[发明专利]一种超轻叠层聚合物锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种锂离子电池领域，特别涉及一种聚合物锂离子电池及其制备方法。

背景技术

作为新一代绿色高能可充电的锂离子电池，以其开路电压高、能量密度大、使用寿命长等优点而广泛应用于各种小型便携带式电子设备，以及大型动力电池，电站储能电池。随着应用的逐步广泛，对锂离子电池的要求越来越高，尤其是对锂离子电池的安全性和体积、质量能量密度方面提出了更高的要求。

在提高锂离子电池的安全性方面，目前主要采用聚合物锂离子电池实现。因为其不存在漏液的问题，并能够抑制电解液溶剂与电池正负极之间的副反应，使得聚合物锂离子电池在安全性方面得到了很大的改善。而且，聚合物锂离子电池因为电解质是固体，在体积能量密度方面相对液体锂离子电池有较大提高。但是在质量能量密度方面，现有的聚合物锂离子电池提高并不显著。

另外，由于聚合物电解质接触问题，以及电极本身原因，聚合物锂离子电池高倍率循环性能不佳，因此，目前还难以应用与大型动力电池及电站储能电池。

1995年授权发明专利US5518836A描述了利用微米尺度的碳纤维作为锂电池的正电极与负电极基底材料,可以得到柔性的锂电池。另外公开发明专利201220057714.2,以及授权专利JP19990219127也描述了用纤维纸制备锂电池的电极。不管是碳纤维还是纤维纸起导电性和导热性都较差。而在锂电池中电极的导电性差会降低电池的效率，不仅如此锂电池中会产生大量的热，因此对电极的导热性要求较高。

碳纳米纸由于是由碳纳米管（单壁碳纳米管或多壁碳纳米管）或碳纳米纤维中的一种或者混合而成的网络结构的导电性，导热性优良的材料。美国的斯坦福大学的崔毅教授（Journal of Power Sources195 (2010) 8311–8316）成功将硅纳米线负载在柔性碳纳米纸上，作为锂电池负极，表现出了优良的比容量和循环性能。麻省理工大学的研究人员（Nature Nanotechnology VOL 5 | JULY 2010），将负载在ITO上的羧基化碳纳米纸作为锂离子电池的正极，表现出了优异的循环性能。但是目前还没采用自支撑碳纳米纸同时用在正极和负极制成锂离子电池，更没有将碳纳米纸应用在聚合物电池上形成叠成结构的。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种超轻的聚合物锂离子电池，旨在减轻现有聚合物离子电池质量，提高其高倍率充放电性能；另一目的旨在提供所述电池的制备方法。

本发明的第一目的是这样实现的，碳纳米纸负极和碳纳米纸正极中间夹层隔膜，多层交替叠放或呈卷绕叠放；聚合物电解质均匀分布于电池内，并充分渗透到碳纳米纸正负极的网络结构中。

所述碳纳米纸负极，为纯碳纳米纸或者负载了负极活性材料。

所述负极活性材料为金属氧化物如SnO₂、Fe₃O₄、Fe₂O₃、NiO、TiO₂或Si、Ge中的一种。

所述碳纳米纸正极，为碳纳米纸上负载了正极活性材料。

所述正极活性材料为含锂化合物：磷酸亚铁锂、钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、钒氧化锂和三元氧化镍钴锰锂的一种。

所述碳纳米纸，是由单壁或多壁碳纳米管、碳纳米纤维中的一种或者混合聚集而成的疏松多孔的呈网络结构纸状材料。

本发明另一目的是所述制备方法包括：

A．制备碳纳米纸正极和碳纳米纸负极；

B．在正负极中间设置隔膜，通过重叠或卷绕的方式封装电芯，并预留注液口；

C．向电芯中注入液体电解液，密封开口，制成碳纳米纸聚合物电池预聚体；

D．静置；

E．对碳纳米纸进行加热聚合，使其固化成碳纳米纸聚合物锂离子电池；

F．化成。

所述封装过程需引出极耳。

所述引出极耳为采用碳纳米纸直接引出或者熔接金属引出。

所述碳纳米纸直接引出方式，为在接触封口处，碳纳米纸预先热熔一层极耳胶。

所述液体电解液包含锂盐、增塑剂、聚合物单体、引发剂。

所述液体电解质中可适当增加交联剂。

所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇。