本發(fā)明涉及一種含有新型集流體的鋰電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)鋰離子電池負(fù)極集流體是銅箔，正極集流體是鋁箔。隨著鋰電技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池的高能量密度、輕量化和柔性化成為人們的追求。減薄銅/鋁箔(正負(fù)極集流體的總質(zhì)量約占電池總質(zhì)量的14％-18％左右)，可實現(xiàn)鋰離子電池的輕量化，提高能量密度，降低成本，但由于制備技術(shù)的局限，銅/鋁箔的厚度很難再降低(目前銅箔可量產(chǎn)到6μm，鋁箔可量產(chǎn)到8μm)；另外銅/鋁箔變薄之后，機械強度降低，致使加工性能降低，因此需要新的“減薄技術(shù)”。
現(xiàn)有技術(shù)有將銅/鋁鍍在塑料(例如pet)上作為集流體來提高電池能量密度、降低成本、讓電池輕量化。但其鍍銅的最厚厚度為1.5μm，鍍鋁的最厚厚度為2.0μm(無論是鍍銅還是鍍鋁，均需要一定的厚度來達(dá)到令人滿意的導(dǎo)電性)，這相對于傳統(tǒng)包裝材料鍍銅/鋁膜鍍層厚度來說要厚很多，而鍍層越厚，鍍銅/鋁層越容易從塑料上脫落。
銅/鋁箔的表面需要進行防氧化處理，因為銅/鋁箔直接與負(fù)極/正極材料接觸，時間長后，會被電解液腐蝕，從而降低鋰離子電池的使用壽命。另外，我們發(fā)現(xiàn)在塑料上鍍銅/鋁后，再采用傳統(tǒng)的防氧化方法容易致使銅/鋁鍍層的脫落。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，為克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的一方面在于提供一種既能實現(xiàn)電池的輕量化，提高能量密度，降低成本，又能使鍍銅/鋁層不容易脫落、不容易氧化的含有新型集流體的鋰電池。
本發(fā)明的另一方面在于，提供一種含有新型集流體的鋰電池的制備方法。
本發(fā)明的一種含有新型集流體的鋰電池,包括依次層疊的正極極片、隔膜與負(fù)極極片，所述正極極片含有新型正極集流體，所述正極集流體具有多層結(jié)構(gòu)，包括第一塑料薄膜，在所述第一塑料薄膜的上、下表面依次鍍有第一粘接力增強層、鋁金屬鍍層和第一防氧化層；所述負(fù)極極片含有新型負(fù)極集流體，所述負(fù)極集流體具有多層結(jié)構(gòu)，包括第二塑料薄膜，在所述第二塑料薄膜的上、下表面依次鍍有第二粘接力增強層、銅金屬鍍層和第二防氧化層。
進一步地，所述第一塑料薄膜或第二塑薄膜為opp、pi、pet、cpp或pvc。
進一步地，所述第一粘接力增強層或第二粘接力增強層為金屬鍍膜或非金屬鍍膜，當(dāng)為金屬鍍膜時，所述金屬為ni；當(dāng)為非金屬鍍膜時，所述非金屬為sic、si3n4或al2o3。
進一步地，所述第一防氧化層或第二防氧化層是致密的金屬層或非金屬層，當(dāng)為金屬層時，所述金屬為ni；當(dāng)為非金屬層時，所述非金屬為al2o3、si3n4或sic。
進一步地，所述第一塑料薄膜或第二塑薄膜的厚度為2-12μm；所述第一粘接力增強層或第二粘接力增強層的厚度為10-100nm；所述銅金屬鍍層的厚度為100-1000nm，鋁金屬鍍層的厚度為100-2000nm；所述第一防氧化層或第二防氧化層的厚度為10-100nm。
本發(fā)明的一種含有新型集流體的鋰電池的制備方法，包括如下步驟：
s1.正極集流體制備好后，將正極漿料涂敷在正極集流體上，真空干燥后得到正極極片；
s2.負(fù)極集流體制備好后，將負(fù)極漿料涂敷在負(fù)極集流體上，真空干燥后得到負(fù)極極片；
s3.依次將正極極片、隔膜、負(fù)極極片進行層疊，通過鋁塑膜包裝后，注入電解液，對鋁塑膜進行熱壓封裝，得到鋰離子電池。
進一步地，所述正極漿料是將將磷酸鐵鋰、鈦酸鋰和三元材料中的一種、pvdf和c材料加入到溶劑n-甲基吡咯烷酮中混合攪拌而得到的；其中將磷酸鐵鋰、鈦酸鋰和三元材料中的一種、pvdf和c依次質(zhì)量比為86％-92％∶6％-9％∶2％-6％；所述負(fù)極漿料是將石墨、pvdf和vgcf加入到溶劑水混合攪拌而得到的；其中石墨、pvdf和vgcf依次質(zhì)量比為87％-92％∶5％-9％∶3％-5％。
進一步地，所述正極漿料涂敷厚度為0.1-0.2mm；所述負(fù)極漿料涂敷厚度為0.05-0.12mm。
