专利名称：一种一体化聚合物锂离子电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子电池及其制备方法，更具体地说是涉及一种聚合物锂离子电池及其制备方法。
背景技术：
1996年，聚合物锂离子电池在实验室开发成功。鉴于具有传统锂离子电池的所有优点，并在电池的重量、形状及安全性等方面具有更好的优势，因而得到广泛的应用，被誉为二十一世纪的化学能源。聚合物锂离子通常由电池芯和包装聚合物薄膜构成，包装聚合物薄膜即代替传统的金属钢壳。
然而，目前聚合物锂离子电池存在电解液流动而导致漏液和不安全的问题，而且硬度不能达到直接用作内置式电池。为解决这些问题，应将聚合物锂离子电池内部的电解质、隔膜、正负极材料均粘结在一起成为一个整体，简称一体化结构。目前这种结构只有日本索尼(sony)、日本三洋(sanyo)、中国东莞新能源(简称ATL)公司能够产业化，实现规模化生产。但是sony公司是通过对正负极极片及隔膜表面涂胶，然后将正负极、隔膜卷绕成电芯，再通过热压而使三者粘结到一起。这种工艺对设备精度要求比较高，产品的成本高。sanyo采用现场热聚合方式，将低分子量的聚氧化乙烯PEO加入电解液体系中，通过加热聚合，形成凝胶型聚合物电解质。该技术缺点是低聚物残留在电池中，会导致电池能恶化。而中国atl的一体化电池基本上沿用贝尔技术(BEIICORE)，以偏氟乙烯-六氟丙烯(简称PVDF-HFP)为聚合物母体，铜网、铝网作为正负极集流体，将含有增塑剂的聚合物膜夹在两电极片之间，通过热辊滚压聚合物膜与正负极复合在一起，经过萃取、干燥后进入无水、无氧环境，按流程制成电池。这种工艺对于批量生产来讲，难度大，增塑剂很难除去，残留的增塑剂会导致电池气胀，电池循环性能恶化，电化学性能差异性较大，电池制造成本较高。
发明内容
本发明需解决的技术问题是提供一种性能良好，实用性好的一体化聚合物锂离子电池。
根据上述需解决的技术问题，设计了一种一体化聚合物锂离子电池，包括由正极片、负极片、位于正极片和负极片之间并将两者隔开的隔膜卷绕成的电芯和电解液，在正、负极片上还设有从电芯中引出的正、负极耳，该电芯和电解液通过一层由聚合物形成的薄膜包裹及粘结成一整体结构；所述的聚合物为具有粘性的聚环氧乙烷、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸多聚醇脂中一种或一种以上。
所述的聚环氧乙烷的分子量为20000～200000。
所述的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的分子量为10万～20万。
本发明需解决的另一个技术问题是提供一种工艺流程简单、操作简便、成本低的一体化聚合物锂离子电池的制备方法，其步骤包括 ①制备电芯 在锂离子电池的正负极片点焊正负极耳，用隔膜隔离，然后卷绕成电芯。
②配置聚合物电解液 将适量的聚合物溶于电解液中，形成粘稠的溶液，再用无水的四氢呋喃THF或丙酮作稀释剂使聚合物电解液的黏度达到要求浓度值。
③包裹电芯 先将电芯在50～70℃下干燥10～13h，再在干燥箱中，浸入已配置好的聚合物电解液中，并保持极片完全浸入，极耳及大于极片的隔膜露出聚合物电解液。浸泡1～300min，待电解液浸透极片后，将电芯取出，置于真空加热的旋转箱进行浓缩，以至使电解液中稀释剂缓慢的蒸发掉、电解液渗入极片、聚合物均匀的附着在极片表面形成一层聚合物薄膜。
④包装及后期处理 将得到的经聚合物薄膜包裹及粘结成一整体结构的电芯包装，70～90℃热压0.5～10min，活化，得到一体化的聚合物锂离子电池。
作为本发明的一次改进，上述配置的聚合物电解液中聚合物浓度为0.1～10％。
本发明的优点是，电解质、隔膜、正负极材料均通过聚合物薄膜包裹及粘结在一起，成为一个整体，解决了现有的聚合物锂离子电池存在电解液流动而导致漏液和不安全的问题，及硬度不能达到直接用作内置式电池的缺点。本发明的制备方法，工艺流程简单、操作简便、成本低并适合批量生产。
具体实施例方式 以下通过实施例对本发明的内容作进一步说明，但不应认为本发明的范围仅限于实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
本发明一种一体化聚合物锂离子电池，包括由正极片、负极片、位于正极片和负极片之间并将两者隔开的隔膜卷绕成的电芯和电解液，在正、负极片上还设有从电芯中引出的正、负极耳，该电芯和电解液通过一层由聚合物形成的薄膜包裹及粘结成一整体结构；所述的聚合物为具有粘性的聚环氧乙烷、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸多聚醇脂中一种或一种以上。其中的聚环氧乙烷的分子量为20000～200000，偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物10万～20万。
