CN105375034B - 一种锂离子电池集流体及其制备方法和一种锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，公开了一种锂离子电池集流体，集流体由铝锂合金材料制成，其中，锂的含量为0.5wt％～5wt％，铝的含量为95wt％～99.5wt％。本发明的有益效果在于：本发明采用锂含量为0.5wt％～5wt％,铝含量为95wt％～99.5wt％的铝锂合金作为集流体，随着锂元素的氧化进入电解液，集流体上会出现微孔缺陷，电解液会进入微孔缺陷，让集流体体相中的锂接触到电解液从而被氧化以锂离子态进入电解液，反复这个过程可以持续提供电池循环中消耗的可逆的锂，从而达到提供电池能量密度以及循环寿命的目的。

Description

一种锂离子电池集流体及其制备方法和一种锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极的集流体及其制备方法以及应用该锂离子电池集流体的电池。
背景技术
在以碳或硅合金等为负极，钴酸锂、镍钴锰三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂等为正极材料的锂离子电池，负极材料的首次效率远远低于正极材料，由于缺少可逆的锂离子，造成了正极材料的极大浪费，并且很大程度上降低了电池的能量密度。同时由于电池循环或存储过程中可逆锂离子的损耗，使正负极材料出现了更大的浪费，能量密度进一步降低，同时加速了电池的使用寿命的衰减。
传统的解决方案是提高负极的首次效率以及降低电池使用过程中的副反应的发生。提高负极的首次效率传统的方法是表面包覆以及表面改性，降低负极的表面缺陷以及比表面积。降低负极的表面缺陷工艺上难度非常大，多年来进展缓慢，降低负极材料的比表面积对负极材料的性能影响较大，目前负极材料的改进已经出现了瓶颈。
提高电池寿命传统的方法是选择高纯度的材料以及严格的工艺控制，大大的增加了制造成本，收效也甚微。
目前部分新的解决方案为在负极表面补充金属锂，通过自身反应，首次充电消耗锂离子，这种方法只能提供首次充电消耗的锂的量，并且工艺控制难度大大增高，环境要求也大大提高，从而极大提升了电池成本。
发明内容
本发明的一个目的在于：提供一种锂离子电池集流体，以增加电池循环过程中的可逆锂离子的量，并且持续提供可逆的锂离子，提高电极材料的利用率，从而提高电池能量密度以及循环寿命。
作为合金的集流体在首次充电过程中表面的锂元素会氧化进入电解液形成锂离子，供负极形成SEI所消耗的锂，并且合金的氧化过程是不可逆的过程，因此在放电过程中锂离子会进入正极材料中的空穴形成可逆的锂离子。本发明采用锂含量为0.5wt％～5wt％，铝含量为95wt％～99.5wt％的铝锂合金作为集流体，随着锂元素的氧化进入电解液，集流体上会出现微孔缺陷，电解液会进入微孔缺陷，让集流体体相中的锂接触到电解液从而被氧化以锂离子态进入电解液，反复这个过程可以持续提供电池循环中消耗的可逆的锂，从而达到提高电池能量密度以及循环寿命的目的。
本发明的技术方案为：一种锂离子电池集流体，集流体由铝锂合金材料制成，锂的含量为0.5wt％～5wt％，铝的含量为95wt％～99.5wt％。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，所述铝锂合金材料中，锂的含量为0.5wt％～4wt％，铝的含量为96wt％～99.5wt％。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，所述铝锂合金材料中，所述铝锂合金材料中，锂的含量为1.5wt％～4wt％，铝的含量为96wt％～98.5wt％。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，所述铝锂合金材料中，所述锂的含量为2wt％，铝的含量为98wt％。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，所述铝锂合金材料中，所述集流体的厚度为5～30um。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，所述铝锂合金材料中，所述集流体的厚度为7～23um。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，所述铝锂合金材料中，所述集流体的熔点为580～650℃。
