鍍鋁、鎳、銅石墨布作為集流體的二次鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍍鋁、鎳、銅石墨布作為集流體的二次鋰離子電池，在單體二次鋰離子電池中，正極集流體材料是鍍鋁石墨布，負(fù)極集流體材料是鍍鎳或鍍銅石墨布，可應(yīng)用于儲(chǔ)能、新能源汽車及便攜式電子產(chǎn)品，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前人們對(duì)二次鋰離子電池的能量密度要求逐漸提高，各科研院所和電池廠商不斷尋求新材料以推進(jìn)電池性能的不斷提高。除了不斷開發(fā)新型的具有更高能量密度的正極材料外，集流體材料的創(chuàng)新性發(fā)展也是重要的途徑之一。畢竟正、負(fù)極活性材料性能的充分發(fā)揮有賴于其與集流體材料的結(jié)合性能，負(fù)載密度，以及集流體材料的電子傳導(dǎo)性。
[0003]目前二次鋰離子電池的傳統(tǒng)正、負(fù)極集流體材料為鋁箔和銅箔，其存在的主要缺點(diǎn)是正、負(fù)極活性物質(zhì)只能分布在集流體的表面，貼近集流體的活性物質(zhì)和處于電極表面的活性物質(zhì)電子傳導(dǎo)速率和電子密度及均勻性差異巨大。為改善這種情況，目前提出的新型集流體材料從提高與活性材料的接觸面積出發(fā)主要有泡沫金屬、毛刺金屬帶、金屬網(wǎng)等材料；傳統(tǒng)集流體材料存在的問題:即正、負(fù)極活性物質(zhì)只能分布在集流體的表面，貼近集流體的活性物質(zhì)和處于電極表面的活性物質(zhì)電子傳導(dǎo)速率和電子密度及均勻性差異巨大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種鍍鋁、鎳、銅石墨布作為集流體的二次鋰離子電池，其采用了石墨布作為正、負(fù)極集流體的基體材料，石墨布相比金屬箔比表面積大，經(jīng)緯絲束圍成的孔隙率大，正、負(fù)極活性材料能深入孔隙中，滲入到纖維絲表面與集流體充分接觸，與集流體形成一個(gè)整體，避免了傳統(tǒng)正、負(fù)極集流體僅在表面接觸活性材料的弊端，同時(shí)絲束表面的鍛招、鍛鎮(zhèn)、鍛銅表層提聞了電子傳導(dǎo)速率，從而提聞了活性物質(zhì)的利用效率，提聞了鋰離子電池的容量和倍率放電性能。另外，鍍鋁、鍍鎳、鍍銅石墨布集流體較傳統(tǒng)鋁箔、銅箔集流體耐彎折性能好。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種鍍鋁、鎳、銅石墨布作為集流體的二次鋰離子電池，由正、負(fù)電極極板、電解質(zhì)、隔膜、封裝殼體組成；其中隔膜是傳統(tǒng)高分子聚合物、無紡布等導(dǎo)通離子絕緣電子材料，或是與電解液復(fù)合的凝膠狀或具有相同功能的固體電解質(zhì)，封裝殼體是金屬鋼殼、鋁殼，或者鋁塑復(fù)合膜；其特征在于:正極集流體材料采用鋁箔或鍍鋁石墨布，負(fù)極集流體材料采用鍍金屬石墨布結(jié)構(gòu)；鍍金屬石墨布所鍍金屬為銅、鎳、鋁，其中基體石墨布厚度為140MflT300Mm，鋁鍍層厚度為lMnT8Mm，鎳鍍層厚度為2MnTlOMm，銅鍍層厚度為鍍層順序分別為基體上涂覆碳層，再涂覆過渡碳化金屬層，最后再涂覆金屬層；具體制備方法如下:正、負(fù)極極板制備:正、負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑在氮甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺，N，N-二甲基甲酰胺，二甲基亞砜的溶劑中混合均勻，采用流延的方式在鍍鋁、鍍鎳和鍍銅石墨布雙表面涂覆，充分浸潤，然后進(jìn)行真空干燥和極板壓制；正極活性材料可以使用鈷酸鋰、錳酸鋰以及錳、鈷、鎳、以各種比例復(fù)合或摻雜的嵌鋰化合物作為正極活性物質(zhì)；負(fù)極活性材料可以使用碳系材料、硅基材料及鈦酸鋰作為負(fù)極活性物質(zhì)。
[0006]本發(fā)明的積極效果在于與采用傳統(tǒng)的鋁箔、銅箔作為正、負(fù)極集流體二次鋰離子電池相比，本發(fā)明分別采用鍍鋁和鍍鎳、鍍銅石墨布作為正、負(fù)極集流體制備的二次鋰離子電池，不受正、負(fù)極活性物質(zhì)的限制；相比單電極采用鍍金屬石墨布和雙電極采用金屬箔作為集流體的二次鋰離子電池相比，其容量均得到了提高，符合目前市場對(duì)二次鋰離子電池發(fā)展方向的要求，具有很高的價(jià)值。
【附圖說明】
[0007]圖1為鍍鋁石墨布和鍍鎳石墨布分別作為正、負(fù)極集流體的未封裝電芯。
