一種長循環非水電解質電池及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種長循環壽命非水電解質電池，包括電芯以及緊密包覆在所述電芯外表面的形狀記憶高分子材料。本發明專利技術通過在非水電解質電池中引入形狀記憶高分子材料，所述形狀記憶高分子材料緊密包覆在裝配后電芯外表面，能夠在高溫下產生收縮，將隔膜與電極片壓緊，保持隔膜與電極片的良好接觸，有效提高電池循環壽命，特別在高溫下具有明顯提高的循環壽命。本發明專利技術進一步提供了一種長循環壽命非水電解質電池的制備方法。本發明專利技術提供的制備方法對于電池材料體系的選擇沒有限制，具有良好的普適性，并且操作工藝簡單易行，適合進行工業規模化生產，具有廣泛的應用前景。

Long circulating non-aqueous electrolyte cell and preparation method thereof

The invention relates to a long circulating life non-aqueous electrolyte battery, which comprises an electric core and a shape memory macromolecule material tightly coated on the outer surface of the electric core. The invention uses shape memory polymers in nonaqueous electrolyte battery, electric core assembly is tightly wrapped on outer surface of the shape memory polymer material, can produce shrinkage under high temperature, the diaphragm and the electrode plate is pressed, keep good contact with the diaphragm and the electrode plate, effectively improve the battery cycle life, especially with life cycle increased under high temperature. The invention further provides a method for preparing a long circulating life non-aqueous electrolyte battery. No limit to choose the preparation method of the invention for battery material system, has good universality, and the operation process is simple and suitable for industrial scale production, and has wide application prospect.

【技術實現步驟摘要】
一種長循環非水電解質電池及其制備方法
本專利技術涉及非水電解質電池及其制備方法，特別涉及具有長循環壽命的非水電解質電池及其制備方法。
技術介紹
以鋰離子電池為代表的非水電解質電池，具有高電壓、高能量密度、環境友好等特點，應用于電子產品、電動工具、新能源汽車等方面，給人們的日常生活帶來了極大便利。鋰離子電池的循環壽命是衡量其性能的重要指標，但鋰離子電池對使用溫度十分敏感，高溫下正極材料溶解，負極SEI膜分解，電解液反應產氣，電池鼓脹等因素會劣化電池循環壽命，限制了鋰離子電池的進一步應用。因此開發具有長循環壽命的鋰離子電池，特別是高溫下具有長循環壽命的鋰離子電池具有重要的現實意義。