[发明专利]一种锂离子电池结构的设计方法

说明书

本发明提供一种新型锂离子电池结构设计方法，锂离子电池结构设计为将正极和负极材料同侧涂布于薄膜上，或将正极材料和负极材料嵌入固态电解质材料内部，该结构设计优点在于使锂离子的迁移运动横向发生在薄膜或固态电解质内，从而弱化了薄膜破损或者固态电解质破碎带来的内部短路隐患，提升了锂离子电池的使用安全性，该方法设计新颖，易于大批量工业化生产，有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于结构设计领域，具体涉及到一种锂离子电池结构设计方法，应用于锂离子电池领域。

技术背景

锂离子电池能量密度高、输出功率大、电压高、自放电小、工作温度范围宽、无记忆效应和对环境友好等优点，已广泛应用于电子设备、电动车、轨道交通、 大规模储能和航空航天等领域。锂离子电池的结构按其极片装配方式的不同主要分为“叠片式结构”和“卷绕式结构”两种，对应“叠片”和“卷绕”两种工艺。

叠片工艺是将正极、负极切成小片与隔膜叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联起来，组成一个大电芯的制造工艺。

叠片结构尺寸比较灵活，可以把锂离子电池做成三角形，圆形等，极片容易进行检查或挑选；但其机械化不容易实现，且极片要冲切，断面较多，容易刺穿隔膜，造成短路，易产生副反应，而且电池的张力不容易控制。

卷绕工艺是将正极片、负极片、隔膜、正极耳、负极耳、保护胶带、终止胶带等物料固定在设备上，设备经过放卷完成电芯制作。

卷绕结构机械化容易，速度较快，均一性更有保证，有利于大规模生产；但其正面与侧面的张力不一致，导致内部反应不均匀，对极片的涂布要求高。要求极片层有一定的弹性，否则在弯折处易脱落或断裂，由于电极从极片上一处引出，存在电场分布的问题，要求电极层有较好的导电性。

所以，现有的锂离子电池的结构设计存在诸多弊端，如比较突出的是能量密度较低和安全性问题，所以新型锂离子电池的结构设计对锂离子电池的发展显得尤为重要。本发明的结构设计，可以在一定程度上解决锂离子电池的能量密度较低和安全性问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池结构的设计方法。

本发明目的通过下述方案实现：一种锂离子电池结构的设计方法，制备材料包括：薄膜或者3D打印带有空槽的固态电解质，包括下述步骤：

（1）将正极材料涂布在薄膜两侧或者填入电解质隔膜的空槽，干燥固化，其中，所述正极材料为镍钴锰三元材料：镍钴锰三元材料做活性物质，乙炔黑做导电剂，PVDF做粘结剂，NMP做溶剂，配成的混合液；

（2）将负极材料涂布在薄膜两侧或者填入电解质隔膜的空槽，干燥固化，所述负极材料可以为石墨材料：石墨材料做活性物质，乙炔黑做导电剂，PVDF做粘结剂，NMP做溶剂配成的混合液；

（3）将以上步骤得到的电芯材料封装。

其中，所述薄膜为纤维素隔膜或聚氧乙烯（PEO）基电解质。

步骤(1)中，所述活性物质质量分数为50%-80%，导电剂质量分数为10%-30%，粘结剂PVDF质量分数为10%-20%。

在上述方案基础上，步骤(1)中，所述的PVDF浓度为：0.02g/ml-0.04g/ml。

在上述方案基础上，步骤(1)中，干燥温度为80℃-100℃，干燥时间为4h-12h。

步骤(2)中，所述活性物质质量分数为50%-80%；导电剂质量分数为10%-30%，粘结剂PVDF质量分数为10%-20%。

在上述方案基础上，步骤(2)中，所述的PVDF浓度为0.02g/ml-0.04g/ml。