本发明还提供了另一种锂离子电池集流体，包括极耳和集流条；其中所述集流条由铝锂合金材料制成。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，制备所述集流条的铝锂合金材料中，锂的含量为0.5wt％～5wt％，铝的含量为95wt％～99.5wt％。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，制备所述集流条的铝锂合金材料中，锂的含量为1.5wt％～4wt％，铝的含量为96wt％～98.5wt％。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，制备所述集流条的铝锂合金材料中，所述锂的含量为2wt％，铝的含量为98wt％。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，所述集流条的厚度为5～30um。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，所述集流条的厚度为7～23um。
作为本发明锂离子电池集流体的进一步改进，制备所述集流条的铝锂合金的熔点为580～650℃。
本发明还提供了一种锂离子电池正极片，包括上述集流体和涂布在上述集流体两面的正极浆料。
作为本发明的锂离子电池正极片的进一步改进，所述正极浆料包括锂镍钴锰(NMC)、导电碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)，质量比为96:1.7:2.3。
本发明还提供了一种锂离子电池，包括正极片和负极片，其中正极片包括上述集流体和涂布在上述集流体两面的正极浆料。
本发明还提供了一种制备集流体的方法，包括如下步骤：
(1)按照铝锂合金的重量百分比要求配料；
(2)熔炼；熔炼温度为680℃～780℃；
(3)浇铸成铸锭；并对对所述铸锭进行剥皮
(4)将剥皮后的铸锭进行均匀化处理；将均匀化处理后的铸锭进行二次均匀化处理；
(5)将经过所述二次均匀化处理的铸锭锻造加工成所需厚度的集流体。
作为本发明的制备集流体的方法的改进，步骤(1)中的质量百分比为锂0.5～5份，铝95～99.5份；
作为本发明的制备集流体的方法的改进，步骤(3)中所述的浇铸在氩气保护环境下进行；
作为本发明的制备集流体的方法的改进，步骤(4)中所述的均匀化处理是在470℃下进行24h；步骤(4)中所述的二次均匀化处理是在490℃下进行48h；
作为本发明的制备集流体的方法的改进，步骤(5)中所述的锻造加工在450℃的条件下进行；
本发明的制备集流体的方法中制得的铝锂合金厚度为5～30um。
本发明的有益效果在于：本发明采用锂含量在0.5wt％～5wt％铝锂合金作为集流体，可以有效提供电池首次充电负极所消耗的锂离子，使电池的能量密度最高可以提高5％以上；并且，在可以在循环过程中持续提供电池循环中消耗的可逆的锂离子，从而起到改善循环的作用，使电池的循环寿命最高可以提高30％以上；同时采用铝锂合金集流体可以有效增强集流体的强度改善正极的冷轧带来的形变。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案进一步地详述，但本发明的实施例不限于此。
图1为以实施例1得到的铝锂合金材料为集流体相对于以同样厚度的纯铝箔为集流体所组装的锂离子电池循环寿命对比图；
图2为以实施例2得到的铝锂合金材料为集流体相对于以同样厚度的纯铝箔为集流体所组装的锂离子电池循环寿命对比图；
图3为以实施例3得到的铝锂合金材料为集流体相对于以同样厚度的纯铝箔为集流体所组装的锂离子电池循环寿命对比图；
图4为以实施例4得到的铝锂合金材料为集流体相对于以同样厚度的纯铝箔为集流体所组装的锂离子电池循环寿命对比图；