為實現上述目的，目前已經公開的相關專利中，主要聚焦于電極材料和(或)電解液的優化，例如申請號為200910045764.1的專利公開了一種聚吡硌包覆磷酸鐵鋰的制備方法，提高倍率充放電能力和高溫循環穩定性；申請號為201410810287.4的專利公開了一種高溫循環穩定的單晶尖晶石錳酸鋰制備方法；申請號為201110249692.X的專利公開了一種改善錳酸鋰電池高溫性能的電解液，通過添加劑使用，首次充電過程中可以在正極表面形成一層保護膜，減少電解液在正極表面分解產氣，并在隨后的充放電過程中，能夠抑制來自正極活性物質中的Mn2+離子的溶解，改善電池的高溫性能；申請號為201410116478.0公開了一種高溫型鋰電池電解液，所使用添加劑為硫?；妗Ｒ陨蠈＠麖碾姵夭牧辖嵌葘τ绊懷h壽命的因素進行了改善，但不同材料體系的電池所需措施不同，彼此間無法通用，因此對應的發開工作十分繁重。國外電池廠商通過設計電池結構及改進制備方法，有效提高了電池循環性能，例如專利CN1363121、CN1363122、CN101517817披露了一種堆疊的電化學電池及其制備方法，“將極片和隔膜按順序組成陽極/隔膜/陰極，通過100℃輥筒碾壓機，得到單元電池；將單元電池依次放置在連續隔膜上，單元電池間的縫隙，隨隔膜卷起的厚度不斷增加；放置電池后的隔膜通過100℃輥筒碾壓機，使單元電池粘結在隔膜上，然后卷繞”。此方法制備得到的電池，隔膜與正負極通過“層壓”方式緊密接觸，并且隔膜在折疊結束后繞電池一周，所產生的壓力壓緊了隔膜與電極之間的面，使其保持穩定，利于提高電池的循環性能。上述專利對于電池材料體系的選擇沒有限制，具有良好的普適性，但也存在工序繁瑣，裝備復雜等不足。
技術實現思路
專利技術人通過大量實踐經驗發現，在常規的鋰電池中，隔膜是關鍵的內層組件之一，隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性。而隔膜與電極之間的界面是尤為重要，電池循環過程中，由于極片膨脹收縮，電解液產氣等原因，造成所述界面穩定性下降，隔膜與隔膜兩側的極片無法緊密接觸，不僅導致電池的內阻升高，并且容量迅速衰減。以上現象在高溫循環時更加明顯，因此，需要施加壓力以保持所述界面穩定，保證隔膜與電極片之間的良好接觸。為了克服現有技術存在的缺陷，解決上述技術問題，本專利技術提供了一種長循環壽命非水電解質電池，所述的非水電解質電池優選為鋰離子電池。具體而言，本專利技術提供的非水電解質電池包括電芯以及緊密包覆所述電芯外表面的形狀記憶高分子材料。本專利技術所述電芯是指本領域常規的電化學電芯，包括正極、負極以及將所述正、負極隔開的隔膜。優選地，所述電芯為層狀結構，由至少一組正、負電極片以及多層隔膜組成。本專利技術通過在電芯外表面緊密包覆一層形狀記憶高分子材料，從而能夠在高溫下將隔膜與電極壓緊，保持界面的良好接觸，所得的非水電解質電池具有優異的電池高溫循環性能。為了進一步確保隔膜與電極緊密且均勻地接觸，所述形狀記憶高分子材料覆蓋所述電芯外表面面積的100％。本專利技術所述形狀記憶高分子材料可以在45～100℃的溫度范圍內產生收縮。優選地，所述形狀記憶高分子材料為反式聚異戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、交聯聚乙烯、聚環氧乙烷、聚氯乙烯中的一種或多種；優選為反式聚異戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物。由于電池在高溫循環時，溫度一般在45～100℃，在該溫度范圍內所述形狀記憶高分子材料的收縮效果可以對內部元件產生壓力作用，將隔膜和電極片壓緊，避免因極片膨脹(或收縮)、產氣等原因造成隔膜與極片接觸不緊密，造成電池循環性能的下降。本專利技術所述隔膜由基材構成，或由基材以及附著在所述基材一側或雙側表面的功能涂層構成。其中，所述基材可選自聚乙烯、聚丙烯、多層聚乙烯/聚丙烯復合材料、聚酰亞胺、聚酯、纖維素中的至少一種，優選為聚丙烯。所述功能涂層的材料在高溫條件下具有粘接特性，優選為聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丁苯橡膠、聚環氧乙烷、聚丙烯腈中的至少一種，優選為聚偏氟乙烯或丁苯橡膠。本專利技術所述隔膜基材的厚度優選為15～25μm，進一步優選所述隔膜的孔隙率為30～50％。當基材表面附著功能涂層時，所述功能涂層的厚度優選為1～3μm。