上述的一体化聚合物锂离子电池的制备方法为 ①制备电芯 在锂离子电池的正负极片点焊正负极耳，用隔膜隔离，然后卷绕成电芯。
②配置聚合物电解液 将适量的聚合物溶于电解液中，形成粘稠的溶液，再用无水的四氢呋喃THF或丙酮作稀释剂使聚合物电解液的黏度达到要求浓度值。本发明所采用的电解液由碳酸酯碳酸乙烯酯(EC)和/或碳酸二乙酯(DEC)和/或碳酸二甲酯(DMC)和/或碳酸甲基乙基酯(EMC)和/或碳酸丙烯酯(PC)与有机溶剂四氢呋喃或丙酮等低沸点易挥发组分及相应的六氟磷酸锂盐组成。
③包裹电芯 先将电芯在50～70℃下干燥10～13h，再在干燥箱中，浸入已配置好的聚合物电解液中，并保持极片完全浸入，极耳及大于极片的隔膜露出聚合物电解液。浸泡1～300min，待电解液浸透极片后，将电芯取出，置于真空加热的旋转箱进行浓缩，以至使电解液中稀释剂缓慢的蒸发掉、电解液渗入极片、聚合物均匀的附着在极片表面形成一层聚合物薄膜。
④包装及后期处理 将得到的经聚合物薄膜包裹及粘结成一整体结构的电芯包装，70～90℃热压0.5～10min，活化，得到一体化的聚合物锂离子电池。
实施案例1 ①制备电芯 在锂离子电池的正负极片点焊正负极耳，用隔膜隔离，然后卷绕成电芯，以备后面所需。
②配置聚合物电解液 取0.5克偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物溶于24.5克含1摩尔浓度六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC的电解液中(其中的EC∶DEC＝1∶1)形成粘稠的溶液，再用无水的THF或丙酮作稀释剂使聚合物电解液的黏度达到要求水平。
③包裹电芯 然后将备用的卷芯浸入电解液中，露出极耳位置，浸泡大约4～7min，取出，置于真空加热的旋转箱进行离心浓缩1～3min，以至使电解液中稀释剂缓慢的蒸发掉、电解液渗入极片、聚合物均匀的附着在极片表面形成一层聚合物薄膜。
④包装及后期处理 然后再把得到的经聚合物薄膜包裹及粘结成一整体结构的电芯包装，封边，80℃热压2min，进行后期处理，如预充、续充，得到一体化聚合物锂离子电池。
实施案例2 ①制备电芯 在锂离子电池的正负极片点焊正负极耳，用隔膜隔离，然后卷绕成电芯，以备后面所需。
②配置聚合物电解液 取0.25克偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和0.25克聚环氧乙烷(分子量为50万)溶于24.5克含1摩尔浓度六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC的电解液中，其中的ECDEC＝1∶1，形成粘稠的溶液，再用无水的THF或丙酮作稀释剂使聚合物电解液的黏度达到要求水平。
③包裹电芯 然后将备用的卷芯浸入电解液中，露出极耳位置，浸泡大约5min，取出，置于真空加热的旋转箱进行离心浓缩1min，以至使电解液中稀释剂缓慢的蒸发掉、电解液渗入极片、聚合物均匀的附着在极片表面形成一层聚合物薄膜。
④包装及后期处理 然后再把得到的经聚合物薄膜包裹及粘结成一整体结构的电芯包装，封边，80℃热压2min，进行后期处理，如预充、续充等，得到一体化聚合物锂离子电池。
实施案例3 ①制备电芯 在锂离子电池的正负极片点焊正负极耳，用隔膜隔离，然后卷绕成电芯，以备后面所需。
②配置聚合物电解液 取0.25克偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和0.3克聚甲基丙烯酸异丁酯溶于24.5克含1M摩尔浓度六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC的电解液中，其中的EC∶DEC＝1∶1，形成粘稠的溶液，再用无水的THF或丙酮作稀释剂使聚合物电解液的黏度达到要求水平。
③包裹电芯 然后将备用的卷芯浸入电解液中，露出极耳位置，浸泡大约5min，取出，置于真空加热的旋转箱进行离心浓缩1min，以至使电解液中稀释剂缓慢的蒸发掉、电解液渗入极片、聚合物均匀的附着在极片表面形成一层聚合物薄膜。
④包装及后期处理 然后再把得到的经聚合物薄膜包裹及粘结成一整体结构的电芯包装，封边，80℃热压2min，进行后期处理，如预充、续充等，得到一体化聚合物锂离子电池。
实施案例4 ①制备电芯 在锂离子电池的正负极片点焊正负极耳，用隔膜隔离，然后卷绕成电芯，以备后面所需。
