一种柔性锂离子电池及制备方法与流程

文档序号:38292130发布日期:2024-06-14 10:28阅读:11来源:国知局

本发明涉及锂离子电池,尤其是涉及一种柔性锂离子电池及制备方法。


背景技术:

1、随着电子科技的快速发展,锂离子电池作为传统的能量储存器件,其能量密度、安全性能和使用寿命受到了越来越多的挑战。

2、现有的锂离子电池包括相互叠加卷绕的正极片、隔膜、负极片、电解质和电池外壳,正极片包括一正极集流体及形成于其上的正极材料层,负极片包括一负极集流体及形成于其上的负极材料层。正极集流体和负极集流体的柔韧性和质量对锂离子电池安全性能和使用寿命起到至关重要的作用,这是因为,如若采用刚性集流体,一旦受挤压或弯折变形并导致电池变形,将会破坏正负极片与隔膜间的界面,导致电池性能恶化,影响终端用户的正常使用。

3、锂离子电池现常用的硅基负极具有较高的理论克容量,例如氧化亚硅材料的理论比容量为1964mah/g,综合性能比较理想,但sio材料形成sei膜都需要消耗一部分来自正极的锂离子,导致锂离子电池的首次效率较低(一般在65%~85%)。

4、锂离子电池现常用的电解液均为易燃、易爆、易挥发的有机溶剂,电解液的泄漏会造成锂离子电池的安全隐患。相对于电解液,聚合物电解质不漏液,可避免电解液泄漏造成的安全事故,所以聚合物电解质是锂离子电池发展的一个重要方向。而自愈合聚合物材料具有特殊的机械性能,可自发的修复裂纹,不易破损,可提升聚合物电解质的稳定性。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种锂离子电池及制备方法,以解决上述背景中的问题。

2、本发明的第一目的是提供一种柔性锂离子电池,其包括:正极、预锂化负极、隔膜、电解质及电池外壳,所述电解质为自愈合共聚物。

3、优选的,所述预锂化负极包括集流体、负极材料层和锂层,所述集流体的厚度为4μm~10μm。

4、优选的,所述集流体为柔性复合集流体,其包括金属层一、金属层二及二者之间的绝缘层,所述金属层一和所述金属层二的厚度均为0.5μm~3μm。

5、优选的,所述自愈合共聚物的单体包括upy-ma和2-氰基丙烯酸乙酯。

6、本发明的另一目的是提供一种柔性锂离子电池的制备方法,其步骤包括:

7、s1、在集流体上涂覆负极浆料,烘干后得到负极材料层,在所述负极材料层上覆合锂层,得到负极片;将负极片与正极片装配成的极组置于电池外壳中,得干电芯;

8、s2、将聚合物单体溶液注入干电芯中,进行陈化、预锂化,形成预锂化负极和自愈合共聚物电解质;

9、s3、对步骤s2的产品进行化成,得到柔性锂离子电池。

10、优选的,步骤s1中的锂层为覆着于负极层的锂箔、锂网或锂粉,或者为采用物理蒸镀法沉淀的金属锂。

11、优选的,步骤s2中的聚合物单体溶液按质量计,包括:

12、0.2%~20%的共聚单体一;

13、0.2%~20%的共聚单体二;

14、0.2%~20%的交联剂;

15、0.01%~1%的引发剂;

16、20%~80%的小分子溶剂;

17、0.2%~10%的成膜添加剂;

18、及10%~40%的锂盐。

19、优选的,共聚单体一为2-氰基丙烯酸乙酯,共聚单体二为upy-ma。

20、优选的,步骤s2中,进行陈化时的反应温度为25~80℃,反应时间为30min~48h。

21、优选的,步骤s2中,进行预锂化时,首次充电电流为0.005c-1c,首次充入电量大于柔性锂离子电池标称容量的1%。

22、本发明具有的有益效果是:

23、(1)通过柔性复合集流体改善柔性锂离子电池的抗变形性能,提高柔性锂离子电池在使用过程中的安全性能,同时通过调控其厚度,减轻柔性锂离子电池的质量,提高便携性;

24、(2)通过对负极材料层进行预锂化,减少负极材料在形成sei膜过程中对正极锂离子的消耗,提高柔性锂离子电池的首次效率,同时,锂层还可作为自愈合共聚物电解质的单体进行原位聚合反应的催化剂,简化制造工艺流程,加速电池制作进程;

25、(3)通过原位构建电化学稳定、机械稳定的自愈合共聚物电解质,降低聚合物电池的界面阻抗,提升了高比能柔性锂离子电池体系的稳定性。



技术特征:

1.一种柔性锂离子电池,其特征在于,包括:正极、预锂化负极、隔膜、电解质及电池外壳,所述电解质为自愈合共聚物。

2.根据权利要求1所述的一种柔性锂离子电池,其特征在于,所述预锂化负极包括集流体、负极材料层和锂层,所述集流体的厚度为4μm~10μm。

3.根据权利要求2所述的一种柔性锂离子电池,其特征在于,所述集流体为柔性复合集流体,其包括金属层一、金属层二及二者之间的绝缘层,所述金属层一和所述金属层二的厚度均为0.5μm~3μm。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种柔性锂离子电池,其特征在于,所述自愈合共聚物的单体包括upy-ma和2-氰基丙烯酸乙酯。

5.一种柔性锂离子电池的制备方法,其步骤包括:

6.根据权利要求5所述的一种柔性锂离子电池的制备方法,其特征在于,步骤s1中的锂层为覆着于负极层的锂箔、锂网或锂粉,或者为采用物理蒸镀法沉淀的金属锂。

7.根据权利要求5或6所述的一种柔性锂离子电池的制备方法,其特征在于,步骤s2中的聚合物单体溶液按质量计,包括:

8.根据权利要求7所述的一种柔性锂离子电池的制备方法,其特征在于,共聚单体一为2-氰基丙烯酸乙酯,共聚单体二为upy-ma。

9.根据权利要求5-6、8任一所述的一种柔性锂离子电池的制备方法,其特征在于,步骤s2中,进行陈化时的反应温度为25~80℃,反应时间为30min~48h。

10.根据权利要求5-6、8任一所述的一种柔性锂离子电池的制备方法,其特征在于,步骤s2中,进行预锂化时,首次充电电流为0.005c-1c,首次充入电量大于柔性锂离子电池标称容量的1%。


技术总结
本发明提供一种柔性锂离子电池及制备方法,所述电池包括正极、预锂化负极、隔膜、电解质及电池外壳,所述电解质为自愈合共聚物;所述预锂化负极包括集流体、负极材料层和锂层,所述集流体为柔性复合集流体,其包括金属层一、金属层二及二者之间的绝缘层。本发明利用柔性复合集流体的短路自愈机制提高柔性锂离子电池的安全性能;通过对负极材料层进行预锂化,减少负极材料在形成SEI膜过程中对正极锂离子的消耗,提高柔性锂离子电池的首次效率,同时,锂层还可作为共聚单体进行原位聚合反应的催化剂,加速电池制作进程;通过原位构建电化学稳定、机械稳定的自愈合共聚物电解质,降低聚合物电池的界面阻抗,提升了高比能柔性锂离子电池体系的稳定性。

技术研发人员:孟繁慧,张方忠,侯宾,姜文
受保护的技术使用者:中电科蓝天科技股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/13
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