图5为以实施例5得到的铝锂合金材料为集流体相对于以同样厚度的纯铝箔为集流体所组装的锂离子电池循环寿命对比图；
图6为以实施例6得到的铝锂合金材料为集流体相对于以同样厚度的纯铝箔为集流体所组装的锂离子电池循环寿命对比图；
图7为在以锂镍钴锰为正极材料的半电池中，以实施例3得到的铝锂合金材料为集流体相对于以纯铝箔为集流体的首次的充放电曲线对比图；
图8为在以锰酸锂为正极材料的半电池中，以实施例3得到的铝锂合金材料为集流体相对于以纯铝箔为集流体的首次充放电曲线对比图。
表1给出了实施例1-6中的铝锂合金的重量百分比及制得的铝锂合金的厚度。
编号 锂(wt％) 铝(wt％) 铝锂合金的厚度(um)
实施例1 0.5 99.5 5
实施例2 1.5 98.5 7
实施例3 2 98 12
实施例4 2.5 97.5 18
实施例5 4.5 95.5 23
实施例6 5 95 30
实施例1：
集流体的制备：
(1)按下列配比配制100份(重量百分比wt％)计算：锂为0.5份，铝为99.5份；
(2)将上述称取出的金属在熔炼温度为650～800℃条件下熔炼，在氩气保护环境下浇成铸锭，并用机床、酸性溶液剥皮后得到清洁表面；
(3)将剥皮后的铸锭进行470℃/24h的均匀化处理，将均匀化处理后的铸锭再在490℃/48h进行二次均匀化处理；
(4)均匀化处理好后的铸锭在450℃的条件下经锻造变形加工成厚度为5um集流体。
正极片的制备：将锂镍钴锰(NMC)、导电碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96:1.7:2.3混合均匀，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均匀得到具有一定流动性的正极浆料；将正极浆料分别涂布在锂含量为0.5wt％、铝含量为99.5wt％的集流体的两面，其中集流体厚度为5um，烘干成具有一定柔韧度的正极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的铝片制成的正极极耳焊接在铝箔上制得正极片。
负极片的制备：将石墨、导电碳粉(Super-P)、羧甲基纤维素纳(CMC)、丁苯橡胶(SBR)乳液按质量比95.5:1.5:1.5:1.5加入去离子水中混合并搅拌均匀，得到具有一定流动性的负极浆料；将负极浆料涂布在11um厚的负极集流体金属铜箔的两面，烘干成具有一定柔韧度的负极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的镍片制成的负极极耳焊接在铜箔上后，制得负极片。
锂离子电池的制备：将按照前述工艺制好的正极片、负极片和本领域常用的聚乙烯隔离膜通过卷绕制成裸电芯，进过入壳、焊底、滚槽、真空干燥、注电解液、极耳焊接、封口、套热塑管、化成、陈化等工艺，制得成品锂离子电池。
对比例1的锂离子电池的制备：制备原料及过程与上述实施例1完全相同，且正负极片上正负极材料的质量也与上述实施例1基本相同(误差小于0.1g)，但在上述正极片的制备过程中使用了传统的纯铝箔作为集流体，其中所述纯铝箔的厚度也为5um。
电性能测试及结果分析：使用恒电流模式对实施例1和对比例1的锂离子电池进行充放电循环测试，电压区间为3.0～4.3V，电流密度为300mA/g(约2C倍率)。实施例1电池(上方黑色曲线)和对比例1电池(下方灰色曲线)的充放电循环性能如图1所示。由图可知，使用了锂含量为0.5wt％、铝含量为99.5wt％、厚度为5um的本发明集流体的锂离子电池相对于使用相同厚度的传统纯铝箔集流体的锂离子电池，容量略有提高，但循环寿命相差不大。
实施例2：
集流体的制备：
(1)按下列配比配制100份(重量百分比wt％)计算：锂为1.5份，铝为98.5份；
(2)将上述称取出的金属在熔炼温度为650～800℃条件下熔炼，在氩气保护环境下浇成铸锭，并用机床、酸性溶液剥皮后得到清洁表面；
(3)将剥皮后的铸锭进行470℃/24h的均匀化处理，将均匀化处理后的铸锭再在490℃/48h进行二次均匀化处理；
(4)均匀化处理好后的铸锭在450℃的条件下经锻造变形加工成厚度为7um集流体。
