[发明专利]一种锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种交流阻抗小、倍率性能好且锂离子扩散速度大的含有固态电解质的具有较高硬度的锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新能源领域最具代表性的储能器件，在移动电子产品供电器件中占据不可取代的位置。而随着现代社会人们审美取向的变化，厚度小质量轻的电子产品受到了广大消费者的青睐，作为这些电子产品的供电器件，电池的厚度也必须朝着厚度更薄、质量更轻的方向发展。但是随着电芯厚度的减小，为了保证电芯的能量密度，必须用厚度更薄的软包材料，因此导致的结果是电芯越来越薄、硬度越来越低。

现有的增加电芯硬度的方法有：开发硬度高的包装材料、改善电芯制造工艺以及引入固体或凝胶电解液。高硬度的包装材料的厚度厚的特点、不便于电芯的实际生产制造；改善电芯制造工艺的方法主要有增加夹具烘烤时间、提高夹具烘烤温度等，这些方法都将影响到电芯的电化学性能；因此引入固体或凝胶电解液被广大电池行业工作者认为是解决电芯硬度问题的最有潜力的方案。但是对现有体系而言，引入固体或凝胶电解液，必然会降低充放电过程中锂离子的扩散速度，使得电芯的交流阻抗变大，倍率性能变差等。

有鉴于此，确有必要提供一种交流阻抗小、倍率性能好且锂离子扩散速度大的含有固态电解质的具有较高硬度的锂离子电池及其制备方法。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种交流阻抗小、倍率性能好且锂离子扩散速度大的含有固态电解质的具有较高硬度的锂离子电池。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池，包括电芯、用于容纳电芯的包装袋及填充于所述电芯内的电解液，所述电芯包括正极片、负极片以及间隔于正极片和负极片之间的隔膜，所述电解液由多孔固态电解质骨架和填充于所述多孔固态电解质骨架孔洞内的液态电解质组成，所述固态电解质为聚偏氟乙烯(PVDF)。

与现有技术相比，本发明锂离子电池具有以下优点：

首先，PVDF骨架以多孔结构的形式存在，与其他体系(如PMMA体系)以及其他结构(非多孔结构)相比，其具有更好的动力学性能。一方面，PVDF本身与液态电解质之间的作用力相对较小，因此在充放电过程中，PVDF体系对锂离子的扩散阻力会相对更小；另一方面，这种网络状的多孔结构，孔洞之间相互贯通，因此充放电过程中，锂离子可以沿各个方向自由传输；由于其具有以上性质，这种固态电解质具有与相应液态电解质相近的动力学性质，即相近的交流阻抗和相近的倍率性能。

第二，由于这种PVDF的多孔骨架本身与膜片基材之间以及与活性物质颗粒之间都具有较强的粘接力，因此它的存在必然可以增强活性物质颗粒与基材之间的粘接力；故采用这种电解液时，可以大幅度减少正负极配方中粘接剂的用量，提高活性物质的涂布比重，最终达到提高电芯能量密度的目的。

第三，在这种多孔电解液中，液态电解质充分吸附于PVDF的多孔结构中，表观形式以固体状态存在，因此最终制备得到的电芯不会存在由于涨液引起的外观坏品。

第四，在这种多孔固体结构中，PVDF骨架本身具有一定的强度，且其能够增强膜片与隔膜之间的粘接力，使得电芯内部各层的整体性加强，因此本发明制备的电芯硬度较高。

作为本发明锂离子电池的一种改进，所述多孔固态电解质骨架通过在固态电解质中加入造孔剂得到。

作为本发明锂离子电池的一种改进，：所述造孔剂为碳酸乙烯酯。

作为本发明锂离子电池的一种改进，所述多孔固态电解质骨架的孔隙率为1％-99％。

作为本发明锂离子电池的一种改进，所述多孔固态电解质骨架的孔隙率为50％-99％。

本发明的又一个目的在于提供一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将聚偏氟乙烯和造孔剂按比例溶解于溶剂中，搅拌后得到含有造孔剂的聚偏氟乙烯溶液；

第二步，将第一步得到的含有造孔剂的聚偏氟乙烯溶液注入装有电芯的包装袋内，烘烤使溶剂挥发后，降低温度使含有造孔剂的聚偏氟乙烯溶液重结晶，得到固态电解质；

第三步，将液态电解质注入所述包装袋内，静置，使造孔剂溶于液态电解质中，得到由多孔固态电解质骨架和填充于所述多孔固态电解质骨架孔洞内的液态电解质组成的电解液，再经化成、烘烤和除气得到锂离子电池。