進一步地，所述隔膜為pp或pe。
進一步地，所述電解液含有的鋰鹽為lipf6或libf4；當(dāng)為lipf6時，電解液中ec：dmc＝1∶1，lipf6在電解液中的摩爾濃度為1.1mol/l。
本發(fā)明的有益效果在于，
(1)通過塑料薄膜層實現(xiàn)減重，其中鍍鋁膜集流體可實現(xiàn)減重50％，厚度降低30％，鍍銅膜集流體可實現(xiàn)減重70％，顯著提高電池能量密度；
(2)塑料薄膜作為基底具有更強的拉伸強度，使得制備工序中的張力，壓力等窗口會更大，從而備料段可采用更高的壓力實現(xiàn)更大壓實密度，提高過程制造能力；
(3)鍍上一層粘接力增強層，可減少銅/鋁金屬鍍層的脫落，可有效防止銅/鋁金屬鍍層容易脫落導(dǎo)致集流體的性能喪失；
(4)用這種新鍍銅塑料膜集流體替代原有鋰電池中的銅箔集流體，由傳統(tǒng)的6μm的純銅箔減少到不到1μm的鍍銅層，銅的用量大大減少，集流體成本可降低50％以上。
(5)采用鍍膜的方式得到的防氧化層，可解決塑料上銅/鋁鍍層脫落的問題，同時達(dá)到防氧化的目的。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明的含有新型集流體的鋰電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明優(yōu)選的實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
參見圖1所示，本發(fā)明的一種含有新型集流體的鋰電池,包括依次層疊的正極極片1、隔膜3與負(fù)極極片2，所述正極極片1含有新型正極集流體10，所述正極集流體10具有多層結(jié)構(gòu)，包括第一塑料薄膜11，在所述第一塑料薄膜11的上、下表面依次鍍有第一粘接力增強層12、鋁金屬鍍層13和第一防氧化層14；所述負(fù)極極片2含有新型負(fù)極集流體20，所述負(fù)極集流體具有多層結(jié)構(gòu)，包括第二塑料薄膜21，在所述第二塑料薄膜21的上、下表面依次鍍有第二粘接力增強層22、銅金屬鍍層23和第二防氧化層24。
在正極集流體10和隔膜3之間有正極活性物質(zhì)15；正極極片1是由正極集流體10和涂覆在正極集流體上的用于參與化學(xué)反應(yīng)的正極活性物質(zhì)15構(gòu)成的。
在負(fù)極集流體20和隔膜3之間有負(fù)極活性物質(zhì)25；負(fù)極極片2是由負(fù)極集流體20和涂覆在負(fù)極集流體上的用于參與化學(xué)反應(yīng)的負(fù)極活性物質(zhì)25構(gòu)成的。
針對正極集流體：
通過第一塑料薄膜層實現(xiàn)減重，其中鍍鋁膜集流體可實現(xiàn)減重50％，厚度降低30％，顯著提高電池能量密度。第一塑料薄膜優(yōu)選為opp、pi、pet、cpp或pvc。其中opp為定向拉伸聚丙烯塑料；pi為聚酰亞胺塑料；pet為聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料、cpp為流延聚丙烯塑料、pvc為聚氯乙烯塑料。進一步優(yōu)選pet、pi、cpp；第一塑料薄膜的厚度優(yōu)選為2-12μm，進一步優(yōu)選為6-10μm。第一塑料薄膜的耐溫性120-300℃。
鍍上一層第一粘接力增強層，可減少鋁金屬鍍層的脫落，可有效防止鋁金屬鍍層容易脫落導(dǎo)致集流體的性能喪失。該第一粘接力增強層優(yōu)選為金屬鍍膜或非金屬鍍膜，當(dāng)為金屬鍍膜時，所述金屬為ni；當(dāng)為非金屬鍍膜時，所述非金屬為sic、si3n4或al2o3,進一步優(yōu)選為al2o3。al2o3與第一塑料薄膜層和鋁金屬鍍層的粘接性能較好，這樣鍍鋁層更不易脫落。第一粘接力增強層的厚度優(yōu)選為10-100nm，進一步優(yōu)選為10-50nm。
鋁金屬鍍層的厚度可為100-2000nm，進一步優(yōu)選為500-1000nm。
第一防氧化層的作用或目的是為了防止鋁金屬鍍層被氧化。第一防氧化層可以是致密的金屬層或非金屬層，當(dāng)為金屬層時，所述金屬為ni；當(dāng)為非金屬層時，所述非金屬為al2o3、si3n4或sic，進一步優(yōu)選為al2o3。當(dāng)采用鍍膜的方式得到的第一防氧化層，可解決塑料上鋁鍍層脫落的問題，同時達(dá)到防氧化的目的。第一防氧化層的厚度可為10-100nm，可進一步優(yōu)選為10-50nm。