正极片的制备：将锂镍钴锰(NMC)、导电碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96:1.7:2.3混合均匀，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均匀得到具有一定流动性的正极浆料；将正极浆料分别涂布在锂含量为1.5wt％、铝含量为98.5wt％的集流体的两面，其中集流体厚度为7um，烘干成具有一定柔韧度的正极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的铝片制成的正极极耳焊接在铝箔上制得正极片。
负极片的制备：将石墨、导电碳粉(Super-P)、羧甲基纤维素纳(CMC)、丁苯橡胶(SBR)乳液按质量比95.5:1.5:1.5:1.5加入去离子水中混合并搅拌均匀，得到具有一定流动性的负极浆料；将负极浆料涂布在11um厚的负极集流体金属铜箔的两面，烘干成具有一定柔韧度的负极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的镍片制成的负极极耳焊接在铜箔上后，制得负极片。
锂离子电池的制备：将按照前述工艺制好的正极片、负极片和本领域常用的聚乙烯隔离膜通过卷绕制成裸电芯，进过入壳、焊底、滚槽、真空干燥、注电解液、极耳焊接、封口、套热塑管、化成、陈化等工艺，制得成品锂离子电池。
对比例2的锂离子电池的制备：制备原料及过程与上述实施例2完全相同，且正负极片上正负极材料的质量也与上述实施例2基本相同(误差小于0.1g)，但在上述正极片的制备过程中使用了传统的纯铝箔作为集流体，其中所述纯铝箔的厚度也为7um。
电性能测试及结果分析：使用恒电流模式对实施例2和对比例2的锂离子电池进行充放电循环测试，电压区间为3.0～4.3V，电流密度为300mA/g(约2C倍率)。实施例2电池(上方黑色曲线)和对比例2电池(下方灰色曲线)的充放电循环性能如图2所示。由图可知，使用了锂含量为1.5wt％、铝含量为98.5wt％、厚度为7um的本发明集流体的锂离子电池相对于使用相同厚度的传统纯铝箔集流体的锂离子电池，容量有较大提高，且循环寿命略有改善。
实施例3：
集流体的制备：
(1)按下列配比配制100份(重量百分比wt％)计算：锂为2份，铝为98份；
(2)将上述称取出的金属在熔炼温度为650～800℃条件下熔炼，在氩气保护环境下浇成铸锭，并用机床、酸性溶液剥皮后得到清洁表面；
(3)将剥皮后的铸锭进行470℃/24h的均匀化处理，将均匀化处理后的铸锭再在490℃/48h进行二次均匀化处理；
(4)均匀化处理好后的铸锭在450℃的条件下经锻造变形加工成厚度为7um集流体。
正极片的制备：将锂镍钴锰(NMC)、导电碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96:1.7:2.3混合均匀，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均匀得到具有一定流动性的正极浆料；将正极浆料分别涂布在锂含量为2wt％、铝含量为98wt％的集流体的两面，其中集流体厚度为12um，烘干成具有一定柔韧度的正极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的铝片制成的正极极耳焊接在铝箔上制得正极片。
负极片的制备：将石墨、导电碳粉(Super-P)、羧甲基纤维素纳(CMC)、丁苯橡胶(SBR)乳液按质量比95.5:1.5:1.5:1.5加入去离子水中混合并搅拌均匀，得到具有一定流动性的负极浆料；将负极浆料涂布在11um厚的负极集流体金属铜箔的两面，烘干成具有一定柔韧度的负极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的镍片制成的负极极耳焊接在铜箔上后，制得负极片。
锂离子电池的制备：将按照前述工艺制好的正极片、负极片和本领域常用的聚乙烯隔离膜通过卷绕制成裸电芯，进过入壳、焊底、滚槽、真空干燥、注电解液、极耳焊接、封口、套热塑管、化成、陈化等工艺，制得成品锂离子电池。
