一种聚合物锂离子电池。
【背景技术】
[0002]锂离子电池具有能量密度大、平均输出电压高、自放电小、没有记忆效应、使用寿命长、不合有毒有害物质等诸多优点而得到越来越广泛的应用，被称为绿色电池。
[0003]目前国内生产的聚合物锂离子电池为液态锂离子软包装电池(软包电池)，这种电池热稳定性差，耐压冲击、重力冲击、针刺等容易发生鼓掌或者爆炸，安全性能低；而国际知名品牌生产的聚合物电池(固态电池)，都解决了上述问题，但是，生产上述固态聚合物电池需要最为先进的生产设备，成本比较高。因此，急需开发一种生产成本低的高安全性的聚合物锂电池。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有技术聚合物锂离子电池生产成本高的技术问题，提供了一种凝胶电解质隔膜及锂离子电池的制造方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为设计一种凝胶电解质隔膜的制造方法，包括以下步骤:
[0006]将可溶性高分子聚合物微粉和有机溶剂溶成一体制成聚合物浆料；
[0007]将所述聚合物浆料涂覆于隔膜基体的表面，挥发有机溶剂在隔膜基体的表面形成聚合物涂层。
[0008]所述可溶性高分子聚合物微粉为聚二偏氟乙烯或改性聚二偏氟乙烯，所述有机溶剂为高浓度丙酮或N-甲基吡咯烷酮。
[0009]所述聚合物浆料的浓度为5% -40%，涂覆量为0.5-5克/平方米。
[0010]所述聚合物涂层的厚度为0.5-5 μ m。
[0011]所述挥发有机溶剂在隔膜基体的表面形成聚合物涂层步骤包括通过烘烤使有机溶剂挥发在所述聚合物涂层上形成孔的二次造孔步骤。
[0012]所述隔膜基体为聚乙烯、聚丙烯或其组合而成的微孔薄膜。
[0013]所述隔膜基体的孔隙率为30% -60%,透气度为50-700Sec/100ml，厚度为5—100 μmD
[0014]所述涂覆包括浸涂、喷涂、印刷或涂布ο
[0015]本发明还公开了一种锂离子电池的制造方法，所述锂离子电池的制造方法上述凝胶电解质隔膜的制造方法。
[0016]锂离子电池的制造方法还包括:制作电池极组，并加装电解液封装，使电解液浸透入正、负极和所述凝胶电解质隔膜的孔隙内；
[0017]将渗透好电解液的电池放置于热压机里面施加若干温度、若干压力进行胶化，胶化的聚合物与电解液混合成胶状电解质；
[0018]将电池移送到冷压机施加同样的压力并迅速冷却至常温，电解液被牢牢锁住在电池内部，形成凝胶电解质。
[0019]本发明还公开了一种采用上述方法制作的凝胶电解质隔膜。
[0020]本发明通过采用普通隔膜作为隔膜基体，并在隔膜基体上涂覆凝胶聚合物，形成聚合物涂层，从而可在不增加任何先进的生产设备的前提下，生产处高品质的聚合物锂离子电池，工艺简单，生产成本低。
【附图说明】
[0021]下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中:
[0022]图1是本发明隔膜基体的SEM电镜扫描图片；
[0023]图2是本发明隔膜基体涂覆聚合物并经过二次造孔成品SEM电镜扫描图片；
[0024]图3是本发明二次造孔后单元孔SEM电镜扫描图片；
[0025]图4是本发明凝胶电解质隔膜的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图进一步阐述本发明的【具体实施方式】:
[0027]聚合物锂离子电池与其他锂离子电池的工作原理都相同，都是由锂离子定向移动产生了电流，不同的是聚合物电池是固态的，锂离子穿过聚合物孔洞做定向移动；凝胶电解质隔膜在应用中也使用了这一原理，通过聚合物凝胶，把电解液紧紧的锁在聚合物孔洞之中，便于锂离子做定向移动。