一種正極集流體的制備方法，包括如下步驟：
s1.首先對需要鍍膜的塑料薄膜表面進行電暈處理，然后將卷筒塑料薄膜置入雙面往返電子束蒸發(fā)鍍膜機真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級抽真空至真空度達(dá)到3×10-3-6×10-3pa，采用電子槍加速電子轟擊碰撞蒸鍍原料al2o3，調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，al2o3吸熱氣化，在移動的薄膜表面形成一層al2o3鍍層，即粘接力增強層；
s2.將s1得到的鍍al2o3膜置入雙面往返蒸發(fā)鍍膜機真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級抽真空至真空度達(dá)到4×10-2-6×10-2pa，將蒸發(fā)機構(gòu)升溫至1300℃-1400℃，然后再把鋁送至蒸發(fā)機構(gòu)上,調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，鋁在蒸發(fā)機構(gòu)中持續(xù)熔化、蒸發(fā)，在移動的薄膜表面形成一層鍍鋁層，即鋁金屬鍍層；
s3.將s2得到的鍍鋁膜置入雙面往返電子束蒸發(fā)鍍膜機真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級抽真空至真空度達(dá)到3×10-3-6×10-3pa，采用電子槍加速電子轟擊碰撞蒸鍍原料al2o3，調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，al2o3吸熱氣化，在移動的薄膜表面形成一層al2o3鍍層，即防氧化層。
從而得到具有多層結(jié)構(gòu)的正極集流體。
針對負(fù)極集流體：
通過第二塑料薄膜層實現(xiàn)減重，其中鍍銅膜集流體較傳統(tǒng)銅箔集流體可實現(xiàn)減重70％。第二塑料薄膜優(yōu)選為opp、pi、pet、cpp或pvc。其中opp為定向拉伸聚丙烯塑料；pi為聚酰亞胺塑料；pet為聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料、cpp為流延聚丙烯塑料、pvc為聚氯乙烯塑料。進一步優(yōu)選pet、pi、cpp；第二塑料薄膜的厚度優(yōu)選為2-12μm，進一步優(yōu)選為4-8μm。第二塑料薄膜的耐溫性120-300℃。
鍍上一層第二粘接力增強層，可減少銅金屬鍍層的脫落，可有效防止銅金屬鍍層容易脫落導(dǎo)致集流體的性能喪失。該第二粘接力增強層優(yōu)選為金屬鍍膜或非金屬鍍膜，當(dāng)為金屬鍍膜時，所述金屬為ni；當(dāng)為非金屬鍍膜時，所述非金屬為sic、si3n4或al2o3,進一步優(yōu)選為al2o3。ni或al2o3與第二塑料薄膜層和銅金屬鍍層的粘接性能較好，這樣鍍銅層更不易脫落。第二粘接力增強層的厚度優(yōu)選為10-100nm，進一步優(yōu)選為10-50nm。
銅金屬鍍層的厚度可為100-1000nm，進一步優(yōu)選為200-600nm；通過此銅集流體替代原有鋰電池中的銅箔集流體，由傳統(tǒng)的6μm的純銅箔減少到不到1μm的鍍銅層，銅的用量大大減少，銅成本降低50％以上。
第二防氧化層的作用或目的是為了防止銅金屬鍍層被氧化。第二防氧化層可以是致密的金屬層或非金屬層，當(dāng)為金屬層時，所述金屬為ni；當(dāng)為非金屬層時，所述非金屬為al2o3、si3n4或sic進一步優(yōu)選為al2o3。當(dāng)采用鍍膜的方式得到的第二防氧化層，可解決塑料上銅鍍層脫落的問題，同時達(dá)到防氧化的目的。第二防氧化層的厚度可為10-100nm，可進一步優(yōu)選為10-50nm。
一種負(fù)極集流體的制備方法，包括如下步驟：
s1.首先對需要鍍膜的塑料薄膜表面進行電暈處理，然后將卷筒塑料薄膜置入雙面往返磁控濺射鍍膜機真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級抽真空至真空度達(dá)到3×10-3-6×10-3pa，利用磁控濺射在塑料薄膜上雙面往返高效鍍膜，靶材為鎳，純度≥99.9％，調(diào)整好放卷速度、收卷速度，濺射的鎳原子在移動的薄膜上形成一層鍍鎳層，即粘接力增強層；
