專(zhuān)利名稱(chēng)：一種柔性薄膜鋰離子電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜鋰離子電池制造領(lǐng)域，尤其涉及一種柔性薄膜鋰離子電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的日新月益，人類(lèi)對(duì)智能信息技術(shù)的安全及可靠性提出了極高的要求，特別是在智能銀行卡、RFID射頻技術(shù)、薄膜藥物醫(yī)療等新興領(lǐng)域的興起，要求有一種非常穩(wěn)定可靠的微型電源為智能裝置提供能源，實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用，為人類(lèi)提供安全可靠的服務(wù)。
而對(duì)于國(guó)內(nèi)普通的薄鋰離子電池由于厚度一致性差而導(dǎo)致電池的發(fā)全性得不到保障，不能任意彎曲等不良缺陷，因此并不能真正應(yīng)在高端智能化微型裝置中，導(dǎo)致我國(guó)的智能化產(chǎn)品技術(shù)始終落后于國(guó)外西方發(fā)達(dá)國(guó)家水平。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供具有一種厚度均勻、柔韌性強(qiáng)超薄鋰離子電池，并進(jìn)一步提供制備超薄鋰離子電池的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種柔性薄膜鋰離子電池，它由正極層、隔膜、負(fù)極層和外包裝層組成，正極層由厚度為16-30 μ M的鋁箔和采用凹版印刷技術(shù)印制在鋁箔單面的正極材料組成，負(fù)極層由厚度為10-30 μ M的銅箔和采用凹版印刷技術(shù)印制在銅箔單面的負(fù)極材料組成，隔膜為16 μ M或20 μ M的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/ ΡΕ/ΡΡ)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，鋁箔和銅箔的外表面貼有15 30 μ M厚的粘接膠紙，外包裝層為鋁塑復(fù)合膜，該電池的正極材料包括分散劑Hypermer KD-1，該電池的負(fù)極材料包括導(dǎo)電劑氣相生長(zhǎng)炭纖維。
本發(fā)明所述的柔性薄膜鋰離子電池，正極材料由鈷酸鋰、鏈狀石墨、鱗狀石墨、聚偏氟乙烯和分散劑Hypermer KD-1按照重量份數(shù)比94 1. 7 1. 9 1 3 0. 1 0. 3 組成的固體混合物和由N-甲基吡咯烷酮組成的溶劑按固液比60 75 40 25組成；負(fù)極材料由石墨、鏈狀石墨、鱗狀石墨、羥甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、氣相生長(zhǎng)炭纖維按照重量份數(shù)比91. 5 0.475 0.495 0. 5 1. 5 6 0. 005 0. 025組成的固體混合物和由去離子水組成的溶劑按固液比45 65 55 35組成。
本發(fā)明所述的柔性薄膜鋰離子電池，隔膜厚度為12 16μΜ的celgard系列產(chǎn)品，粘接膠紙的厚度為15 30 μ Μ,復(fù)合鋁塑膜的厚度為70 88 μ Μ。
本發(fā)明所述的柔性薄膜鋰離子電池，鋁塑復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)如下(單位 μ m) ON(18) +DL (3) +AL (28) +ND (3) +CPP (22) +PP (14)=總厚度 88 μ m(士5% )其中 ON 為延伸尼龍，DL為干燥式鋁塑復(fù)合膜粘合層，AL指鋁箔，ND是NEO-DRY的略寫(xiě)一DNP的新型粘合劑使用的粘合層，CPP指未延伸的聚丙烯，PP是聚丙烯復(fù)合層。
