本實用新型涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種多孔聚酰亞胺負極高能量密度鋰離子電池電芯。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境污染及能源消耗等問題的日益嚴(yán)重，新能源行業(yè)得到全年世界的普遍關(guān)注。鋰離子電池由于其具有環(huán)境友好、能量密度高、循環(huán)壽命長、價格適宜等優(yōu)點而成為近年來的研究熱點。其在數(shù)碼、儲能、通信、電動車等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電動汽車領(lǐng)域，以每年50%的增長速率在推廣。

傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料一般為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等電化學(xué)氧化還原電位較高的含鋰化合物，負極一般使用碳材料，如石墨、硬炭、軟炭等。然而，碳材料的克容量較低，使得電池的能量密度幾乎達到極限。且循環(huán)過程中隨著SEI膜的不斷破損和修復(fù)，以及溶劑分子的共嵌入等原因，造成電池容量衰減較快。新型負極材料如硅類負極、錫負極等雖然具有較高的克容量，但依然無法避免循環(huán)衰減問題。

同時，現(xiàn)有的鋰離子電池中都包含有隔膜，傳統(tǒng)的隔膜厚度較厚，占據(jù)了大量的體積，間接的影響的了電池的能量密度。并且在電池組裝置需要將正負極進行隔離，較為費時。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種多孔聚酰亞胺負極高能量密度鋰離子電池電芯。本實用新型使用高分子量的聚酰亞胺作為鋰離子電池負極材料，依靠聚酰亞胺分子中的酰基發(fā)生電化學(xué)氧化-還原反應(yīng)完成能量轉(zhuǎn)移。使用聚酰亞胺作為負極材料，不存在石墨類材料首次充電SEI成膜過程中對容量的損耗，也不存在SEI的不斷修復(fù)及溶劑分子共插入而導(dǎo)致電池容量衰減問題。同時本實用新型的鋰離子電池不含隔膜，體積小、制作簡單，能量密度高，安全性好。

本實用新型的具體技術(shù)方案為：一種多孔聚酰亞胺負極高能量密度鋰離子電池電芯，包括正極、負極、電解液。所述負極包括負極集流體、涂覆于所述負極集流體表面的多孔聚酰亞胺負極層、涂覆于所述多孔聚酰亞胺負極層表面的多孔陶瓷層；所述多孔聚酰亞胺負極層的孔隙率為5-20%，孔徑為5-50微米；所述正極與負極交錯疊層或者卷繞。

所述多孔聚酰亞胺負極層由聚酰亞胺負極漿料固化而成；所述多孔聚酰亞胺負極層的厚度為50-200微米；所述聚酰亞胺負極漿料包括70-83重量份聚酰亞胺、15-20重量份導(dǎo)電劑、2-10重量份粘結(jié)劑、1-3重量份致孔劑、40-80重量份有機溶劑；其中聚酰亞胺、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的總和為100重量份。

聚酰亞胺為一種特種工程塑料，其具有耐高溫（400℃以上）、耐腐蝕、機械性能好、合成簡單的優(yōu)點，其分子鏈中含有大量酰基基團，由于?；哂卸嘀匮趸瘧B(tài)，在一定條件下，可以同金屬離子如鋰離子、鈉離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因而聚酰亞胺可以作為鋰離子電池的負極材料。本實用新型以傳統(tǒng)鋰離子電池正極材料為正極，以高分子量聚酰亞胺作為負極材料，依靠聚酰亞胺分子中的?；l(fā)生電化學(xué)氧化-還原反應(yīng)完成能量轉(zhuǎn)移。使用聚酰亞胺作為負極材料，不存在石墨類材料首次充電SEI成膜過程中對容量的損耗，也不存在SEI的不斷修復(fù)及溶劑分子共插入而導(dǎo)致電池容量衰減問題。

在本實用新型中，多孔聚酰亞胺負極層為多孔狀，能夠依靠孔隙吸收電解液以進一步降低負極鋰離子傳導(dǎo)阻礙。

同時，在聚酰亞胺負極表面均勻涂覆多孔的多孔陶瓷層，多孔陶瓷層替代傳統(tǒng)隔膜，一方面多孔陶瓷層具有較高的孔隙率，可以傳導(dǎo)鋰離子，另一方面多孔陶瓷層起到了高溫阻隔作用，在電芯發(fā)生內(nèi)短路時，多孔陶瓷層依然能夠阻隔正負極大面積接觸，進一步防止電池?zé)崾Э?。此外，多孔陶瓷層具有較低的厚度，同傳統(tǒng)的隔膜相比，使用多孔陶瓷層將會極大的降低電芯體積，提高電芯體積能量密度。本實用新型的聚酰亞胺的克容量可達180-240mAh/g。

并且，在本實用新型中，多孔聚酰亞胺負極層與多孔陶瓷層相配合，具有額外的有益效果：由于負極多孔聚酰亞胺負極層為高分子材料，與陶瓷漿料中的粘結(jié)劑形成較強的結(jié)合力，因而多孔陶瓷層能夠緊密的粘接在多孔聚酰亞胺負極層上，不會發(fā)生將陶瓷漿料涂覆在傳統(tǒng)負極上出現(xiàn)的脫落或掉粉等問題。正是由于多孔陶瓷層與多孔聚酰亞胺負極層能夠緊密的貼合，使得多孔陶瓷層與負極之間的接觸界面更加緊密，有利降低鋰離子傳導(dǎo)的界面阻抗，提高電池倍率充放電性能。而且多孔聚酰亞胺負極層由于是塑料材質(zhì)，具有更好的韌性，在電池制作過程中將負極卷曲或彎折時，不易斷裂，附著在負極上的多孔陶瓷層也不易脫落。

