一種柔性鋰離子電池集流體、柔性鋰離子電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，具體地，涉及一種柔性鋰離子電池集流體、柔性鋰離子電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池是一種能量密度高、可靠性高、加工性能好和環(huán)保性能優(yōu)良的二次電池，已被廣泛應用于各類便攜式電子設備中?，F(xiàn)有的鋰離子電池包括相互疊加卷繞的正極片、隔膜、負極片和電解液，隔膜間隔于相鄰的正、負極片之間以將正負極片絕緣，同時用于保持電解液。正極片包括一正極集流體及形成于該正極集流體表面的正極材料層。負極片包括一負極集流體及形成于該負極集流體表面的負極材料層。鋰離子電池的正負極片一般根據(jù)電池尺寸采用卷繞或者堆疊方式，正負極片上的材料層連續(xù)分布在集流體上。其中，鋰離子電池中的集流體是用于匯集電流的結構。集流體的功用主要是將電池活性物質產(chǎn)生的電流匯集起來以便形成較大的電流對外輸出，因此，集流體應與活性物質充分接觸，并且內(nèi)阻應盡可能小為佳?，F(xiàn)有的鋰離子電池中，集流體通常采用金屬薄片，如銅箔、鋁箔。然而，這些金屬薄片一般不能彎折和擠壓，不具有柔性。因此，使得鋰離子電池具有相當?shù)挠捕龋荒芙邮苡捎谕饬Χ鴮е碌淖冃?。如果鋰離子電池有變形，將會破壞正負極片與隔膜間的界面，導致電池性能惡化，影響終端用戶的正常使用。同時，現(xiàn)有鋰離子電池通常含有電解液，月自放電率較高(6-8%)，且容易造成漏液，安全性有待進一步提高。
[0003]隨著便攜式電子設備的快速發(fā)展，對于鋰離子電池的要求也越來越高。特別是近年來出現(xiàn)的新概念柔性電子書或柔性手機，可穿戴式設備以及一些便攜式的醫(yī)療電子設備急需有對應的柔性鋰離子電池與之配合，以設計出客戶滿意的柔性電子產(chǎn)品。因此，研發(fā)一種可以彎折、擠壓，自放電率小，安全性高的柔性鋰離子電池，具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術中的上述問題，提供一種柔性鋰離子電池集流體、柔性鋰離子電池以及柔性鋰離子電池的制備方法，該柔性鋰離子電池可以彎折、擠壓，能夠進行自由化設計，不受電池特性的限制，且自放電率小，安全性高。
[0005]本發(fā)明的發(fā)明人在研究中意外發(fā)現(xiàn)，將碳納米管和柔性電解質(尤其是經(jīng)過改性的柔性電解質)按一定比例混合后，能夠形成導電性能好又具有柔性的柔性鋰離子電池集流體，包含該集流體的鋰離子電池也具有柔性，且自放電率小、安全性高。
[0006]因此，為了實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種柔性鋰離子電池集流體，該柔性鋰離子電池集流體包括柔性電解質和碳納米管，所述柔性電解質和所述碳納米管的重量比為1:10-10:1。
[0007]第二方面，本發(fā)明提供了一種柔性鋰離子電池，該柔性鋰離子電池包括正極膠體、負極膠體、隔膜和外殼，所述正極膠體包括正極材料和柔性鋰離子電池集流體，所述負極膠體包括負極材料和柔性鋰離子電池集流體，所述隔膜設置在相鄰的正極膠體和負極膠體之間，所述正極膠體、所述負極膠體和所述隔膜疊成柔性電芯模塊，所述柔性電芯模塊設置在所述外殼中。
[0008]第三方面，本發(fā)明還提供了柔性鋰離子電池的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0009]( I)制備正極膠體:將柔性電解質、碳納米管和正極材料混合，得到混料，然后將混料共擠出制成正極膠體，其中，柔性電解質和碳納米管的重量比為1:10-10:1 ；
[0010](2)制備負極膠體:將柔性電解質、碳納米管和負極材料混合，得到混料，然后將混料共擠出制成負極膠體，其中，柔性電解質和碳納米管的重量比為1:10-10:1 ;
[0011](3)裁切正極膠體和負極膠體，通過疊片壓合的方式將正極膠體、隔膜和負極膠體疊成柔性電芯模塊，使得隔膜設置在相鄰的正極膠體和負極膠體之間，并在正極膠體和負極膠體上分別壓入正極端子和負極端子；
[0012](4)將外殼包覆在柔性電芯模塊表面通過共擠出成型或通過模具注塑成型。
[0013]本發(fā)明的柔性鋰離子電池集流體，由于碳納米管能夠提高柔性電解質的導電性，且柔性電解質本身具有柔性，因此形成的鋰離子電池集流體既具有較好的導電性能，又可以彎折、擠壓，具有柔性。本發(fā)明的柔性鋰離子電池克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)的鋰離子電池不能彎折、擠壓的缺點，具有柔性，能夠配合穿戴式設備、便攜式設備的各種ID造型，使產(chǎn)品的設計更加自由化，不會受到電池特性的限制。同時，由于柔性電解質為固體電解質聚合物，使得該柔性鋰離子電池的自放電率小，月自放電率小于1%，且使得該柔性鋰離子電池不再需要電解液，通過固體電解質聚合物即可進行導電，克服了電解液漏液的缺陷，安全性得到提聞。