本發(fā)明所述的柔性薄膜鋰離子電池，分散劑Hypermer KD-I的密度為1. llg/cm3,熔點(diǎn)為47 V，堿當(dāng)量為1100 1600，具有不溶于水，溶于芳香族\含鹵素\酮類(lèi)\酯類(lèi)\高級(jí)醇類(lèi)溶劑的性質(zhì)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種制備柔性薄膜鋰離子電池的方法，該柔性薄膜電池由正極層、隔膜、負(fù)極層和外包裝層組成，正極層由厚度為20-50μΜ的鋁箔和采用凹版印刷技術(shù)印制在鋁箔單面的正極材料組成，負(fù)極層由厚度為10-30 μ M的銅箔和采用凹版印刷技術(shù)印制在銅箔單面的負(fù)極材料組成，外包裝層為鋁塑復(fù)合膜，所述正極材料包括分散劑 Hypermer KD-I，負(fù)極材料包括導(dǎo)電劑氣相生長(zhǎng)炭纖維；制備方法具體包括如下步驟
分別配制正極材料和負(fù)極材料，并采用凹版印刷技術(shù)印制技術(shù)將正極材料和負(fù)極材料分別印于鋁箔和銅箔上，熱壓復(fù)合后裁片、沖切，將沖切后的正極層、隔膜和負(fù)極層疊片包膠，采用萬(wàn)向調(diào)節(jié)定位系統(tǒng)裝置定位后焊接封邊，經(jīng)烘烤除氣、注液、真空靜置吸附后常溫靜置，再進(jìn)行化成、界面熱壓一致性處理、真空抽氣、測(cè)容和老化處理，最后包裝成型。
本發(fā)明所述的柔性薄膜鋰離子電池的制備方法，其正、負(fù)極材料分別按照鈷酸鋰、鏈狀石墨、鱗狀石墨、聚偏氟乙烯和分散劑Hypermer KD-I的重量份數(shù)比94 1. 7 1.9 1 3 0.1 0.3配制正極固體混合物，并將該固體混合物和N-甲基吡咯烷酮溶劑按固液比60 75 40 25配制正極材料，按照石墨、鏈狀石墨、鱗狀石墨、羥甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、氣相生長(zhǎng)炭纖維的重量份數(shù)比91.5 0.475 0.495 0.5 1.5 6 0. 005 0. 025配制負(fù)極固體混合物，并將其和去離子水按固液比45 65 55 35配制負(fù)極材料。
本發(fā)明所述的柔性薄膜鋰離子電池的制備方法，真空抽氣采用多點(diǎn)式集流真空吸附腔結(jié)構(gòu)的真空抽氣機(jī)。
在本發(fā)明中正極材料含有分散劑Hypermer KD-I具有降低漿料的粘度，保持漿料的一致性和穩(wěn)定性，減少極片的厚度和改善固體分散性的作用。在本發(fā)明中負(fù)極材料含高性能導(dǎo)電劑VGCF，作用是改善負(fù)極活性物質(zhì)顆粒間粘結(jié)力及銅箔與負(fù)極材料之間的粘接附著力，有效預(yù)防負(fù)極材料在鋰離子的潛入和脫嵌過(guò)程中脫層，從而提高電池的循環(huán)壽命，降低負(fù)極的導(dǎo)熱系數(shù)。正極中分散劑和負(fù)極中的高性能導(dǎo)電劑可以使電池更加柔韌、循環(huán)壽命更長(zhǎng)，且主體厚度更穩(wěn)定。在本發(fā)明中，采用的厚度為20 50 μ M的超薄極耳，能夠保證極耳處厚度與電池的主體厚度一致，有效預(yù)防極耳斷裂的現(xiàn)象。
在本發(fā)明柔性薄膜鋰離子電池的制備方法中，凹版涂布印刷技術(shù)可將極片厚度一致性偏差控制在士0.5ΜΜ，使印刷層的厚度降低至3μΜ。而熱壓處理進(jìn)一步改善了電極片粘著力與一致性的目的。在本發(fā)明柔性薄膜鋰離子電池的制備方法中，采用精確的萬(wàn)向調(diào)節(jié)定位系統(tǒng)裝置實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化定位，電池內(nèi)部隔膜與封邊區(qū)間隙最小能控制在0. 2ΜΜ以?xún)?nèi)。 同時(shí)為防止過(guò)封溢膠造成厚度偏厚或封裝不牢造成漏液，在封裝動(dòng)作過(guò)程中增加可視封裝壓力與拉力數(shù)顯平衡系統(tǒng)，確保每一個(gè)電池能精準(zhǔn)的封裝厚度。在本發(fā)明柔性薄膜鋰離子電池的制備方法中，真控抽氣采用多點(diǎn)式集流真空吸附腔結(jié)構(gòu)，它能夠?qū)﹄姵貎?nèi)部某個(gè)部位進(jìn)行快速、徹底的除氣。
