[發明專利]凝膠聚合物鋰離子電池及其制造方法

有效

• 申請號: 200910143466.6
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN101714669A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 張新;徐海濤;郭燕川;高強力;李榮復;崔瑩;胡元芬;陳科理
• 申請（專利權）人: 張新
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40;H01M10/38
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;顧珊

技術領域：

本發明涉及凝膠聚合物鋰離子電池的結構及制造方法，特別涉及聚氨酯凝膠電解質的制備和鋰電池電極單或雙層一次涂布的制備方法。

背景技術：

鋰離子電池的產生于20世紀60～70年代，由于金屬鋰重量輕、氧化還原電位低，質量能量密度大，因此成為了最有優勢的新型替代能源。我國從1997年開始鋰電池的產業開發和研究，但是至今產品質量參差不齊，高、中、低產品差異很大。隨著市場規律不斷起作用，國家標準不斷強制實施，迫切要求具有安全可靠的高檔大容量鋰電池。聚合物鋰電池誕生于1994年，其電解質采用聚合物，具有可塑性強、不易燃燒、體積利用率高和壽命長的優勢。目前，中國已經能夠生產聚合物鋰電池，但是大部分是液態鋰離子電池的改進，與國外生產的凝膠性鋰離子電池相比具有明顯的不同。只能說是準凝膠型聚合物鋰離子電池，有些也可以說是液體鋰離子電池的軟包裝，因此迫切要求新型的聚合物鋰離子電池技術的問世及其廣泛應用。

聚合物鋰離子電池從大小來分主要分為大容量電池和小型電池，大容量電池主要用于大型機械，如：電動汽車、航天航空、電網復合調節等，小型電池則用于常見的電子元件，如：手機、筆記本電腦、攝像機等。在商品化的充電電池中，聚合物鋰離子電池的比能量最高。可以實現電池的薄型化，滿足使用者對于便攜式電子設備輕薄短小的需求。

現有的制備方法多采用鋁塑膜進行包裝，其中含有液態的電解液，機械強度低容易產生脹氣、泄漏和燃燒，甚至爆炸等問題，嚴重影響電池的安全性，導致無法使用。

當今常用聚合物鋰離子電池均采用三層夾心結構，如：英賽爾科技(深圳)有限公司的專利(200410077201)，惠州TCL金能電池有限公司專利(ZL200410052454.X)，飛利浦電子股份有限公司在專利(WO2003/019698)中描述了將電芯疊加制備得到一種可變型的聚合物鋰電池組；興能高科技股份有限公司采用聚丙烯為單體通過引發聚合制備膠態電解液，而后將其導入含有電芯的鋁箔袋中，但未說明該凝膠電解質在電芯中分布情況。三星SDI株式會社專利(ZL03103890.5，ZL02121519.7)中描述了用丙烯酸酯和環氧乙烷作為單體制備固體聚合物電解質的方法，該電解質為含有鋰鹽的有機電解液，取代了原有液態電解質制備成鋰電池。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種凝膠聚合物鋰離子電池。本發明的另一目的是提供一種凝膠聚合物鋰離子電池的制造方法，包括凝膠聚合物電解質的制備，以及凝膠聚合物電解質與正極材料在覆有金屬箔的聚酯薄膜上的雙層一次涂布成型的技術工藝。該技術工藝生產精度高，能夠保證電極材料與電芯的均一性，簡化了操作步驟，提高了生產效率。

在一方面，本發明提供了一種凝膠聚合物鋰離子電池，所述的鋰離子電池包括單片的鋰離子電池電芯或多片垂直層疊的鋰離子電池電芯。所述的鋰離子電池電芯包括：涂有正極活性材料和凝膠聚合物電解質層的聚酯/金屬箔的復合膜，涂有負極活性材料的聚酯/金屬箔的復合膜。對于涂有負極活性材料的聚酯/金屬箔的復合膜，還可進一步在其負極活性材料的表面涂敷聚氨酯粘結劑。所述的聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯之中的一種或幾種的混合物。所述薄膜厚度為1-100微米。所述金屬箔為無孔、多孔或者網狀結構，厚度在5-20微米，材料為鋁箔、銅箔、銀箔、金箔中的一種或一種以上的復合金屬箔。

另一方面，本發明提供了一種凝膠聚合物鋰離子電池的制造方法，包括以下步驟：

a)在聚酯膜表面涂敷聚氨酯粘結劑，將金屬箔與預涂的聚酯膜輥壓或平面壓，得到表面覆有金屬箔的聚酯復合薄膜；

b)在覆有金屬箔的聚酯復合薄膜上，采用雙層一次涂布的方法涂布正極活性材料和凝膠聚合物電解質兩種漿液，得到聚酯/金屬箔復合薄膜、正極活性材料和凝膠聚合物電解質的三層結構復合層；

c)在覆有金屬箔的復合薄膜上，涂布鋰電池負極材料漿液，得到聚酯/金屬箔復合薄膜與負極材料的雙層結構復合層；

d)將b)和c)得到的復合層，進行層疊、平壓或輥壓，加熱固化，得到凝膠聚合物鋰離子電池單體；

e)在正負極金屬箔上焊接金屬極耳；

f)將電芯進行真空包裝，得到凝膠聚合物鋰離子電池。