本發(fā)明涉及聚合物鋰離子電池用電極的制備及電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別涉及一種三維多孔聚合物鋰離子電池用電極的制備及電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：
：

與其他類型電池相比，鋰離子電池具有更好的蓄能效果，且重量輕體積小，因而被廣泛應(yīng)用于手機(jī)以及其他便攜式電子設(shè)備中。傳統(tǒng)的鋰離子電池通常使用易燃的液態(tài)有機(jī)碳酸酯作為電解液的主要溶劑，存在著漏液、鼓脹、發(fā)熱冒煙甚至著火爆炸等安全隱患。為了解決該問(wèn)題，研究人員提出了聚合物鋰離子電池，它采用聚合物凝膠電解液，使之分散在高分子聚合物隔膜中，因而不容易產(chǎn)生漏液和鼓脹的情況，相對(duì)于液態(tài)電解液，具有更好的安全性，是目前電動(dòng)汽車以及儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域使用的首選電池。

聚合物鋰離子電池包括殼體、以及封裝在殼體內(nèi)的電芯和電解液，其中電芯包括正、負(fù)極板以及正、負(fù)極板之間的隔離裝置，正、負(fù)極板上涂有相關(guān)活性物質(zhì)，電池內(nèi)部充滿電解液。現(xiàn)有的聚合物離子電池的耐熱性、充放電能力及使用壽命等均存在進(jìn)一步提升的空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有鋰離子電池存在的缺點(diǎn)和不足，提出一種能夠有效改善鋰離子電池耐熱性、提高充放電能力并延長(zhǎng)使用壽命的多孔聚合物鋰離子電池電極的制備及電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

一種三維多孔聚合物鋰離子電池電極，包括多個(gè)單元，所述每個(gè)單元均包括有正極板、負(fù)極板和隔離膜，所述正極板由網(wǎng)狀鋁正極集流體及復(fù)合在網(wǎng)狀鋁正極集流體單面或雙面的正極活性物質(zhì)組成，正極活性物質(zhì)為鋰、鎳、鈷、錳氧化物，正極膜由正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、添加劑及粘結(jié)劑按所需比例配制而成，所述負(fù)極板由網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體及負(fù)極活性物質(zhì)組成，其中網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體嵌入在負(fù)極活性物質(zhì)中，負(fù)極活性物質(zhì)為石墨、MCMB，負(fù)極膜由負(fù)極活性物質(zhì)、添加劑、粘結(jié)劑等配比而成。

網(wǎng)狀鋁正極集流體和網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體均為具有菱形網(wǎng)眼的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀鋁正極集流體和網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體均需經(jīng)除油清洗和表面導(dǎo)電處理。

正極板、隔離膜和負(fù)極板均為三維多孔結(jié)構(gòu)，孔徑在0.2～10 μm之間。

三維多孔結(jié)構(gòu)是通過(guò)萃取分離技術(shù)獲得的，萃取劑采用甲醇或乙醇，萃取工藝為三級(jí)階梯萃取法，經(jīng)自上而下三次萃取過(guò)程獲得三維多孔結(jié)構(gòu)，萃取劑濃度為：一級(jí)溶劑室萃取劑濃度90%～93%，二級(jí)溶劑室萃取劑濃度94%～97%，三級(jí)溶劑室萃取劑濃度95%～99.5%，萃取液溫度為30～40℃，萃取室真空度～0.06Mpa，微波振動(dòng)頻率為30～40HZ。

隔離膜是通過(guò)將骨架材料、填料、增塑劑、阻燃劑、偶聯(lián)劑真空攪拌均勻后輥刮涂敷成膜，其中骨架材料采用聚偏氟乙烯、填料采用二氧化硅或三氧化二鋁、增塑劑采用鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸二辛酯、偶聯(lián)劑采用乙烯基三硅烷、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷中的一種或兩種，各組分質(zhì)量百分比為：聚偏氟乙烯70%～80%、填料15%～17%、增塑劑4%～6%、偶聯(lián)劑1%～3%、阻燃劑0.01%～1%。

每個(gè)單元結(jié)構(gòu)分為：負(fù)極板/隔離膜/正極板、負(fù)極板/隔離膜/正極板/隔離膜/負(fù)極板、正極板/隔離膜/負(fù)極板/隔離膜/正極板三種不同的層狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)單體電池由若干個(gè)基本模式的單元并聯(lián)組成。

每個(gè)基本單元的兩個(gè)側(cè)面電極的活性物質(zhì)經(jīng)熱壓鑲嵌到集流體的單面，以減少接觸電阻，無(wú)活性物質(zhì)的金屬集流體一側(cè)朝外，以利于散熱，中間電極的活性物質(zhì)經(jīng)熱壓鑲嵌到集流體的雙面。

每個(gè)單元均采用疊片工藝堆疊起來(lái)，并經(jīng)100～150℃、壓力0.2～0.5Mpa的高溫?zé)岷咸幚砘蚪?jīng)粘結(jié)劑常溫復(fù)合處理而成為一體的電芯單元。

1～20片單元并聯(lián)后可以制造出0.2Ah～100Ah之間任意容量的單體電池，其厚度在0.4～10mm之間。

上述多孔鋰離子聚合物電池還可以設(shè)計(jì)成各種不同的形狀和結(jié)構(gòu)的電池，如可以設(shè)計(jì)出方形、三角形、圓形、半圓形、橢圓形等各種不同的形狀，還可以設(shè)計(jì)出一正一負(fù)、一正兩負(fù)或兩正一負(fù)型結(jié)構(gòu)的電池，以滿足不同客戶的需求。