使用本發(fā)明的柔性薄膜鋰離子電池制備方法生產(chǎn)的薄膜鋰離子電池具有安全性高、厚度一致性好且厚度控制降低到ο. 25ΜΜ,同時(shí)柔韌性好，可以多次彎曲不變形。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明柔性薄膜鋰離子電池作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中
圖1是本發(fā)明柔性薄膜鋰離子電池實(shí)施例的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明柔性薄膜鋰離子電池實(shí)施例的制作流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明的柔性薄膜鋰離子電池的形狀可根據(jù)電子元件的具體需要設(shè)計(jì)，不受本實(shí)施例限制。
本實(shí)施例給出的薄膜鋰電池結(jié)構(gòu)如圖1所示，它的電池芯由三層組成，正極層由鋁箔5和正極材料組成的單面半層正極4組成，負(fù)極層由銅箔2和由負(fù)極材料組成的單面半層正極1組成，正極層和負(fù)極層之間為隔膜。電池芯的銅箔和鋁箔外表面還包裝有粘接膠紙，并貼上鋁塑復(fù)合膜。
該薄膜電池的具體制備方法結(jié)合圖2說(shuō)明如下
1)正電極的制備
制漿按照鈷酸鋰(LiCoO2)、導(dǎo)電炭黑(鏈狀石墨S-P)、鱗狀石墨(S-0)、聚偏氟乙烯(PVDF)和分散劑Hypermer KD-1的重量份數(shù)比為94 1. 7 1 3 0. 3、 94 1.8 1 3 0. 2和94 1.9 1 3 0. 1分別配制正極固體混合物，將這三組固體混合物和N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑按固液比60 40配制正極材料，高速攪拌均勻、真空或靜置除氣后制成漿狀的正極漿料。另外，按照上述三種配比配制三組正極固體混合物，并按固液比75 25配制正極材料，高速攪拌均勻、真空或靜置除氣后制成漿狀的正極漿料。
涂膜、復(fù)合采用凹版印刷精準(zhǔn)化控制工藝將上述正極漿料涂于鋁箔的單個(gè)表面， 并進(jìn)行熱壓復(fù)合處理。
分切將正極極片裁切成設(shè)計(jì)的尺寸。
2)負(fù)電極的制備
制漿按照石墨、鏈狀石墨(S-P)、鱗狀石墨(S-O)、羥甲基纖維素鈉(CMC)、丁苯橡膠(SBR)、高性能導(dǎo)電劑氣相生長(zhǎng)炭纖維(VGCF)的重量份數(shù)比 91. 5 0.475 0.5 1.5 0.025,91. 5 0.485 0. 5 1. 5 6 0.015 和 91.5 0.495 0.5 1.5 6 0. 005配制三組負(fù)極固體混合物，并將其和去離子水按固液比45 55配制負(fù)極材料。涂膜、復(fù)合采用凹版印刷精準(zhǔn)化控制工藝將上述正極漿料涂于銅箔的單個(gè)表面，并進(jìn)行熱壓復(fù)合處理。另外按照上述三組配方配制三組負(fù)極固體混合物并按固液比65 35配制負(fù)極材料，處理方法同上。
分切將負(fù)極極片裁切成設(shè)計(jì)的尺寸。
3)隔膜的制備
將隔膜裁切成設(shè)計(jì)的尺寸。
4)疊片、包膠
將上述元件按照正極、隔膜、負(fù)極的順序放好，經(jīng)疊片并包覆粘接膠紙后，制成電池芯。
