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聚合物锂离子电池制备技术与性能

来源:沃尔德   发布日期:2013-06-21   点击次数:3504

    目前商品化聚合物锂离子电池多为凝胶聚合物电解质,凝胶聚合物电解质种类众多、制备方法不同,因此聚合物锂离子电池的生产工艺也不相同。在凝胶态聚合物锂离子电池产业化过程中,几大锂离子电池生产商BEI、Yuasa、Sony、SANYO、Ultrlife Battery等都研发了自己的生产工艺。下面分别介绍几种凝胶聚
合物锂离子电池的生产技术。
1 Bellcore技术
    Bell Communication Research实验室 (现在归属为Telcordia)首次试图把聚合物锂离子电池产业化,此生产工艺取其实验室名称的缩写,称为Bellcore技术。Bellcore聚合物膜的制备前面章节已介绍过,PV3F-HFP的共聚物作聚合物母体,HFP的引入,大大降低了PV3F的结晶度,有利于提高对液体电解质的保液率。其正极活性材料为LiMn2O4,C作负极,铝网和铜网分别作正极和负极的集流体,含有增塑剂的PV3F-HFP聚合物膜夹在两电极片之间,通过热辊滚压聚合物膜与正、负极复合在一起,然后经过萃取 (去除增塑剂)、干燥过程后,进入无水、无氧环境,折叠、切断,再装入密封袋,注液、封装,再连接上保护电路,便可制得聚合物锂离子电池。从批量生产的角度看,Bellcore技术还是相当复杂的,而且Bellcore技术对电池有一个致命的影响因素是增塑剂不易去除干净,残留的增塑剂导致电池胀气、电池循环性能恶化。Ultralife Battery公司最先利用Bellcore技术生产PLB,产品在不同倍率下的充放电性能曲线是不同的。
2 SONY技术
    SONY公司于20世纪80年代末期开始进行应用凝胶聚合物电解质锂离子电池的研究与开发,采用的聚合物母体是PVDF-HFP共聚物,但使用的是两种分子量共聚物的混合物,一种为P1 (MW>5.5×10的5次方),主要是提高黏结性能;另一种是P2 (5.5×10的5次方>Mw>3×10的5次方),主要目的是降低凝胶聚合物电解质的黏度,两者的最佳比例为3:7(质量比)。PVDF-HFP包容的液体电解质为LiPF6/EC十PC,不含低沸点溶剂,蒸气压很低,高温保液能力强,但由于PC的使用,负极石墨材料要用无定形碳表面包覆,LiCOO2为正极活性材料。为了避免意外情况发生,在电池生产中仍然使用了10um厚的PE隔膜。SONY聚合物锂离子电池制备技术中另一个独特之处就是电池单元封装在Al膜-聚合物复合袋中,开发了一种新的黏结剂增强气密性,而且使黏结的边缘由常规的5mm降到2mm。
3 BEI技术
    BEI(Battery Engineering,Inc.)技术是利用丙烯酸酯系列三组分单体,现场聚合制备三元共聚体的凝胶聚合物电解质膜,然后与正负极复合制备PLB。
单体含有PMMA、PEO结构单元,特别是EGECMA单体,含有碳酸酯结构,与液体电解质溶剂EC、PC等结构相似,聚合物与液体电解质相容性好。
    BEI公司生产PLB的整个生产过程都要在无水无氧环境中进行。正极浆料由活性物质LiCOO2、导电剂、黏结剂和锂盐组成,浆料喷到Al箔上,通过热固化形成正极膜;负极膜为石墨,按照正极膜的工艺制备;聚合物电解质膜是上述三元单体和液体电解质的混合液,浸润到无纺布中聚合制得。三种膜经过热辊滚压复合成一体,再切断、封装,便可制得PLB。这种PLB的厚度和银行信用卡厚度相当,外观构造结实。

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