鋰離子電池集流體及鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種具有高穩(wěn)定性和高安全性的鋰 離子電池集流體及鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)即面臨著煤、石油等不可再生能源的日益枯竭，也面臨著嚴(yán) 重的環(huán)境污染問(wèn)題，鋰離子電池作為一種高性能電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，在便攜式移動(dòng)設(shè)備得到 了廣發(fā)應(yīng)用，尤其是近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的高安全性要求越來(lái) 越重視。
[0003] 近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)、飛機(jī)等交通工具所攜帶鋰離子電池爆炸、起火等事故頻發(fā)，電 池安全性成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。盡管現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提出各種改善方案，但大都收效甚微。
[0004] 鋰離子電池包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其中正極片一般是由鋁箔集流體和正 極活性物質(zhì)構(gòu)成，而負(fù)極片一般是由銅箔集流體和負(fù)極活性物質(zhì)構(gòu)成。常規(guī)的鋰離子電池 電解液中電解質(zhì)材料一般為六氟磷酸鋰，但該電解質(zhì)在溫度高于55°C易分解和易分解，因 此鋰離子電池耐高溫性能差、循環(huán)和使用壽命較短的原因所在，并已成為發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)用 大容量、高功率鋰離子動(dòng)力電池的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一。
[0005] 近年來(lái)，人們陸續(xù)合成了包括三氟甲基磺酸亞胺基鋰、雙草酸硼酸鋰、草酸雙氟硼 酸鋰等在內(nèi)的多種耐高溫性能良好的鋰離子電池電解質(zhì)鹽，其優(yōu)異化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性滿(mǎn) 足了電動(dòng)汽車(chē)對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的技術(shù)要求。但是電池在這些電解質(zhì)鹽中長(zhǎng)期工作過(guò)程 中，在高電壓下（> 4V)難免會(huì)腐蝕銅鋁箔集流體，造成極片失效，對(duì)電池構(gòu)成安全威脅，尤 其是嚴(yán)重腐蝕正極鋁箔集流體，導(dǎo)致電池?zé)o法正常工作。
[0006] 因此，完全有必要提供一種具有良好穩(wěn)定性和安全性的鋰離子電池集流體及電 池，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種鋰離子電池集流體，包括聚酰亞胺石墨膜。所述的集流體由聚酰亞胺膜經(jīng) 1000-600 °C炭化后，再于2600-3000 °C石墨化得到的石墨膜壓制而成。
[0008] 所述的鋰離子電池集流體，聚酰亞胺石墨膜石墨層間距小于0. 3360納米，石墨化 度大于93%，碳原子含量大于96%，壓制后的厚度5-50微米。
[0009] -種鋰離子電池，該電池包括密封在包裝膜內(nèi)的正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)，所述 的正極包括正極集流體和涂覆在集流體上的正極活性物質(zhì)，所述的負(fù)極包括負(fù)極集流體和 涂覆在集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)，所述的正極集流體和負(fù)極集流體均為聚酰亞胺石墨膜。
[0010] 所述的一種鋰離子電池，正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸亞鐵鋰、鎳 鈷錳酸鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰中的一種或多種，所述的負(fù)極活性物質(zhì)為改性天然石墨、人 造石墨，石墨化中間相炭微球、硬炭、軟炭、鈦酸鋰、硅及其硅復(fù)合材料中的一種或多種；所 述的電解液包括鋰鹽、溶劑和添加劑，其中鋰鹽為二(三氟甲基磺酸）亞胺鋰、雙草酸硼酸 鋰、草酸雙氟硼酸鋰中的一種或多種，溶劑選擇碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸 二甲酯、二酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丁內(nèi)酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙 酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的一種或多種；添加劑選擇成膜添加劑、防過(guò)充添加劑、阻燃 添加劑、電解質(zhì)穩(wěn)定劑、提高電導(dǎo)率添加劑、抗氧化添加劑中的一種或多種；隔膜材料為聚 丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復(fù)合膜、陶瓷隔膜、生物質(zhì)纖維素復(fù)合隔膜。
[0011] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：采用所述的集流體用于鋰離子電池時(shí)，可以有 效避免電池中的腐蝕性電解質(zhì)或其副產(chǎn)物對(duì)集流體造成的破壞，提高電池使用穩(wěn)定性和安 全性。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1聚酰亞胺石墨膜的高倍率透射電子顯微鏡圖。