②配置聚合物电解液 取0.15克偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和0.15克聚环氧乙烷(分子量50万)及聚甲基丙烯酸异辛酯0.2克溶于24.5克含1M摩尔浓度六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC的电解液中，其中的EC∶DEC＝1∶1，形成粘稠的溶液，再用无水的THF或丙酮作稀释剂使聚合物电解液的黏度达到要求水平。
③包裹电芯 然后将备用的卷芯浸入电解液中，露出极耳位置，浸泡大约5min，取出，置于真空加热的旋转箱进行离心浓缩1min，以至使电解液中稀释剂缓慢的蒸发掉、电解液渗入极片、聚合物均匀的附着在极片表面形成一层聚合物薄膜。
④包装及后期处理 然后再把得到的经聚合物薄膜包裹及粘结成一整体结构的电芯包装，封边，80℃热压2min，进行后期处理，如预充、续充等，得到一体化聚合物锂离子电池。
实施案例5 ①制备电芯 在锂离子电池的正负极片点焊正负极耳，用隔膜隔离，然后卷绕成电芯，以备后面所需。
②配置聚合物电解液 取0.15克偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和0.15克聚环氧乙烷(分子量50万)及0.2克聚丙烯酸丁酯溶于24.5克含1M摩尔浓度六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC的电解液中，其中的EC∶DEC＝1∶1，形成粘稠的溶液，再用无水的THF或丙酮作稀释剂使聚合物电解液的黏度达到要求水平。
③包裹电芯 然后将备用的卷芯浸入电解液中，露出极耳位置，浸泡大约5min，取出，置于真空加热的旋转箱进行离心浓缩1min，以至使电解液中稀释剂缓慢的蒸发掉、电解液渗入极片、聚合物均匀的附着在极片表面形成一层聚合物薄膜。
④包装及后期处理 然后再把得到的经聚合物薄膜包裹及粘结成一整体结构的电芯包装，封边，80℃热压2min，进行后期处理，如预充、续充等，得到一体化聚合物锂离子电池。
以上实施例所得的一体化锂离子电池的电化学性能对比，如表1 从表中我们可以结论出，本发明所得到的一体化聚合物锂离子电池的电化学性能均良好。
权利要求
1、一种一体化聚合物锂离子电池，包括由正极片、负极片、位于正极片和负极片之间并将两者隔开的隔膜卷绕成的电芯和电解液，在正、负极片上还设有从电芯中引出的正、负极耳，其特征在于该电芯和电解液通过一层由聚合物形成的薄膜包裹及粘结成一整体结构；所述的聚合物为具有粘性的聚环氧乙烷、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸多聚醇脂中的一种或一种几种的混合物。
2、根据权利要求1所述的一体化聚合物锂离子电池，其特征在于所述的聚环氧乙烷的分子量为20000～200000。
3、根据权利要求1所述的一体化聚合物锂离子电池，其特征在于所述的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的分子量为10万～20万。
4、一种根据权利要求1-3任意一项所述的一体化聚合物锂离子电池的制备方法，其步骤包括
①制备电芯时，在锂离子电池的正负极片点焊正负极耳，用隔膜隔离，然后卷绕成电芯；
②配置聚合物电解液时，将适量的聚合物溶于电解液中，形成粘稠的溶液，再用无水的四氢呋喃THF或丙酮作稀释剂使聚合物电解液的黏度达到要求浓度值；
③包裹电芯时，先将电芯在50～70℃下干燥10～13h，再在干燥箱中，浸入已配置好的聚合物电解液中，并保持极片完全浸入，极耳及大于极片的隔膜露出聚合物电解液，浸泡1～300min，待电解液浸透极片后，将电芯取出，置于真空加热的旋转箱进行浓缩，以至使电解液中稀释剂缓慢的蒸发掉、电解液渗入极片、聚合物均匀的附着在极片表面形成一层聚合物薄膜；
④包装及后期处理时，将得到的经聚合物薄膜包裹及粘结成一整体结构的电芯包装，70～90℃热压0.5～10min，活化，得到一体化的聚合物锂离子电池。
5、根据权利要求4所述的一体化聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于配置成的聚合物电解液中聚合物质量浓度为0.1～10％。
全文摘要
本发明提供了一种一体化聚合物锂离子电池及其制备方法。该电池包括由正极片、负极片、位于正极片和负极片之间并将两者隔开的隔膜卷绕成的电芯和电解液，其特点是该电芯和电解液通过一层由聚合物形成的薄膜包裹及粘结成一整体结构。此种一体化结构有效地解决了现有的聚合物锂离子电池存在电解液流动而导致漏液和不安全的问题，及硬度不能达到直接用作内置式电池的缺点。该电池的制备工艺流程简单、操作简便、成本低并适合批量生产。
文档编号H01M6/16GK101609909SQ20081002896
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者郭也平, 陈国荣 申请人:Tcl集团股份有限公司