[0028]本发明凝胶电解质隔膜用现有普通隔膜作为基体，于基体表面上涂覆凝胶聚合物，最终形成0.5-5 μπι厚度的功能涂层；此隔膜组装后加注电解液封装，在热力的作用下，使凝胶涂层成为“发泡状”，电解液进入聚合物空隙内形成胶状电解质，分别吸附于正、负极片上，通过若干压力冷却凝固后成为固态聚合物电池，整个生产过程保持了原来的生产工艺与制作流程，不需要增加任何设备。
[0029]本发明凝胶电解质隔膜的制造方法，包括以下步骤:
[0030]1、将可溶性高分子聚合物微粉和有机溶剂溶成一体制成聚合物浆料。
[0031]所述可溶性高分子聚合物微粉为聚二偏氟乙烯或改性聚二偏氟乙烯，所述有机溶剂为高浓度丙酮或N-甲基吡咯烷酮。
[0032]按照电池设计的需要，浆料的浓度为5% -40%，涂覆量为0.5-5克/平方米。
[0033]根据实际情况，按照涂覆量来划分，低涂的涂覆量为0.5-1.0克/平方米，涂覆厚度为0.5-1.0 μ m ;中涂的涂覆量为1.5-2.5克/平方米，涂覆厚度为1.5-2.5 μ m ;高涂的涂覆量为2.5-5.0克/平方米，涂覆厚度为2.5-5.0 μπι。涂覆量越低，隔膜与正负极片的粘接效果就越差。
[0034]2、将所述聚合物浆料涂覆于隔膜基体的表面，挥发有机溶剂在隔膜基体的表面形成聚合物涂层。
[0035]所述挥发有机溶剂在隔膜基体的表面形成聚合物涂层步骤包括通过烘烤使有机溶剂挥发在所述聚合物涂层上形成孔的二次造孔步骤。
[0036]本发明采用普通隔膜作为隔膜基体，涂覆上述制作好的聚合物浆料，同时采用萃取的方法进行二次造孔。在本具体实施例中，二次造孔是通过烘烤使有机溶剂挥发在所述聚合物涂层上形成孔，即通过烘烤，加速有机溶剂挥发，有机溶剂所挥发出来的地方就成了孔，这就是二次造孔。二次造孔是为了不阻碍正、负极离子交流。
[0037]涂覆及造孔前后的结构请参见图1、图2和图3，其中，图1为隔膜基体的SEM电镜扫描图片，图2为隔膜基体涂覆聚合物并经过二次造孔成品SEM电镜扫描图片，图3为二次造孔后单元孔SEM电镜扫描图片，301为隔膜基体，302为聚合物。
[0038]通过上述造孔后，一次成型，最终在基体表面形成0.5-5 μ m厚度的涂层隔膜。
[0039]最终形成的凝胶电解质隔膜的结构如图4所示，其中401为聚合物；402为隔膜基体。
[0040]隔膜基体可采用聚乙烯、聚丙烯或其组合而成的微孔薄膜，孔隙率为30% -60%,透气度为 50-700Sec/100ml，厚度为 5-100 μ m。
[0041]孔隙率小于30%的隔膜会造成电池高内阻，孔隙率大于60%的隔膜会造成电池内部短路；正常情况下透气度与孔隙率成反比关系，孔隙率高，透气度就低；孔隙率低，透气度就高。
[0042]涂覆的方法包括浸涂、喷涂、印刷或涂布。
[0043]采用本发明制成的凝胶电解质隔膜突出功能:
[0044]1、安全性能大幅提升，具体体现在以下各项:
[0045]A、针刺:不爆炸、不起火
[0046]B、跌落:外观完好，无明显损伤
[0047]C、过充:3C10V平稳通过
[0048]D、震动:不鼓壳、不起火
[0049]E、碾压:不爆炸、不起火
[0050]2、循环寿命:到达80%的循环次数，在同样条件下较液态软包电池提高30%以上的循环寿命。
[0051]3、外观:平整、结实、循环使用后厚度不反弹，不出现松软、崩塌迹象。
[0052]本发明还公开了一种锂离子电池的制造方法，其中包括了上述凝胶电解质隔膜的制造方法。
