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，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。

背景技術(shù)：
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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，相對于液態(tài)電解液，具有更好的安全性，是目前電動汽車以及儲能電站等領(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、負極板以及正、負極板之間的隔離裝置，正、負極板上涂有相關(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一步提升的空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明針對現(xiàn)有鋰離子電池存在的缺點和不足，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)計方法。

一種三維多孔聚合物鋰離子電池電極，包括多個單元，所述每個單元均包括有正極板、負極板和隔離膜，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，所述負極板由網(wǎng)狀銅負極集流體及負極活性物質(zhì)組成，其中網(wǎng)狀銅負極集流體嵌入在負極活性物質(zhì)中，負極活性物質(zhì)為石墨、MCMB，負極膜由負極活性物質(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，萃取工藝為三級階梯萃取法，經(jīng)自上而下三次萃取過程獲得三維多孔結(jié)構(gòu)，萃取劑濃度為：一級溶劑室萃取劑濃度90%～93%，二級溶劑室萃取劑濃度94%～97%，三級溶劑室萃取劑濃度95%～99.5%，萃取液溫度為30～40℃，萃取室真空度～0.06Mpa，微波振動頻率為30～40HZ。

隔離膜是通過將骨架材料、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%。

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

每個基本單元的兩個側(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。

每個單元均采用疊片工藝堆疊起來，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)計成各種不同的形狀和結(jié)構(gòu)的電池，如可以設(shè)計出方形、三角形、圓形、半圓形、橢圓形等各種不同的形狀，還可以設(shè)計出一正一負、一正兩負或兩正一負型結(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間，消除了各種極化引起的產(chǎn)熱問題，并提升了電池倍率性能延長了電池使用壽命。

附圖說明：

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

具體實施方式：

實施例：圖中A、B、C分別表示負極板/隔離膜7/正極板（一負一正）、負極板/隔離膜7/正極板/隔離膜7/負極板（兩負一正）、正極板/隔離膜7/負極板/隔離膜7/正極板（一負兩正）3中不同結(jié)構(gòu)的電芯單元，若將一個上述電芯單元直接用鋁塑包裝膜進行包裝，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。

一種三維多孔聚合物鋰離子電池電極，包括多個單元，所述每個單元均包括有正極板、負極板和隔離膜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，負極板由網(wǎng)狀銅負極集流體3及負極活性物質(zhì)組成，其中網(wǎng)狀銅負極集流體3嵌入在負極活性物質(zhì)中，負極活性物質(zhì)為石墨、MCMB，負極膜5由負極活性物質(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，萃取工藝為三級階梯萃取法，經(jīng)自上而下三次萃取過程獲得三維多孔結(jié)構(gòu)，萃取劑濃度為：一級溶劑室萃取劑濃度90%～93%，二級溶劑室萃取劑濃度94%～97%，三級溶劑室萃取劑濃度95%～99.5%，萃取液溫度為30～40℃，萃取室真空度～0.06Mpa，微波振動頻率為30～40HZ。

隔離膜7是通過將骨架材料、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%。

每個基本單元的兩個側(cè)面電極的正極活性物質(zhì)或負極活性物質(zhì)經(jīng)熱壓鑲嵌到網(wǎng)狀鋁正極集流體4或網(wǎng)狀銅負極集流體3的單面，以減少接觸電阻，無活性物質(zhì)的網(wǎng)狀鋁正極集流體4或網(wǎng)狀銅負極集流體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。

每個單元均采用疊片工藝堆疊起來，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)計成各種不同的形狀和結(jié)構(gòu)的電池，如可以設(shè)計出方形、三角形、圓形、半圓形、橢圓形等各種不同的形狀，還可以設(shè)計出一正一負、一正兩負或兩正一負型結(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)明的較佳實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護的范圍。