作為本專利技術的一種優選方案，所述電芯的最外層為隔膜層，位于所述電芯最外層的隔膜與所述形狀記憶高分子材料直接接觸。在這種情況下，可以通過高溫使位于所述電芯最外層的隔膜與所述形狀記憶高分子材料充分結合，從而固定所述電芯與形狀記憶高分子材料之間的相對位置。為了進一步提高所述電芯最外層隔膜表面與所述形狀記憶高分子材料之間的結合效果，本專利技術優選所述位于電芯最外層隔膜與所述形狀記憶高分子材料直接接觸一側的表面上附著有功能涂層，由于所述功能涂層的材料在高溫條件下具有粘接特性，因此可以確保高溫情況下所述電芯最外層隔膜表面的功能涂層與所述形狀記憶高分子材料之間充分粘連，從而牢固結合。本專利技術所述正極和負極均為本領域常規結構。其中，所述正極可由正極集流體及附著在所述正極集流體表面上的正極層構成，所述正極層至少包含正極活性材料。所述負極由負極集流體及附著在負極集流體表面上的負極層構成，所述負極層至少包含負極活性材料。所述正極活性材料和負極活性材料均可采用本領域已知的活性材料。本專利技術同時提供一種高溫長循環壽命非水電解質電池的制備方法，該方法在電芯的外表面緊密包覆形狀記憶高分子材料。優選地，所述形狀記憶高分子材料覆蓋所述電池元件的外表面面積的100％。其中，所述緊密包覆具體為：將所述電芯置于形狀記憶高分子材料套管內部，加熱使所述形狀記憶高分子材料收縮，從而緊密包覆在所述電芯的外表面。優選地，所述加熱溫度為45～100℃；如果溫度較低，形狀記憶高分子材料無法收縮，不能有效包覆在電芯的外表面；如果溫度較高，隔膜可能受熱熔融閉孔，影響電池性能發揮。所述加熱可采用烘箱、熱板、熱封機或吹風機進行。在實際操作中，優選所述形狀記憶高分子材料套管的尺寸經過受熱收縮后能覆蓋所述外表面面積的100％。如果形狀記憶高分子材料套管尺寸收縮后沒能完全覆蓋電芯的外表面，在高溫循環時無法壓緊所有隔膜和電極片的接觸界面，可能造成電池循環性能的衰減。進一步而言，本專利技術所述方法還包括裝配電芯，具體為：將至少一組正、負電極片以及多層隔膜裝配成電芯，所述正、負電極片之間由隔膜隔開；優選地，在所述電芯的最外層裝配隔膜。本專利技術優選在電芯的外表面緊密包覆形狀記憶高分子材料后，再進行升溫熱處理，使位于所述電芯最外層的隔膜與所述形狀記憶高分子材料充分結合從而固定所述電芯本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種長循環壽命非水電解質電池，其特征在于，包括電芯以及緊密包覆所述電芯外表面的形狀記憶高分子材料；優選地，所述形狀記憶高分子材料覆蓋所述電芯外表面面積的100％。

【技術特征摘要】
1.一種長循環壽命非水電解質電池，其特征在于，包括電芯以及緊密包覆所述電芯外表面的形狀記憶高分子材料；優選地，所述形狀記憶高分子材料覆蓋所述電芯外表面面積的100％。2.根據權利要求1所述的電池，其特征在于，所述形狀記憶高分子材料可以在45～100℃的溫度范圍內產生收縮；優選地，所述形狀記憶高分子材料為反式聚異戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、交聯聚乙烯、聚環氧乙烷、聚氯乙烯中的一種或多種；更優選為反式聚異戊二烯或苯乙烯-丁二烯共聚物。3.根據權利要求1或2所述的電池，其特征在于，所述電芯由至少一組正、負電極片以及多層隔膜組成。4.根據權利要求3所述的電池，其特征在于，所述隔膜由基材構成，或由基材以及附著在所述基材一側或雙側表面的功能涂層構成。5.根據權利要求4所述的電池，其特征在于，所述基材選自聚乙烯、聚丙烯、多層聚乙烯/聚丙烯復合材料、聚酰亞胺、聚酯、纖維素中的至少一種；和/或，所述功能涂層的材料在高溫條件下具有粘接特性，優選為聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丁苯橡膠、聚環氧乙烷、聚丙烯腈中的至少一種。6.根據權利要求3～5任意一項所述的電池，其特征在于，所述電芯的最外層為隔膜層；位于所述電芯最外層的隔膜與所述形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉源，龐靜，李翔，王曦，張強，魏得勛，
申請(專利權)人：國聯汽車動力電池研究院有限責任公司，
類型：發明
國別省市：北京,11