对比例3的锂离子电池的制备：制备原料及过程与上述实施例3完全相同，且正负极片上正负极材料的质量也与上述实施例3基本相同(误差小于0.1g)，但在上述正极片的制备过程中使用了传统的纯铝箔作为集流体，其中所述纯铝箔的厚度也为12um。
电性能测试及结果分析：使用恒电流模式对实施例3和对比例3的锂离子电池进行充放电循环测试，电压区间为3.0～4.3V，电流密度为300mA/g(约2C倍率)。实施例3电池(上方黑色曲线)和对比例3电池(下方灰色曲线)的充放电循环性能如图3所示。由图可知，使用了锂含量为2wt％、铝含量为98wt％、厚度为12um的本发明集流体的锂离子电池相对于使用相同厚度的传统纯铝箔集流体的锂离子电池，容量有显著的提高，且循环寿命也得到了显著的改善。
实施例4：
集流体的制备：
(1)按下列配比配制100份(重量百分比wt％)计算：锂为2.5份，铝为97.5份；
(2)将上述称取出的金属在熔炼温度为650～800℃条件下熔炼，在氩气保护环境下浇成铸锭，并用机床、酸性溶液剥皮后得到清洁表面；
(3)将剥皮后的铸锭进行470℃/24h的均匀化处理，将均匀化处理后的铸锭再在490℃/48h进行二次均匀化处理；
(4)均匀化处理好后的铸锭在450℃的条件下经锻造变形加工成厚度为18um集流体。
正极片的制备：将锂镍钴锰(NMC)、导电碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96:1.7:2.3混合均匀，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均匀得到具有一定流动性的正极浆料；将正极浆料分别涂布在锂含量为2.5wt％、铝含量为97.5wt％的集流体的两面，其中集流体厚度为18um，烘干成具有一定柔韧度的正极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的铝片制成的正极极耳焊接在铝箔上制得正极片。
负极片的制备：将石墨、导电碳粉(Super-P)、羧甲基纤维素纳(CMC)、丁苯橡胶(SBR)乳液按质量比95.5:1.5:1.5:1.5加入去离子水中混合并搅拌均匀，得到具有一定流动性的负极浆料；将负极浆料涂布在11um厚的负极集流体金属铜箔的两面，烘干成具有一定柔韧度的负极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的镍片制成的负极极耳焊接在铜箔上后，制得负极片。
锂离子电池的制备：将按照前述工艺制好的正极片、负极片和本领域常用的聚乙烯隔离膜通过卷绕制成裸电芯，进过入壳、焊底、滚槽、真空干燥、注电解液、极耳焊接、封口、套热塑管、化成、陈化等工艺，制得成品锂离子电池。
对比例4的锂离子电池的制备：制备原料及过程与上述实施例4完全相同，且正负极片上正负极材料的质量也与上述实施例4基本相同(误差小于0.1g)，但在上述正极片的制备过程中使用了传统的纯铝箔作为集流体，其中所述纯铝箔的厚度也为18um。
电性能测试及结果分析：使用恒电流模式对实施例4和对比例4的锂离子电池进行充放电循环测试，电压区间为3.0～4.3V，电流密度为300mA/g(约2C倍率)。实施例4电池(上方黑色曲线)和对比例4电池(下方灰色曲线)的充放电循环性能如图4所示。由图可知，使用了锂含量为2.5wt％、铝含量为97.5wt％、厚度为18um的本发明集流体的锂离子电池相对于使用相同厚度的传统纯铝箔集流体的锂离子电池，容量有较大的提高，且循环寿命也有较大的改善。
实施例5：
集流体的制备：
(1)按下列配比配制100份(重量百分比wt％)计算：锂为4.5份，铝为95.5份；
(2)将上述称取出的金属在熔炼温度为650～800℃条件下熔炼，在氩气保护环境下浇成铸锭，并用机床、酸性溶液剥皮后得到清洁表面；
(3)将剥皮后的铸锭进行470℃/24h的均匀化处理，将均匀化处理后的铸锭再在490℃/48h进行二次均匀化处理；
(4)均匀化处理好后的铸锭在450℃的条件下经锻造变形加工成厚度为23um集流体。
