[發(fā)明專利]固態(tài)鋰離子電極、電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310421414.7
• 申請(qǐng)日: 2013-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103474620A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向勇;臧亮;尹從明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 向勇
• 主分類號(hào): H01M4/13
• 分類號(hào): H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0562;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 彭成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池制造領(lǐng)域，具體涉及固態(tài)鋰離子電池、電極及其制備方法。

背景技術(shù)

二次電池是筆記本電池、電動(dòng)汽車、移動(dòng)電話及其它電子設(shè)備的重要組成部分。在各種二次電源中，鋰離子電池由于具有較高的比能量、較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，被廣泛地應(yīng)用。然而由于鋰離子使用液態(tài)可燃的電解液，鋰離子電池安全性亟待提高。聚合物凝膠鋰離子電池采用凝膠電解質(zhì)材料替代傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池中的隔膜和部分電解質(zhì)，但電池裝配完畢后仍需要向電池包（殼）中注入液態(tài)電解液(中國(guó)專利制授權(quán)公告號(hào)CN101677139B)或使用液態(tài)電解液對(duì)電極進(jìn)行活化，制造方法比較復(fù)雜（美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)US2008/0070103A1）。固態(tài)薄膜鋰離子電池采用全固態(tài)的電極和電解質(zhì)材料，但是其采用沉積的方法在特定的基地材料上沉積制備過(guò)程。這種方法效率低、成本高，不適宜制造較厚的電極，也不適合制造大容量鋰離子電池（如中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)CN102891317A）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了固態(tài)鋰離子電池電極和電池的制備方法。

本發(fā)明涉及一種固態(tài)鋰離子電池電極，電極由金屬集流體及附著在集流體上的活性物質(zhì)材料、導(dǎo)電劑、固態(tài)電解質(zhì)、粘結(jié)劑構(gòu)成，制備方法具體步驟如下：

將活性物質(zhì)材料、導(dǎo)電劑、固態(tài)電解質(zhì)、粘結(jié)劑加入有機(jī)溶劑攪拌成漿料。使用轉(zhuǎn)移涂布機(jī)將含有活性物質(zhì)的漿料涂到集流體表面，將極片烘干，使用輥壓機(jī)將極片輥壓，即成。所述轉(zhuǎn)移涂布機(jī)被擠壓涂布機(jī)或噴涂機(jī)代替。

活性物質(zhì)材料分為正負(fù)電極活性物質(zhì)材料；正電極活性物質(zhì)材料選用以下化合物或多種混合：LiCoO₂、LiCo_xMn_yO₂（x+y=1）、LiNi_xCo_yO₂（x+y=1）、LiNi_xMn_yO₂（x+y=1）、LiNi_xCo_yMn_zO₂（x+y+z=1）、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiMnPO₄以及上述化合物的元素?fù)诫s化合物；負(fù)電極活性物質(zhì)材料選用以下化合物：石墨、中間相炭微球、軟炭材料、鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）、硅。

固態(tài)電解質(zhì)為固態(tài)粉體無(wú)機(jī)化合物，粉體粒徑范圍為30nm～20um，選自以下化合物：Li₃PO₄、鋰磷氧氮化合物（LiPON）、鋰鑭鈦氧化物（LLT）、鋰釩硅氧化合物(LiVSiO)、Li₂S·P₂O₅復(fù)合物以及上述化合物的元素?fù)诫s化合物。

導(dǎo)電劑選用以下化合物的一種或多種：碳黑、乙炔黑、碳纖維、碳納米管、石墨烯；粘結(jié)劑選用以下化合物的一種或多種：聚氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚氯乙烯（PVC）。

活性物質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑固體物質(zhì)重量占比分別為：活性物質(zhì)比例為75.5～94%、固態(tài)電解質(zhì)比例為2～10%、導(dǎo)電劑比例為2～4.5%、粘結(jié)劑比例為2～10%。

所述有機(jī)溶劑采用：N-甲基吡咯烷酮（NMP）；有機(jī)溶劑加入重量與固體物質(zhì)質(zhì)量比為：3:7～7:3。所述的集流體材料為金屬，正極集流體具體選用鋁箔、涂炭鋁箔，負(fù)極集流體選用銅箔。

本發(fā)明還涉及一種利用上述正負(fù)電極制備的固態(tài)鋰離子電池，一種固態(tài)鋰離子電池，包括上述的正負(fù)電極及其電解質(zhì)復(fù)合層膜，其制備方法的具體步驟如下：在正極或負(fù)極或二者極片表面兩側(cè)涂覆一層均相的凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)或固態(tài)聚合物凝膠電解質(zhì)復(fù)合層膜。將電解質(zhì)層自然風(fēng)干或加熱烘干。將正負(fù)極相對(duì)交替疊成電池體裝入電池殼或鋁塑膜中并封口。將電池充電至額定容量的10～90%后入庫(kù)存放。其中所述的凝膠基質(zhì)為常見(jiàn)鋰電池凝膠基質(zhì)，包括聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷聚偏氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚六氟丙烯，聚(六氟丙烯-偏1,1二氟乙烯)，聚氧乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯等；所述的固態(tài)聚合物為聚氯乙烯和聚苯乙烯的共聚物。

本發(fā)明的有益效果如下：