[發(fā)明專利]一種鋰離子電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811628094.1
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109687032A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何丹農(nóng);解啟飛;張芳;張道明;王亞坤;王惠亞;趙立敏;盧玉英;吳曉燕;鄧秉浩;金彩虹
• 申請（專利權(quán)）人: 上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 上海東亞專利商標(biāo)代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發(fā)明提供一種新型鋰離子電池結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，鋰離子電池結(jié)構(gòu)設(shè)計為將正極和負(fù)極材料同側(cè)涂布于薄膜上，或?qū)⒄龢O材料和負(fù)極材料嵌入固態(tài)電解質(zhì)材料內(nèi)部，該結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)點在于使鋰離子的遷移運動橫向發(fā)生在薄膜或固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)，從而弱化了薄膜破損或者固態(tài)電解質(zhì)破碎帶來的內(nèi)部短路隱患，提升了鋰離子電池的使用安全性，該方法設(shè)計新穎，易于大批量工業(yè)化生產(chǎn)，有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及到一種鋰離子電池結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，應(yīng)用于鋰離子電池領(lǐng)域。

技術(shù)背景

鋰離子電池能量密度高、輸出功率大、電壓高、自放電小、工作溫度范圍寬、無記憶效應(yīng)和對環(huán)境友好等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、電動車、軌道交通、 大規(guī)模儲能和航空航天等領(lǐng)域。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)按其極片裝配方式的不同主要分為“疊片式結(jié)構(gòu)”和“卷繞式結(jié)構(gòu)”兩種，對應(yīng)“疊片”和“卷繞”兩種工藝。

疊片工藝是將正極、負(fù)極切成小片與隔膜疊合成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯(lián)起來，組成一個大電芯的制造工藝。

疊片結(jié)構(gòu)尺寸比較靈活，可以把鋰離子電池做成三角形，圓形等，極片容易進(jìn)行檢查或挑選；但其機(jī)械化不容易實現(xiàn)，且極片要沖切，斷面較多，容易刺穿隔膜，造成短路，易產(chǎn)生副反應(yīng)，而且電池的張力不容易控制。

卷繞工藝是將正極片、負(fù)極片、隔膜、正極耳、負(fù)極耳、保護(hù)膠帶、終止膠帶等物料固定在設(shè)備上，設(shè)備經(jīng)過放卷完成電芯制作。

卷繞結(jié)構(gòu)機(jī)械化容易，速度較快，均一性更有保證，有利于大規(guī)模生產(chǎn)；但其正面與側(cè)面的張力不一致，導(dǎo)致內(nèi)部反應(yīng)不均勻，對極片的涂布要求高。要求極片層有一定的彈性，否則在彎折處易脫落或斷裂，由于電極從極片上一處引出，存在電場分布的問題，要求電極層有較好的導(dǎo)電性。

所以，現(xiàn)有的鋰離子電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在諸多弊端，如比較突出的是能量密度較低和安全性問題，所以新型鋰離子電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計對鋰離子電池的發(fā)展顯得尤為重要。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以在一定程度上解決鋰離子電池的能量密度較低和安全性問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。

本發(fā)明目的通過下述方案實現(xiàn)：一種鋰離子電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，制備材料包括：薄膜或者3D打印帶有空槽的固態(tài)電解質(zhì)，包括下述步驟：

（1）將正極材料涂布在薄膜兩側(cè)或者填入電解質(zhì)隔膜的空槽，干燥固化，其中，所述正極材料為鎳鈷錳三元材料：鎳鈷錳三元材料做活性物質(zhì)，乙炔黑做導(dǎo)電劑，PVDF做粘結(jié)劑，NMP做溶劑，配成的混合液；

（2）將負(fù)極材料涂布在薄膜兩側(cè)或者填入電解質(zhì)隔膜的空槽，干燥固化，所述負(fù)極材料可以為石墨材料：石墨材料做活性物質(zhì)，乙炔黑做導(dǎo)電劑，PVDF做粘結(jié)劑，NMP做溶劑配成的混合液；

（3）將以上步驟得到的電芯材料封裝。

其中，所述薄膜為纖維素隔膜或聚氧乙烯（PEO）基電解質(zhì)。

步驟(1)中，所述活性物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%-80%，導(dǎo)電劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%-30%，粘結(jié)劑PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%-20%。

在上述方案基礎(chǔ)上，步驟(1)中，所述的PVDF濃度為：0.02g/ml-0.04g/ml。

在上述方案基礎(chǔ)上，步驟(1)中，干燥溫度為80℃-100℃，干燥時間為4h-12h。

步驟(2)中，所述活性物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%-80%；導(dǎo)電劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%-30%，粘結(jié)劑PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%-20%。

在上述方案基礎(chǔ)上，步驟(2)中，所述的PVDF濃度為0.02g/ml-0.04g/ml。