s2.將s1得到的鍍鎳膜置入雙面往返高頻感應(yīng)蒸發(fā)鍍膜機真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級抽真空至真空度達(dá)到5×10-3-8×10-3pa，采用高頻電流對高頻感應(yīng)蒸發(fā)蒸發(fā)機構(gòu)中純度≥99.9％的銅進行加熱，調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，銅在蒸發(fā)機構(gòu)中持續(xù)熔化、蒸發(fā)，在移動的薄膜表面形成一層銅，即銅金屬鍍層；
s3.將s2得到的鍍銅膜置入雙面往返電子束蒸發(fā)鍍膜機真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級抽真空至真空度達(dá)到3×10-3-6×10-3pa，采用電子槍加速電子轟擊碰撞蒸鍍原料al2o3，調(diào)整好放卷速度、收卷速度和蒸發(fā)量，al2o3吸熱氣化，在移動的薄膜表面形成一層al2o3鍍層，即防氧化層；
或者s3.將s2得到的鍍銅膜置入雙面往返磁控濺射鍍膜機真空室內(nèi)，將真空室密封，逐級抽真空至真空度達(dá)到3×10-3-6×10-3pa，利用磁控濺射在塑料薄膜上鍍膜，靶材為鎳，純度≥99.9％，調(diào)整好放卷速度、收卷速度，濺射的鎳原子在移動的薄膜表面形成一層鍍鎳層，即防氧化層。
從而得到具有多層結(jié)構(gòu)的負(fù)極集流體。
下面通過具體實施例來進一步說明。
實施例1
一種含有新型集流體的鋰電池的制備方法，包括如下步驟：
s1.正極集流體制備好后，將正極漿料涂敷在正極集流體上，真空干燥后得到正極極片；所述正極漿料是將磷酸鐵鋰(或鈦酸鋰、三元材料)、pvdf和c等材料加入到溶劑n-甲基吡咯烷酮中混合攪拌而得到的；其中l(wèi)ifepo4、pvdf和c依次質(zhì)量比為86％∶8％∶6％；正極漿料涂敷厚度為0.1-0.2mm；
s2.負(fù)極集流體制備好后，將負(fù)極漿料涂敷在負(fù)極集流體上，真空干燥后得到負(fù)極極片；所述負(fù)極漿料是將石墨、pvdf和vgcf加入到溶劑水中混合攪拌而得到的；其中石墨、pvdf和vgcf依次質(zhì)量比為87％∶9％∶4％；負(fù)極漿料涂敷厚度為0.05-0.12mm；
s3.依次將正極極片、隔膜、負(fù)極極片進行層疊，通過鋁塑膜包裝后，注入適量電解液，對鋁塑膜進行熱壓封裝，得到鋰離子電池。其中隔膜為pp或pe，所述電解液含有的鋰鹽為lipf6，電解液中ec：dmc＝1∶1，lipf6在電解液中的摩爾濃度為1.1mol/l。
上述中，pvdf是聚偏氟乙烯；c是石墨；vgcf(vaporgrowncarbonfiber)是氣相成長碳纖維。
實施例2
參照實施例1，與實施例1不同的是，s1中，磷酸鐵鋰(或鈦酸鋰、三元材料)、pvdf和c依次質(zhì)量比為88％∶7％∶5％；s2中，石墨、pvdf和vgcf依次質(zhì)量比為90％∶7％∶3％。
實施例3
參照實施例1，與實施例1不同的是，s1中，磷酸鐵鋰(或鈦酸鋰、三元材料)、pvdf和c依次質(zhì)量比為92％∶6％∶2％；s2中，石墨、pvdf和vgcf依次質(zhì)量比為92％∶5％∶3％。
將實施例1-3得到的含有新型集流體的鋰電池進行測試，測試結(jié)果可得到如下結(jié)論：
(1)通過塑料薄膜層實現(xiàn)減重，其中鍍鋁膜集流體可實現(xiàn)減重50％，厚度降低30％，鍍銅膜集流體可實現(xiàn)減重70％，顯著提高電池能量密度；
(2)塑料薄膜作為基底具有更強的拉伸強度，使得制備工序中的張力，壓力等窗口會更大，從而備料段可采用更高的壓力實現(xiàn)更大壓實密度，提高過程制造能力；
(3)鍍上一層粘接力增強層，可減少銅/鋁金屬鍍層的脫落，可有效防止銅/鋁金屬鍍層容易脫落導(dǎo)致集流體的性能喪失；
(4)用這種新鍍銅塑料膜集流體替代原有鋰電池中的銅箔集流體，由傳統(tǒng)的6μm的純銅箔減少到不到1μm的鍍銅層，銅的用量大大減少，銅成本降低50％以上。
(5)采用鍍膜的方式得到的防氧化層，可解決塑料上銅/鋁鍍層脫落的問題，同時達(dá)到防氧化的目的。
上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施例或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。