[發明專利]金屬外殼膠體鋰離子電池的原位聚合制備方法

無效

• 申請號: 201110269639.6
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102324467A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 朱德金;劉子敬;田剛;張學花;申天娜;張磊華;韓勇
• 申請（專利權）人: 山東同大新能源有限公司
• 主分類號: H01M2/02
• 分類號: H01M2/02;H01M10/0565
• 代理公司: 濰坊正信專利事務所 37216
• 代理人: 石譽虎

技術領域

本發明涉及膠體鋰離子電池的制備方法。

背景技術

環境污染和能源緊缺是目前人們面臨的兩大難題，發展高能量密度的化學電源技術是解決上述難題的重要手段之一。鋰離子電池是一種重要的高能化學電源，具有工作電壓高、容量高、環境友好等優點，在移動通訊、數碼相機等小型電子產品領域取得巨大商業成功，但常規液態鋰離子電池的安全與壽命問題同交通、儲能、國防軍事等領域的要求尚有一定差距。解決該問題的重要策略之一是制備膠體鋰離子電池，利用膠體聚合物將電解液禁錮，從而降低其蒸汽壓和消耗速率，提高安全性能和使用壽命。

為此，研究者提出多種聚合物鋰離子電池的制備方案。一是制備具有獨立支撐能力的膠體聚合物膜。申請號為200410067008.6、201010599754.5、200810141721.9、200810141722.3、200610053657.X、200410040214.8、200810102964.1、200510002963.6、200910150780.7、200610053763.8等的專利分別利用含氟樹脂或腈基材料通過共混、共聚、相轉移等手段，制備了膠體聚合物微孔膜，組裝成電池后向微孔膜內注入電解液，組成聚合物鋰離子電池。該種方法成本較高，與現有常規液態硬殼鋰離子電池制備工藝相容性較差。

二是在電極表面或隔膜上涂布一層聚合物，這種方式比較普遍。申請號為200510035422.3、200610036146.7、200410014694.0、200810028966.0等的專利將聚合物涂覆于正極、負極、隔膜表面或摻雜于電極材料中，或直接將裸電芯浸泡于聚合物溶液中，從而得到涂覆式凝膠聚合物鋰離子電池。該種方式同現有常規液態硬殼鋰離子電池制備工藝相容性也較差。

三是采用原位聚合的方式，將聚合物單體或齊聚物同電解液一起注入電池中，在電池內部加熱聚合。但現有專利所采用的鋁塑軟包裝方式，無助于動力電池在工作時熱量的散發，且軟包裝膜易發生老化，服役期較短，在實際使用中的可靠性較低。或者是采用的金屬涂覆塑料膜作為電池殼方式，同直接采用金屬殼體作為容器，從而可以在原有的液態鋰離子電池生產工藝基礎上進行改進的聚合物鋰離子電池生產技術有顯著不同。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種金屬外殼膠體鋰離子電池的原位聚合制備方法，以滿足動力電池對鋰離子電池耐熱性、散熱性、安全性、可靠性以及服役期等方面的較高要求，同時又適應原常規液態金屬外殼鋰離子電池生產工藝，以降低成本，提高生產效率。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：金屬外殼膠體鋰離子電池的原位聚合制備方法，包括以下步驟：

（1）?????制備外殼：用金屬材料分別制作電池殼和電池帽，在電池帽上設置輸出正極和輸出負極，且在電池帽上開設注液孔；

（2）?????制備電池芯：將正極活性物質、正極粘接劑和正極導電劑涂布到正極集流體上再經過烘干、輥壓和分切加工成正極片，將負極活性物質、負極粘接劑和負極填充劑涂布到負極集流體上再經過烘干、輥壓和分切加工成負極片，將正極片和負極片使用多孔隔膜進行隔離并采用卷繞或疊片方式制成電池芯；

（3）?????封裝：將電池芯裝入電池殼中，將電池芯的正極耳和負極耳分別與電池帽的輸出正極和輸出負極連接，將電池帽焊接或粘接到電池殼上；

（4）?????聚合物、自由基引發劑和電解液的混合溶液配制：將鋰鹽溶解到有機溶劑中制得電解液，在電解液中添加能進行自由基聚合的聚合物單體和自由基引發劑并混合均勻得到混合溶液，其中，所述有機溶劑為兩種或兩種以上的組分組成的混合溶劑，所述聚合物單體為甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、乙二醇二丙烯酸酯中的一種或多種，聚合物單體的加入量為電解液重量的1%-20%，自由基引發劑的加入量為聚合物單體重量的0.01%-1%；

（5）?????注液：將聚合物單體、自由基引發劑和電解液的混合溶液由電池帽上的注液孔真空注入到電池殼內，然后密封注液孔；

（6）?????原位熱聚合膠化處理：在30℃-100℃溫度下加熱1小時-72小時，聚合物單體、自由基引發劑和電解液的混合溶液，形成膠體聚合物電解質，在膠體聚合物電解質的膠合作用下，將正極片、負極片和隔膜粘接在一起，使電池芯成為一個整體。

其中，用于制作電池殼和電池帽的金屬材料為鋁、鋁合金、不銹鋼或鍍鎳鋼帶。