[0013] 圖2以石墨膜為正極集流體、錳酸鋰為正極活性物質(zhì)、鋰片為負(fù)極、1M二(三氟甲 基磺酸）亞胺鋰/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶劑體積比=1:1)為電解液、聚丙烯/聚乙烯 /聚丙烯三層復(fù)合膜為隔膜構(gòu)成的扣式鋰離子電池的充放電循環(huán)性能圖。
[0014] 圖3以石墨膜為負(fù)極集流體、石墨化中間相炭微球?yàn)樨?fù)極活性物質(zhì)、鋰片為負(fù)極、 二(三氟甲基磺酸)亞胺鋰/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶劑體積比=1:1)為電解液、聚丙烯 /聚乙烯/聚丙烯三層復(fù)合膜為隔膜構(gòu)成的扣式鋰離子電池的充放電循環(huán)性能圖。
[0015] 圖4以錳酸鋰為正極活性材料、中間相炭微球?yàn)樨?fù)極活性材料，二(三氟甲基磺 酸）亞胺鋰/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶劑體積比=1:1)為電解液、聚丙烯/聚乙烯/聚 丙烯三層復(fù)合膜為隔膜構(gòu)成的軟包裝鋰離子電池的充放電循環(huán)性能圖。
[0016] 圖5以鋁箔為正極集流體、錳酸鋰為正極活性物質(zhì)、鋰片為負(fù)極、二(三氟甲基磺 酸）亞胺鋰/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶劑體積比=1:1)為電解液、聚丙烯/聚乙烯/聚 丙烯三層復(fù)合膜為隔膜構(gòu)成的扣式鋰離子電池的充放電循環(huán)性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面通過(guò)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。 實(shí)施例
[0018] 將市售聚酰亞胺膜在氬氣氣氛下1400°C炭化6小時(shí)，取出后在石墨化爐中2800°C 石墨化處理得到聚酰亞胺石墨膜，如圖1所示的高倍率透射電子顯微鏡圖，該膜沿C軸方向 高度取向，層間距為0. 3355nm，石墨化度為98. 89%，經(jīng)X射線(xiàn)光電子能譜測(cè)試，該膜的表面 碳原子含量為98. 35%，壓實(shí)后，測(cè)定厚度為20微米，待用。
[0019] 石墨化度計(jì)算公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種裡離子電池集流體，包括聚醜亞胺石墨膜，其特征在于；所述的集流體由聚醜 亞胺膜經(jīng)1000-600°C炭化后，再于2600-3000°C石墨化得到的石墨膜壓制而成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裡離子電池集流體，其特征在于：所述的聚醜亞胺石墨膜石 墨層間距小于0. 3360納米，石墨化度大于93%，碳含量大于96%，壓制后的厚度5-50微米。
3. -種裡離子電池，該電池包括密封在包裝膜內(nèi)的正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)，所述的 正極包括正極集流體和涂覆在集流體上的正極活性物質(zhì)，所述的負(fù)極包括負(fù)極集流體和涂 覆在集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)，所述的正極集流體和負(fù)極集流體均為聚醜亞胺石墨膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種裡離子電池，其特征在于；所述的正極活性物質(zhì)為鉆酸 裡、猛酸裡、媒酸裡、磯酸亞鐵裡、媒鉆猛酸裡、磯酸猛裡、磯酸饑裡中的一種或多種，所述的 負(fù)極活性物質(zhì)為改性天然石墨、人造石墨，石墨化中間相炭微球、硬炭、軟炭、鐵酸裡、娃及 其娃復(fù)合材料中的一種或多種；所述的電解液包括裡鹽、溶劑和添加劑，其中裡鹽為雙H 氣甲基賴(lài)酸亞胺基裡、雙草酸測(cè)酸裡、草酸雙氣測(cè)酸裡中的一種或多種，溶劑選擇碳酸己帰 醋、碳酸丙帰醋、碳酸下帰醋、碳酸二甲醋、二酸二己醋、碳酸甲己醋、碳酸甲丙醋、下內(nèi)醋、 己酸己醋、己酸丙醋、己酸下醋、丙酸甲醋、丙酸己醋、丙酸丙醋中的一種或多種；添加劑選 擇成膜添加劑、防過(guò)充添加劑、阻燃添加劑、電解質(zhì)穩(wěn)定劑、提高電導(dǎo)率添加劑、抗氧化添加 劑中的一種或多種；隔膜材料為聚丙帰、聚己帰、聚丙帰/聚己帰/聚丙帰H層復(fù)合膜、陶瓷 隔膜、生物質(zhì)纖維素復(fù)合隔膜。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種鋰離子電池集流體，包括聚酰亞胺石墨膜，由聚酰亞胺膜經(jīng)1000-1600?C炭化后，再于2600-3000?C石墨化得到的石墨膜壓制而成，所述的石墨膜石墨層間距小于0.3360納米，石墨化度大于93%，碳原子含量大于96%，壓制后的厚度5-50微米。本發(fā)明還還公開(kāi)了一種鋰離子電池，該電池包括密封在包裝膜內(nèi)的正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)，所述的正極包括正極集流體和涂覆在集流體上的正極活性物質(zhì)，所述的負(fù)極包括負(fù)極集流體和涂覆在集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)，所述的正極集流體和負(fù)極集流體均為聚酰亞胺石墨膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以有效避免電池中的腐蝕性電解質(zhì)或其副產(chǎn)物對(duì)集流體造成的破壞，提高電池使用穩(wěn)定性和安全性。
【IPC分類(lèi)】H01M4-13, H01M10-0525, H01M4-66
【公開(kāi)號(hào)】CN104681820
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310636218
【發(fā)明人】崔光磊, 韓鵬獻(xiàn), 張波, 黃長(zhǎng)水
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年12月3日