正极片的制备：将锂镍钴锰(NMC)、导电碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96:1.7:2.3混合均匀，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均匀得到具有一定流动性的正极浆料；将正极浆料分别涂布在锂含量为4.5wt％、铝含量为95.5wt％的集流体的两面，其中集流体厚度为23um，烘干成具有一定柔韧度的正极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的铝片制成的正极极耳焊接在铝箔上制得正极片。
负极片的制备：将石墨、导电碳粉(Super-P)、羧甲基纤维素纳(CMC)、丁苯橡胶(SBR)乳液按质量比95.5:1.5:1.5:1.5加入去离子水中混合并搅拌均匀，得到具有一定流动性的负极浆料；将负极浆料涂布在11um厚的负极集流体金属铜箔的两面，烘干成具有一定柔韧度的负极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的镍片制成的负极极耳焊接在铜箔上后，制得负极片。
锂离子电池的制备：将按照前述工艺制好的正极片、负极片和本领域常用的聚乙烯隔离膜通过卷绕制成裸电芯，进过入壳、焊底、滚槽、真空干燥、注电解液、极耳焊接、封口、套热塑管、化成、陈化等工艺，制得成品锂离子电池。
对比例5的锂离子电池的制备：制备原料及过程与上述实施例5完全相同，且正负极片上正负极材料的质量也与上述实施例5基本相同(误差小于0.1g)，但在上述正极片的制备过程中使用了传统的纯铝箔作为集流体，其中所述纯铝箔的厚度也为23um。
电性能测试及结果分析：使用恒电流模式对实施例5和对比例5的锂离子电池进行充放电循环测试，电压区间为3.0～4.3V，电流密度为300mA/g(约2C倍率)。实施例5电池(上方黑色曲线)和对比例5电池(下方灰色曲线)的充放电循环性能如图5所示。由图可知，使用了锂含量为4.5wt％、铝含量为95.5wt％、厚度为23um的本发明集流体的锂离子电池相对于使用相同厚度的传统纯铝箔集流体的锂离子电池，容量有所提高，且循环寿命略有改善。
实施例6：
集流体的制备：
(1)按下列配比配制100份(重量百分比wt％)计算：锂为5份，铝为95份；
(2)将上述称取出的金属在熔炼温度为650～800℃条件下熔炼，在氩气保护环境下浇成铸锭，并用机床、酸性溶液剥皮后得到清洁表面；
(3)将剥皮后的铸锭进行470℃/24h的均匀化处理，将均匀化处理后的铸锭再在490℃/48h进行二次均匀化处理；
(4)均匀化处理好后的铸锭在450℃的条件下经锻造变形加工成厚度为30um集流体。
正极片的制备：将锂镍钴锰(NMC)、导电碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96:1.7:2.3混合均匀，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均匀得到具有一定流动性的正极浆料；将正极浆料分别涂布在锂含量为5wt％、铝含量为95wt％的集流体的两面，其中集流体厚度为30um，烘干成具有一定柔韧度的正极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的铝片制成的正极极耳焊接在铝箔上制得正极片。
负极片的制备：将石墨、导电碳粉(Super-P)、羧甲基纤维素纳(CMC)、丁苯橡胶(SBR)乳液按质量比95.5:1.5:1.5:1.5加入去离子水中混合并搅拌均匀，得到具有一定流动性的负极浆料；将负极浆料涂布在11um厚的负极集流体金属铜箔的两面，烘干成具有一定柔韧度的负极片；然后，经过冷压、分条，再用4mm×0.1mm的镍片制成的负极极耳焊接在铜箔上后，制得负极片。
锂离子电池的制备：将按照前述工艺制好的正极片、负极片和本领域常用的聚乙烯隔离膜通过卷绕制成裸电芯，进过入壳、焊底、滚槽、真空干燥、注电解液、极耳焊接、封口、套热塑管、化成、陈化等工艺，制得成品锂离子电池。
对比例6的锂离子电池的制备：制备原料及过程与上述实施例6完全相同，且正负极片上正负极材料的质量也与上述实施例6基本相同(误差小于0.1g)，但在上述正极片的制备过程中使用了传统的纯铝箔作为集流体，其中所述纯铝箔的厚度也为30um。