[0008]圖2為鍍鋁石墨布和鍍鎳石墨布分別作為正、負(fù)極集流體的二次鋰離子電池。
[0009]圖3為鍍鋁石墨布和鍍銅石墨布分別作為正、負(fù)極集流體的未封裝電芯。
[0010]圖4為鍍鋁石墨布作為集流體的正極片。
[0011]圖5為鍍銅石墨布作為集流體的負(fù)極片。
[0012]圖6為鍍鎳石墨布作為集流體的負(fù)極片。
[0013]圖7為鍍鋁石墨布和銅箔分別作為正、負(fù)極集流體的未封裝電芯。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
實(shí)施例1
以鈷酸鋰和人造石墨作為正、負(fù)極活性材料，以鍍鋁石墨布(石墨布厚度140Mm鋁鍍層厚度IMm)和鍍鎳石墨布(石墨布厚度180Mm鎳鍍層厚度3Mm)作為正、負(fù)極集流體；電池結(jié)構(gòu)為疊片式。將正極活性材料、5%的粘結(jié)劑PVDF、5%的導(dǎo)電劑VGCF按比例加入NMP (氮甲基吡咯烷酮);將負(fù)極活性材料、5%的粘結(jié)劑PVDF、3%的導(dǎo)電劑VGCF按比例加入NMP (氮甲基吡咯烷酮)，分別攪拌成均一混合物，雙面涂布到鍍鋁和鍍鎳石墨布正、負(fù)極集流體，浸潤一段時(shí)間后進(jìn)行真空干燥和電極壓制，然后裁片備用。將接好極耳的正、負(fù)極片與Celgard單層PP隔膜交替重疊排列后固定好，然后裝入鋁塑膜包裝的電池殼中，熱熔封裝。在符合標(biāo)準(zhǔn)要求的環(huán)境艙中進(jìn)行注液。電解液溶劑為EC+DMC，溶質(zhì)為六氟磷酸鋰。
[0015]對(duì)比電池則采用傳統(tǒng)鋁箔和銅箔作為正、負(fù)極集流體，其他材料和配比均與上述完全相同。
[0016]按照上述方式制備的對(duì)比鋰離子電池，其設(shè)計(jì)容量為2000mAh。采用鍍鋁和鍍鎳石墨布作為正、負(fù)極集流體的電池電壓為3.7V，首次放電容量為1987mAh，循環(huán)50次容量保持率為95%，采用傳統(tǒng)金屬箔作為正、負(fù)極集流體的電池首次放電容量為1844mAh，循環(huán)50次后容量保持率僅為84%,圖1、2所示。
[0017]實(shí)施例2
以錳酸鋰和鈦酸鋰作為正、負(fù)極活性材料，以鍍鋁石墨布(石墨布厚度200Mm鋁鍍層厚度4Mm)和鍍鎳石墨布(石墨布厚度250Mm鎳鍍層厚度7Mm)作為正、負(fù)極集流體；電池結(jié)構(gòu)為疊片式。極片和電池制備方式及對(duì)比電池制備與實(shí)施例1所述相同。
[0018]按照上述方式制備的對(duì)比鋰離子電池，其設(shè)計(jì)容量為2000mAh。采用鍍鋁和鍍鎳石墨布作為正、負(fù)極集流體的電池電壓為2.5V，首次放電容量為1960mAh，循環(huán)50次容量保持率為92%。采用傳統(tǒng)金屬箔作為正、負(fù)極集流體的電池首次放電容量為1888mAh，循環(huán)50次后容量保持率僅為83%，即1567mAh。
[0019]實(shí)施例3
以三元材料和硅碳復(fù)合材料作為正、負(fù)極活性材料，以鍍鋁石墨布(石墨布厚度270Mm鋁鍍層厚度5Mm)和鍍鎳石墨布(石墨布厚度300Mm鎳鍍層厚度1Mm)作為正、負(fù)極集流體；電池結(jié)構(gòu)為疊片式。極片和電池制備方式及對(duì)比電池制備與實(shí)施例1所述相同。
[0020]按照上述方式制備的對(duì)比鋰離子電池，其設(shè)計(jì)容量為2000mAh。采用鍍鋁和鍍鎳石墨布作為正、負(fù)極集流體的電池電壓為3.5V，首次放電容量為1954mAh，循環(huán)50次容量保持率為95%，即1885mAh，而采用傳統(tǒng)金屬箔作為正、負(fù)極集流體的電池首次放電容量為1922mAh，循環(huán)50次后容量保持率僅為84%。
[0021]實(shí)施例4
以錳酸鋰和硬碳作為正、負(fù)極活性材料，以鍍鋁石墨布(石墨布厚度300Mm鋁鍍層厚度8Mm)和鍍鎳石墨布(石墨布厚度260Mm鎳鍍層厚度8Mm)作為正、負(fù)極集流體；電池結(jié)構(gòu)為疊片式。極片和電池制備方式及對(duì)比電池制備與實(shí)施例1所述相同。
[0022]按照上述方式制備的對(duì)比鋰離子電池，其設(shè)計(jì)容量為2000mAh。采用鍍鋁和鍍鎳石墨布作為正、負(fù)極集流體的電池電壓為3.6V，首次放電容量為2018mAh，循環(huán)50次容量保持率為94%，采用傳統(tǒng)金屬箔作為正、負(fù)極集流體的電池首次放電容量為1989mAh，循環(huán)50次后容量保持率為90%