[發明專利]一種凝膠態鋰離子電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201711113955.8
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107887656A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 邢偉偉;李小兵;陳小平;胡澤林;文一波
• 申請（專利權）人: 桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0587
• 分類號: H01M10/0587;H01M10/0525;H01M10/0565
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙)43217
• 代理人: 李大為

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體地說，涉及一種凝膠態鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高，循環壽命長等優點，是近年來發展最快，前景最為看好的二次電池，已廣泛應用于智能手機、平板電腦、數碼相機、電動玩具、電子導航儀等。近年來，鋰離子電池在新能源汽車、通信基站、軍事、航空航天等領域也得到了較為廣泛的應用。

目前量產的鋰離子電池基本都使用液態電解液，電池由正極、負極、隔膜、液態電解液與外殼組成。由于液態電解液存在漏液、界面持續副反應產氣、電解液易燃、循環消耗電解液等缺陷，所以各國一致認為下一代鋰離子電池將是能量密度和安全性能更好的全固態電池。全固態電池可以抑制鋰枝晶，所以可以使用能量密度遠遠高于當前石墨的、且電位更低的金屬鋰作為負極，也更能適應材料的體積變化，故而固態電池在能量密度、安全性能、高溫性能、循環性能上具有極大的優勢，正負極活性物質可選擇的材料更為廣泛，是公認的最具前景的二次電池。但全固態電池電極與電解質的界面接觸較差，離子電導率低，目前技術尚不成熟。而介于液態電池和全固態電池之間的凝膠電池，綜合了兩者的優勢，產業化技術難關基本被攻克，已處于商品化的初期，是極具潛力的下一代鋰離子電池。

凝膠電池目前主要有三種技術：Bellcore技術，即PVDF-HFP萃取技術；PVDF隔膜涂膠技術；現場聚合技術。前兩者都存在工藝復雜，成本高，電解液包裹性不強等缺陷，目前最為可行是現場聚合技術。

現場聚合技術主要是在液態電解液中添加引發劑和單體聚合物，然后在一定條件下單體聚合物在電芯內部聚合，液態電解液被緊密包裹在聚合物的三維網絡中，不存在漏液腐蝕風險；極片、隔膜與凝膠電解液界面接觸緊密，電芯各項性能優異，安全性顯著提高，成本更低。但目前的聚合過程中會產生氣體雜質，無法清除水分，從而影響聚合的純度，以至于致使電解液的包裹不全，包裹能力不強，影響電池的使用性能。

有鑒于此特提出本發明。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種凝膠態鋰離子電池及其制備方法，通過在凝膠電池液態電解液聚合過程中持續保持高真空環境，可以有效去除空氣中的氧氣對單體所起的阻聚作用，能夠大大縮短單體聚合的反應時間，提高生產效率。

為解決上述技術問題，本發明采用技術方案的基本構思是：

本發明一方面提供一種凝膠態鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1，將電池的正極、負極、隔膜裝配成卷芯體，卷芯體裝入設有開口的外殼中得到電芯，并干燥除水；

步驟S2，通過開口將液態電解液注入電芯內部，靜置一段時間后放入密閉容器內；

步驟S3，開始加熱聚合反應，在聚合反應加熱到40-60℃時，將密封容器內部抽真空，并保持負真空狀態繼續進行聚合反應；

步驟S4，完成聚合反應后，化成、分容，即得到凝膠態的鋰離子電池。

進一步地，所述液態電解液包括多官能引發劑、環狀聚合物、新型功能化聚合物等單體聚合物。

進一步地，所述步驟S2中注入電解液的電芯靜置12h-24h。

進一步地，所述步驟S3中負真空的真空度為-99Kpa～101Kpa。

本發明另一方面提供一種凝膠態鋰離子電池，以上述凝膠態鋰離子電池的制備方法制備而成。

具體地，將凝膠電池的正極、負極、隔膜裝配成卷芯體，卷芯體裝入外殼并干燥除水，然后再注入含多官能引發劑、以及環狀聚合物、新型功能化聚合物等單體聚合物的液態電解液，外殼開口靜置12-24h待電解液浸潤電極和隔膜。將外殼開口的電池放入一密封容器內，開始加熱聚合反應，加熱溫度在40-60℃，此時在密閉容器內抽真空，真空度抽到-99Kpa至-101Kpa并持續保持，將容器環境中的水分、氧氣、反應產生的氣體抽出。通過高真空聚合技術，可以將聚合時間由原來的12-36h縮短至2h以下，且生成的聚合物聚合度更大，對電解液的包裹能力更強，純度更高。電解液聚合后，電池按正常工序化成分容，即得到凝膠態的鋰離子電池。該技術可以有效地提升凝膠電池的生產效率和性能。

采用上述技術方案后，本發明與現有技術相比具有以下有益效果。