5)焊接、封邊
采用精確的萬(wàn)向調(diào)節(jié)定位系統(tǒng)對(duì)疊片的電池芯片定位后，焊接極耳，將電池芯放于兩層鋁塑復(fù)合膜之間進(jìn)行封邊處理。
6)后續(xù)處理
經(jīng)烘烤除氣、注液后，進(jìn)行真空靜置吸附并在常溫下靜置，隨后用專(zhuān)用的電池充放電設(shè)備進(jìn)行慢速充電化成，接著進(jìn)行熱壓一致性處理，并采用具有多點(diǎn)式集流真空吸附腔結(jié)構(gòu)的真空吸附機(jī)進(jìn)行真空抽氣，隨后進(jìn)行容量測(cè)試和老化檢測(cè)，最后成型包裝。
本發(fā)明中的極耳制作方法流程如下
1)處理液配制
按照氫氧化鉀去離子水=0. 6% 1. 0% 99. 4% 99. 4% (wt)配制正極處理液；按照主要成分物質(zhì)去離子水=0. 6% 1. 0% 99. 4% 99. 4% (wt)配制負(fù)極處理液，其中主要成分物質(zhì)之間比例為重鉻酸鉀鉻酸氟化鉻17% 20% 60% 66% 17% 20% (wt)，加入占處理液總量0. 5% (wt)的硝酸。
2)制作方法
負(fù)極鎳極耳處理先用丙酮將鎳極耳浸泡60分鐘，浸泡極耳時(shí)要求極耳不露出丙酮表面；浸泡完成后用水將其清洗干凈，再用負(fù)極處理液漂洗30秒種；最后再用清水清洗二至三次后烘干即可。
正極鋁極耳處理先用丙酮將鋁極耳浸泡60分鐘后，用水清洗干凈；用正極取理液浸泡30秒種后，再洗凈；最后用負(fù)極取理液清洗30秒后，用清水洗凈烘干即可。
3)正負(fù)極耳熱壓成型把正負(fù)極耳套上PP膠，夾在聚脂膜的中層，通過(guò)熱壓機(jī)壓合30 45秒成型即可，其中熱壓機(jī)壓力設(shè)置為0. 2 0. 4MPA。
柔性薄膜鋰離子電池的性能測(cè)試數(shù)據(jù)
采用本發(fā)明的柔性薄膜鋰離子電池制備方法制備的鋰離子電池的最薄為0. 22匪， 其中正極厚度(包括鋁箔和印制在鋁箔一個(gè)表面的正極材料印刷層)為20μπι，負(fù)極厚度(包括銅箔和印制在銅箔一個(gè)表面的負(fù)極材料印刷層)為14μΜ，隔膜的最小厚度為 12 μ Μ,鋁塑復(fù)合膜的最小厚度為70 μ Μ,粘接膠紙的最小厚度為15 μ Μ,所以該鋰離子電池最薄為20+14+12+70X2+15X2 = 0. 22匪。鋰離子電池的厚度在一定范圍內(nèi)變化，一般 0. 22-0. 45ΜΜ且主體任一部位的偏差在士 0. 5 μ M內(nèi)。
發(fā)明人設(shè)計(jì)了多組正、負(fù)極材料的配比，發(fā)現(xiàn)使用本發(fā)明公開(kāi)的正負(fù)極材料配比的離子電池具有最佳的性能。
選擇不同厚度的鋰離子電池進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如下
權(quán)利要求
1.一種柔性薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述柔性薄膜電池由正極層、隔膜、負(fù)極層和外包裝層組成，所述正極層由厚度為16-30 μ M的鋁箔和采用凹版印刷技術(shù)印制在鋁箔單面的正極材料組成，所述負(fù)極層由厚度為10-30 μ M的銅箔和采用凹版印刷技術(shù)印制在銅箔單面的負(fù)極材料組成，所述鋁箔和所述銅箔的外表面貼有粘接膠紙，所述外包裝層為鋁塑復(fù)合膜，所述正極材料包括分散劑Hypermer KD-I，所述負(fù)極材料包括導(dǎo)電劑氣相生長(zhǎng)炭纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述正極材料由鈷酸鋰、 鏈狀石墨、鱗狀石墨、聚偏氟乙烯和分散劑Hypermer KD-I按照重量份數(shù)比94 1. 