單元的串并聯(lián)方式可以制造功率型電池或高電壓型電池。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提出的多孔鋰離子聚合物電池電極的孔容不低于80%，孔率≥45%，孔徑0.2-10μm，使整個(gè)電極的多孔結(jié)構(gòu)具有三維、高曲度、高繞度、通透等特征，進(jìn)而有效提高表面積，增加離子遷移通道，縮短離子的交換距離和時(shí)間，消除了各種極化引起的產(chǎn)熱問(wèn)題，并提升了電池倍率性能延長(zhǎng)了電池使用壽命。

附圖說(shuō)明：

附圖1是本發(fā)明中用于三維多孔聚合物鋰離子電池制造的各種不同結(jié)構(gòu)電芯單元的示意圖；

圖中1-負(fù)極極耳；2-正極極耳；3-網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體；4-網(wǎng)狀鋁正極集流體；5-負(fù)極膜；6-正極膜；7-隔離膜。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：圖中A、B、C分別表示負(fù)極板/隔離膜7/正極板（一負(fù)一正）、負(fù)極板/隔離膜7/正極板/隔離膜7/負(fù)極板（兩負(fù)一正）、正極板/隔離膜7/負(fù)極板/隔離膜7/正極板（一負(fù)兩正）3中不同結(jié)構(gòu)的電芯單元，若將一個(gè)上述電芯單元直接用鋁塑包裝膜進(jìn)行包裝，即可得一種超薄型電池，其厚度可在0.4~1mm之間任意設(shè)計(jì)。

一種三維多孔聚合物鋰離子電池電極，包括多個(gè)單元，所述每個(gè)單元均包括有正極板、負(fù)極板和隔離膜7，正極板由網(wǎng)狀鋁正極集流體4及復(fù)合在鋁基網(wǎng)狀集流體4單面或雙面的正極活性物質(zhì)組成，正極活性物質(zhì)為鋰、鎳、鈷、錳氧化物，正極膜6由正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、添加劑及粘結(jié)劑按所需比例配制而成，負(fù)極板由網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體3及負(fù)極活性物質(zhì)組成，其中網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體3嵌入在負(fù)極活性物質(zhì)中，負(fù)極活性物質(zhì)為石墨、MCMB，負(fù)極膜5由負(fù)極活性物質(zhì)、添加劑、粘結(jié)劑等配比而成。

網(wǎng)狀鋁正極集流體5和網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體3均為具有菱形網(wǎng)眼的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀鋁正極集流體4和網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體3均需經(jīng)除油清洗和表面導(dǎo)電處理。

正極板、隔離膜7和負(fù)極板均為三維多孔結(jié)構(gòu)，孔徑在0.2～10 μm之間。

三維多孔結(jié)構(gòu)是通過(guò)萃取分離技術(shù)獲得的，萃取劑采用甲醇或乙醇，萃取工藝為三級(jí)階梯萃取法，經(jīng)自上而下三次萃取過(guò)程獲得三維多孔結(jié)構(gòu)，萃取劑濃度為：一級(jí)溶劑室萃取劑濃度90%～93%，二級(jí)溶劑室萃取劑濃度94%～97%，三級(jí)溶劑室萃取劑濃度95%～99.5%，萃取液溫度為30～40℃，萃取室真空度～0.06Mpa，微波振動(dòng)頻率為30～40HZ。

隔離膜7是通過(guò)將骨架材料、填料、增塑劑、阻燃劑、偶聯(lián)劑真空攪拌均勻后輥刮涂敷成膜，其中骨架材料采用聚偏氟乙烯、填料采用二氧化硅或三氧化二鋁、增塑劑采用鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸二辛酯、偶聯(lián)劑采用乙烯基三硅烷、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷中的一種或兩種，各組分質(zhì)量百分比為：聚偏氟乙烯70%～80%、填料15%～17%、增塑劑4%～6%、偶聯(lián)劑1%～3%、阻燃劑0.01%～1%。

每個(gè)基本單元的兩個(gè)側(cè)面電極的正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)經(jīng)熱壓鑲嵌到網(wǎng)狀鋁正極集流體4或網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體3的單面，以減少接觸電阻，無(wú)活性物質(zhì)的網(wǎng)狀鋁正極集流體4或網(wǎng)狀銅負(fù)極集流體3一側(cè)朝外，以利于散熱，中間電極的活性物質(zhì)經(jīng)熱壓鑲嵌到集流體的雙面。

每個(gè)單元均采用疊片工藝堆疊起來(lái)，并經(jīng)100～150℃、壓力0.2～0.5Mpa的高溫?zé)岷咸幚砘蚪?jīng)粘結(jié)劑常溫復(fù)合處理而成為一體的電芯單元。

1～20片單元并聯(lián)后可以制造出0.2Ah～100Ah之間任意容量的單體電池，其厚度在0.4～10mm之間。

上述多孔鋰離子聚合物電池還可以設(shè)計(jì)成各種不同的形狀和結(jié)構(gòu)的電池，如可以設(shè)計(jì)出方形、三角形、圓形、半圓形、橢圓形等各種不同的形狀，還可以設(shè)計(jì)出一正一負(fù)、一正兩負(fù)或兩正一負(fù)型結(jié)構(gòu)的電池，以滿足不同客戶的需求。

單元的串并聯(lián)方式可以制造功率型電池或高電壓型電池。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。