[0014]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的一種實施方式中的柔性鋰離子電池的截面示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的另一種實施方式中的柔性鋰離子電池的截面示意圖。
[0017]附圖標記說明
[0018]I正極膠體；2負極膠體；3隔膜；4正極端子；5負極端子；6外殼。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0020]第一方面，本發(fā)明提供了一種柔性鋰離子電池集流體，該柔性鋰離子電池集流體包括柔性電解質和碳納米管，柔性電解質和碳納米管的重量比為1:10-10:1。
[0021]本領域技術人員應該理解的是，柔性電解質是指具有電子傳輸功能的柔性的膠體物質，其導電性來源于晶格中離子的遷移，膠體物質可受擠壓或彎折。因此，柔性電解質可以為具有導電功能的固體高分子電解質聚合物。本發(fā)明中的柔性電解質優(yōu)選為聚乙炔聚合物和/或聚苯胺聚合物，更優(yōu)選為改性的聚乙炔聚合物和/或改性的聚苯胺聚合物。聚乙炔聚合物和/或聚苯胺聚合物經(jīng)過改性處理后，可以提高電導率，進而提高導電性能。
[0022]本發(fā)明中，柔性電解質與碳納米管混合時的重量比，對于柔性鋰離子電池集流體的導電性和柔性有重要影響，若柔性電解質含量較高，柔性鋰離子電池集流體的柔性則相對較高；若碳納米管含量較高，柔性鋰離子電池集流體的導電性則相對較高。因此為了使柔性鋰離子電池集流體同時具有較高的柔性和導電性能，柔性電解質和碳納米管的重量比為1:10-10:1。本領域技術人員可以根據(jù)產(chǎn)品的具體需求，在前述比例范圍內(nèi)進行適當調整以獲得高柔性/高導電性的柔性鋰離子電池集流體。
[0023]其中，改性的聚乙炔聚合物和/或改性的聚苯胺聚合物可以商購獲得，也可以通過本領域常規(guī)的方法制備。例如聚乙炔聚合物改性的方法可以為:將聚乙炔通過化學摻雜實現(xiàn)，以聚乙炔與碘的摩爾比為1:1.5的比例在聚乙炔中加入碘，混合，在反應釜中加熱到150°C發(fā)生反應，生成P型摻雜的聚合物。聚苯胺聚合物改性的方法可以為:通過化學氧化合成，聚苯胺通過過硫酸銨在鹽酸水溶液中氧化苯胺單體來制備，反應后得到的沉淀為鹽酸摻雜的導電聚苯胺(PAN2HC1)粉末，然后經(jīng)過酸液泡制，烘干后成型。
[0024]第二方面，如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供了一種柔性鋰離子電池，該柔性鋰離子電池包括正極膠體1、負極膠體2、隔膜3和外殼6，正極膠體I包括正極材料和柔性鋰離子電池集流體，負極膠體2包括負極材料和柔性鋰離子電池集流體，隔膜3設置在相鄰的正極膠體I和負極膠體2之間，正極膠體1、負極膠體2和隔膜3疊成柔性電芯模塊，柔性電芯模塊設置在外殼6中。
[0025]本發(fā)明的柔性鋰離子電池中，柔性鋰離子電池集流體如前所述，在此不再贅述。
[0026]本發(fā)明的正極膠體I中，正極材料和柔性鋰離子電池集流體的重量比,對于柔性鋰離子電池的比能量和柔性有重要影響，若正極材料含量較高，柔性鋰離子電池的比能量則相對較高；若柔性鋰離子電池集流體的含量較高，柔性鋰離子電池的柔性則相對較高。因此為了使柔性鋰離子同時具有較高的比能量和柔性，柔性鋰離子電池集流體與正極材料的重量比優(yōu)選為0.05:0.95-0.3:0.7。本領域技術人員可以根據(jù)產(chǎn)品的具體需求，在前述比例范圍內(nèi)進行適當調整以獲得高比能量/高柔性的柔性鋰離子電池。
[0027]本發(fā)明中，對于正極材料的種類沒有特別要求，可以為本領域常用的各種正極材料，優(yōu)選情況下，正極材料為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和錳酸鋰中的一種或多種。
[0028]本發(fā)明的負極膠體2中，負極材料和柔性鋰離子電池集流體的重量比，對于柔性鋰離子電池的比能量和柔性有重要影響，若負極材料含量較高，柔性鋰離子電池的比能量則相對較高；若柔性鋰離子電池集流體的含量較高，柔性鋰離子電池的柔性則相對較高。因此為了使柔性鋰離子同時具有較高的比能量和柔性，柔性鋰離子電池集流體與負極材料的重量比優(yōu)選為0.02:0.98-0.3:0.7。本領域技術人員可以根據(jù)產(chǎn)品的具體需求，在前述比例范圍內(nèi)進行適當調整以獲得高