7 1.9 1 3 0.1 0.3組成的固體混合物和由N-甲基吡咯烷酮組成的溶劑按固液比 60 75 40 25組成，所述負(fù)極材料由石墨、鏈狀石墨、鱗狀石墨、羥甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、氣相生長(zhǎng)炭纖維按照重量份數(shù)比91. 5 0.475 0.495 0. 5 1.5 6 0.005 0.025組成的固體混合物和由去離子水組成的溶劑按固液比45 65 55 35組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柔性薄膜鋰離子電池，其特征在于，所述隔膜厚度為 12 16 μ Μ,所述粘接膠紙的厚度為15 30 μ Μ,所述復(fù)合鋁塑膜的厚度為70 88 μ Μ。
4.一種柔性薄膜鋰離子電池的制備方法，所述柔性薄膜電池由正極層、隔膜、負(fù)極層和外包裝層組成，所述正極層由厚度為16-30 μ M的鋁箔和正極材料組成，所述負(fù)極層由厚度為10-30 μ M的銅箔和負(fù)極材料組成，所述外包裝層為鋁塑復(fù)合膜，所述正極材料包括分散劑Hypermer KD-1，所述負(fù)極材料包括導(dǎo)電劑氣相生長(zhǎng)炭纖維；其特征在于，制備方法包括如下步驟分別配制正極材料和負(fù)極材料，并采用凹版印刷技術(shù)印制技術(shù)將正極材料和負(fù)極材料分別印于鋁箔和銅箔上，熱壓復(fù)合后裁片、沖切，將沖切后的正極層、隔膜和負(fù)極層疊片包膠，采用萬(wàn)向調(diào)節(jié)定位系統(tǒng)裝置定位后焊接封邊，經(jīng)烘烤除氣、注液、真空靜置吸附后常溫靜置，再進(jìn)行化成、界面熱壓一致性處理、真空抽氣、測(cè)容和老化處理，最后包裝成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性薄膜鋰離子電池的制備方法，其特征在于，按照鈷酸鋰、鏈狀石墨、鱗狀石墨、聚偏氟乙烯和分散劑Hypermer KD-I的重量份數(shù)比 94 1. 7 1. 9 1 3 0. 1 0. 3配制正極固體混合物，并將該固體混合物和N-甲基吡咯烷酮溶劑按固液比60 75 40 25配制正極材料，按照石墨、鏈狀石墨、鱗狀石墨、羥甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、氣相生長(zhǎng)炭纖維的重量份數(shù)比91. 5 0.475 0.495 0.5 1.5 6 0. 005 0. 025配制負(fù)極固體混合物，并將其和去離子水按固液比45 65 55 35配制負(fù)極材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性薄膜鋰離子電池的制備方法，其特征在于，所述真空抽氣采用多點(diǎn)式集流真空吸附腔結(jié)構(gòu)的真空抽氣機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種柔性薄膜鋰離子電池及其制作方法，該柔性薄膜鋰離子電池由正極層、隔膜、負(fù)極層和外包裝層組成，正極層由厚度為16-30μM的鋁箔和采用凹版印刷技術(shù)印制在鋁箔單面的正極材料組成，負(fù)極層由厚度為10-30μM的銅箔和采用凹版印刷技術(shù)印制在銅箔單面的負(fù)極材料組成，外包裝層為鋁塑復(fù)合膜，電池的正極材料包括分散劑Hypermer KD-1，電池的負(fù)極材料包括導(dǎo)電劑氣相生長(zhǎng)炭纖維。本發(fā)明的柔性薄膜鋰離子電池具有安全性高、厚度一致性好且厚度控制降低到0.25MM，同時(shí)柔韌性好，可以多次彎曲后不變形、不影響電池性能的有益效果。
文檔編號(hào)H01M4/62GK102522595SQ20111045811
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者董相盛 申請(qǐng)人:董相盛