[0053]在制作好凝胶电解质隔膜后，制作电池极组，并加装电解液封装，使电解液浸透入正、负极和所述凝胶电解质隔膜的孔隙内。在此过程中，电池极组完成后，加注电解液，封装好，以50°C静置24小时，使电解液完全浸透入正、负极和隔膜孔隙内，这个过程就是渗透过程。
[0054]然后，将渗透好电解液的电池放置于热压机里面施加若干温度、若干压力进行胶化，胶化的聚合物与电解液混合成胶状电解质；
[0055]最后，将电池移送到冷压机施加同样的压力并迅速冷却至常温，电解液被牢牢锁住在电池内部，形成凝胶电解质。在此过程中，应在尽量短的时间内，将电池移送到冷压机施加同样的压力并迅速冷却至常温，这是凝胶过程，经过这个过程，由液态锂离子电池变成了固态聚合物电池，电解液被牢牢锁住电池内部，这就是凝胶电解质形成。最终形成的结果是正、负极片上的粉末完全脱离正、负极，完全吸附于隔膜两表面，这就是聚合物凝胶产生的结果。
[0056]本发明通过采用普通隔膜作为隔膜基体，并在隔膜基体上涂覆凝胶聚合物，形成聚合物涂层，从而可在不增加任何先进的生产设备的前提下，生产处高品质的聚合物锂离子电池，工艺简单，生产成本低。
[0057]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种凝胶电解质隔膜的制造方法，其特征在于包括以下步骤: 将可溶性高分子聚合物微粉和有机溶剂溶成一体制成聚合物浆料； 将所述聚合物浆料涂覆于隔膜基体的表面，挥发有机溶剂在隔膜基体的表面形成聚合物涂层。2.根据权利要求1所述的凝胶电解质隔膜的制造方法，其特征在于:所述可溶性高分子聚合物微粉为聚二偏氟乙烯或改性聚二偏氟乙烯，所述有机溶剂为高浓度丙酮或N-甲基吡咯烷酮。3.根据权利要求2所述的凝胶电解质隔膜的制造方法，其特征在于:所述聚合物浆料的浓度为5% -40%，涂覆量为0.5-5克/平方米。4.根据权利要求1所述的凝胶电解质隔膜的制造方法，其特征在于:所述聚合物涂层的厚度为0.5-5 μ m。5.根据权利要求1所述的凝胶电解质隔膜的制造方法，其特征在于:所述挥发有机溶剂在隔膜基体的表面形成聚合物涂层步骤包括通过烘烤使有机溶剂挥发在所述聚合物涂层上形成孔的二次造孔步骤。6.根据权利要求1所述的凝胶电解质隔膜的制造方法，其特征在于:所述隔膜基体为聚乙烯、聚丙烯或其组合而成的微孔薄膜。7.根据权利要求6所述的凝胶电解质隔膜的制造方法，其特征在于:所述隔膜基体的孔隙率为30% -60%,透气度为50-700Sec/100ml，厚度为5-100 μ m。8.根据权利要求1所述的凝胶电解质隔膜的制造方法，其特征在于:所述涂覆包括浸涂、喷涂、印刷或涂布。9.一种锂离子电池的制造方法，其特征在于:所述锂离子电池的制造方法包括权利要求1-8任一项所述的凝胶电解质隔膜的制造方法； 所述锂离子电池的制造方法还包括:制作电池极组，并加装电解液封装，使电解液浸透入正、负极和所述凝胶电解质隔膜的孔隙内； 将渗透好电解液的电池放置于热压机里面施加若干温度、若干压力进行胶化，胶化的聚合物与电解液混合成胶状电解质； 将电池移送到冷压机施加同样的压力并迅速冷却至常温，电解液被牢牢锁住在电池内部，形成凝胶电解质。10.一种采用权利要求1-9任一项所述方法制作的凝胶电解质隔膜。
【文档编号】H01M10/058GK105895845SQ201410714376
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月21日
【发明人】张俊瑜, 朱江江
【申请人】深圳市天和顺科技有限公司