作為優(yōu)選，所述負極集流體為銅箔。

作為優(yōu)選，所述負極集流體為表面涂覆有導(dǎo)電涂層的銅箔。

在銅箔上預(yù)涂有導(dǎo)電涂層，導(dǎo)電底涂層可以提高聚酰亞胺與銅箔集流體之間的粘結(jié)效果，并且進一步克服聚酰亞胺導(dǎo)電性不佳的缺點。

作為優(yōu)選，所述銅箔的厚度為8-12微米。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電涂層的厚度為1.5-2.5微米。

作為優(yōu)選，所述多孔聚酰亞胺負極層的厚度為50-200微米；所述多孔陶瓷層的厚度為5-30微米。

作為優(yōu)選，所述正極包括正極集流體、涂覆于所述正極集流體表面的正極材料層 。

作為優(yōu)選，所述正極材料層的材料選自鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰；所述正極集流體為鋁箔。

作為優(yōu)選，所述鋁箔厚度為8-12微米，所述正極材料層的厚度為50-200微米。

與現(xiàn)有技術(shù)對比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型使用高分子量的聚酰亞胺作為鋰離子電池負極材料，依靠聚酰亞胺分子中的?；l(fā)生電化學(xué)氧化-還原反應(yīng)完成能量轉(zhuǎn)移。使用聚酰亞胺作為負極材料，不存在石墨類材料首次充電SEI成膜過程中對容量的損耗，也不存在SEI的不斷修復(fù)及溶劑分子共插入而導(dǎo)致電池容量衰減問題。同時本實用新型的鋰離子電池不含隔膜，體積小、制作簡單，能量密度高，安全性好。

附圖說明

圖1為實施例1鋰離子電池電芯正負極組裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例2鋰離子電池電芯正負極組裝結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記為：銅箔1、導(dǎo)電涂層2、多孔聚酰亞胺負極層3、多孔陶瓷層4、正極集流體5、正極材料層6。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步的描述。

實施例1

一種多孔聚酰亞胺負極高能量密度鋰離子電池電芯，包括正極、負極、電解液。所述正極與負極交錯疊層。

如圖1所示，所述負極包括銅箔1、涂覆于所述銅箔表面的多孔聚酰亞胺負極層3、涂覆于所述多孔聚酰亞胺負極層表面的多孔陶瓷層4。所述正極包括正極集流體5、涂覆于所述正極集流體表面的正極材料層6。

其中，所述銅箔的厚度為10微米；所述多孔聚酰亞胺負極層的厚度為125微米；所述多孔聚酰亞胺負極層的孔隙率為12%，孔徑為5-50微米；所述多孔陶瓷層的厚度為10微米。

所述正極集流體為鋁箔，厚度為10微米，所述正極材料層的厚度為125微米。所述正極材料層的材料為磷酸鐵鋰。

實施例2

一種多孔聚酰亞胺負極高能量密度鋰離子電池電芯，包括正極、負極、電解液。所述正極與負極交錯疊層。

如圖2所示，所述負極包括涂有導(dǎo)電涂層2的銅箔1、涂覆于所述負極集流體表面的多孔聚酰亞胺負極層3、涂覆于所述多孔聚酰亞胺負極層表面的多孔陶瓷層4。所述正極包括正極集流體5、涂覆于所述正極集流體表面的正極材料層6。

其中，所述銅箔的厚度為10微米，所述導(dǎo)電涂層的厚度為2微米；所述多孔聚酰亞胺負極層的厚度為125微米；所述多孔聚酰亞胺負極層的孔隙率為12%，孔徑為5-50微米；所述多孔陶瓷層的厚度為10微米。

所述正極集流體為鋁箔，厚度為10微米，所述正極材料層的厚度為125微米。所述正極材料層的材料為磷酸鐵鋰。

實施例3

一種多孔聚酰亞胺負極高能量密度鋰離子電池電芯，包括正極、負極、電解液。所述正極與負極交錯疊層。

所述負極包括涂有導(dǎo)電涂層2的銅箔1、涂覆于所述負極集流體表面的多孔聚酰亞胺負極層3、涂覆于所述多孔聚酰亞胺負極層表面的多孔陶瓷層4。所述正極包括正極集流體5、涂覆于所述正極集流體表面的正極材料層6。

其中，所述銅箔的厚度為8微米，所述導(dǎo)電涂層的厚度為1.5微米；所述多孔聚酰亞胺負極層的厚度為50微米；所述多孔聚酰亞胺負極層的孔隙率為5%，孔徑為5-10微米；所述多孔陶瓷層的厚度為5微米。

所述正極集流體為鋁箔，厚度為8微米，所述正極材料層的厚度為50微米。所述正極材料層的材料為鈷酸鋰。

實施例4

一種多孔聚酰亞胺負極高能量密度鋰離子電池電芯，包括正極、負極、電解液。所述正極與負極交錯疊層。

所述負極包括涂有導(dǎo)電涂層2的銅箔1、涂覆于所述負極集流體表面的多孔聚酰亞胺負極層3、涂覆于所述多孔聚酰亞胺負極層表面的多孔陶瓷層4。所述正極包括正極集流體5、涂覆于所述正極集流體表面的正極材料層6。

其中，所述銅箔的厚度為12微米，所述導(dǎo)電涂層的厚度為2.5微米；所述多孔聚酰亞胺負極層的厚度為200微米；所述多孔聚酰亞胺負極層的孔隙率為20%，孔徑為5-50微米；所述多孔陶瓷層的厚度為30微米。

所述正極集流體為鋁箔，厚度為12微米，所述正極材料層的厚度為200微米。所述正極材料層的材料為錳酸鋰。

本實用新型中所用原料、設(shè)備，若無特別說明，均為本領(lǐng)域的常用原料、設(shè)備；本實用新型中所用方法，若無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變換，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍。