[发明专利]制备包含含氟聚合物隔膜的锂离子电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备包含含氟聚合物电极隔膜的锂离子电池的方法。

本发明的技术领域主要涉及电能的储存和释放的需求。这类电池通常可用在消费类电子产品中，如可携式电子装置。

背景技术

蓄电池(组)包含一个或多个电化学单元，或电池，其旨在将储存的化学能转换为电能。

锂离子(Li⁺)电池(组)的各电化学电池主要由正极(阴极)、电极隔膜和负极(阳极)组成。各电极可被电流集流体(current collector)支撑，该电流集流体将正极和负极彼此电绝缘。

在这些锂离子电池中，阴极的活性材料包含如氧化锂的锂化合物。另一方面，阳极的活性材料可以是如石墨的碳材料。这些电池与常规的锂电池的本质区别在于电极材料不是金属锂。

电极的活性材料允许嵌入和脱嵌锂阳离子。电极的组成还可包含允许电子传导的电子导体。

为了制备相对薄的电池，电极可被印刷或者涂覆在电流集流体上。这些技术可提供测微电极(micrometric electrode)。在这方面，将粘结剂添加到电极组成中可提高它涂覆/印刷到电流集流体上的能力。它还可提高活性材料的均一性。

至于电极隔膜，现有技术的电池通常包含由聚烯烃或氟化单体的共聚物形成的层。

虽然技术创新已减小了电子装置的尺寸，但是仍然需要提高锂离子电池的能量密度。事实上，在保持锂离子电池的效率和容量的同时，优化电极、隔膜和电流集流体的厚度仍是本领域面对的主要挑战之一。

申请人现已开发出一种制备包含薄的含氟聚合物膜作为电极隔膜的锂离子电池的方法。

发明内容

本发明涉及一种制备锂离子电池的方法，其中电极隔膜包含氟化单体和丙烯酸衍生物单体的共聚物。所述锂离子电池优选为薄电池。

申请人发现，通过这种新方法可制得锂离子电池，其中电极隔膜包含含有氟化单体和亲水性单体的共聚物，与包含聚烯烃隔膜或者仅由氟化单体组成的聚合物的传统锂离子电池相比，所述锂离子电池具有更佳的能量密度。其在充放电循环周期内的性能也有所改善。

更具体地，本发明涉及制备锂离子电池的方法，所述锂离子电池包含：

-正极；

-电极隔膜；

-负极；

所述方法包括：

-由包含至少一种活性电极材料和至少一种粘结剂的油墨来制备正极；

-由包含至少一种氟化共聚物的油墨来制备电极隔膜；

-由包含至少一种活性电极材料和至少一种粘结剂的油墨来制备负极；

其中，所述氟化共聚物包含：

-99.99-90摩尔％的至少一种氟化单体，优选地99.9-95摩尔％，更优选地99.5-97.5摩尔％；和

-0.01-10摩尔％的至少一种分子式为CR¹R²＝CR³-C(＝O)-O-R⁴的丙烯酸衍生物单体，优选地0.1-5摩尔％和更优选地0.5-2.5摩尔％，其中各R¹、R²、R³彼此相同或不同，是独立地为氢原子或C1-C3烃基，且R⁴为氢或包含至少一个羟基的C1-C5烃部分。

与现有技术薄膜相反，所得的电极隔膜薄且致密。事实上，依据优选的实施方式，它具有1-20微米的厚度和低于30％的孔隙率。在另一方面，文献WO2008/129041涉及多孔膜，其中孔具有至少10微米的平均孔径。此外，文献EP1621573教导了具有55-90％孔隙率且厚度优选地为150-500微米的膜。

在说明书的剩余部分，术语“氟化的共聚物”指如上定义的氟化的共聚物。

依据具体的实施方式，隔膜是由多于一种聚合物膜制备的，至少其中一种是由如上定义的氟化共聚物制得的氟化聚合物膜。电极隔膜可包含多于一种共聚物，它还可以是多于一种如上描述的氟化共聚物的混合物。

尽管，电极隔膜可包含额外的聚合物，但是它优选地由所述的氟化共聚物或者氟化聚合物膜组成。

氟化共聚物可通过在自由基引发剂存在下，在水性介质中聚合至少一种氟化单体和至少一种丙烯酸衍生物单体制得。这个反应可依据如下步骤在反应容器中进行：

-连续地加入包含丙烯酸衍生物单体的水性溶液；和

-在所述的反应容器中，保持适当量的在常温常压下可为气体的氟化单体。