电性能测试及结果分析：使用恒电流模式对实施例6和对比例6的锂离子电池进行充放电循环测试，电压区间为3.0～4.3V，电流密度为300mA/g(约2C倍率)。实施例6电池(上方黑色曲线)和对比例6电池(下方灰色曲线)的充放电循环性能如图6所示。由图可知，使用了锂含量为5wt％、铝含量为95wt％、厚度为30um的本发明集流体的锂离子电池相对于使用相同厚度的传统纯铝箔集流体的锂离子电池，容量略有提高，但循环寿命改善不大。
在上述6个实施例中，实施例3的集流体对锂离子电池的容量及循环寿命的改善效果最佳。对此，我们还在半电池结构中测量了由实施例3得到的集流体对于不同的正极材料性能的改善效果。
图7显示了以锂镍钴锰(NMC)为正极材料的半电池中，以实施例3得到的铝锂合金材料为集流体(实线)相对于以纯铝箔为集流体(虚线)的首次的充放电曲线对比图。所述半电池结构由纽扣电池提供，所述纽扣电池的制备步骤如下：
纽扣电池的制备：将实施例3中所述正极片切割成直径为15mm的圆片作为正极，以直径为15mm的锂金属片作为负极，以直径为20mm的本领域常用的聚乙烯隔离膜所作为隔膜，以1M的LiPF6-EC+EC/PC/EMC/DMC(体积比3∶1∶4∶2)作为电解液，组装成为具有半电池结构的钮扣电池。
作为对比例，纽扣电池制备原料及过程与上述纽扣电池完全相同，但在正极片的制备中使用了传统的纯铝箔作为集流体，其中铝箔的厚度也为12um。
电性能测试及结果分析：使用恒电流模式对上述方法制成的纽扣电池进行充放电测试，电压区间为2.8～4.3V，电流密度为100mA/g。实施例3对应的半电池(实线)和对比例的半电池(虚线)的首圈充放电曲线如图7所示。两者首圈充电容量相当，约为206mAh/g；但实施例3的首圈放电容量约为180mAh/g，略高于对比例的175mAh/g，从而使得实施例3的首圈不可逆容量相对于其对比例由31mAh/g降至26mAh/g，即首圈库伦效率相应地由85.0％升至87.4％。
图8显示了以锰酸锂(LMO)为正极材料的半电池中，以实施例3得到的铝锂合金材料为集流体(实线)相对于以纯铝箔为集流体(虚线)的首次的充放电曲线对比图。所述半电池结构由纽扣电池提供，所述纽扣电池的制备步骤如下：
正极片的制备：将锰酸锂(LMO)、导电碳粉(Super-P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比96:2:2混合均匀，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均匀得到具有一定流动性的正极浆料；将浆料均匀涂布于上述锂含量为2wt％，铝含量为98wt％的集流体箔的一面，其中集流体箔的厚度为12um，烘干成具有一定柔韧度的正极片；正极片经过冷压，再被裁切成直径为15mm的圆片，作为正极片。
纽扣电池的制备：将上述正极片作为正极，以直径为15mm的锂金属片作为负极，以直径为20mm的本领域常用的聚乙烯隔离膜所作为隔膜，以1M的LiPF6-EC+EC/PC/EMC/DMC(体积比3∶1∶4∶2)作为电解液，组装成为具有半电池结构的钮扣电池。
作为对比例，纽扣电池制备原料及过程与上述纽扣电池完全相同，但在正极片的制备中使用了传统的纯铝箔作为集流体，其中铝箔的厚度也为12um。
电性能测试及结果分析：使用恒电流模式对上述方法制成的纽扣电池进行充放电测试，电压区间为3.2～4.3V，电流密度为100mA/g。实施例电池(实线)和对比例电池(虚线)的首圈充放电曲线如图2所示。两者首圈充电容量相当，约为117mAh/g；但实施例的首圈放电容量约为110mAh/g，明显高于对比例的102mAh/g，从而使得实施例的首圈不可逆容量相对于对比例由15mAh/g降至7mAh/g，即首圈库伦效率相应地由87.2％升至94.0％。
本发明采用的是一种新的材料，不改变现有电池的生产工艺而达到更好的质量提升。由上述测试结果来看，本发明的集流体单纯对锂离子电池正极的性能改善不大，这是因为SEI膜主要在负极形成；但是本发明的集流体对锂离子电池整体性能的改善是显著的，其工作原理是：做为合金的集流体在首次充电过程中表面的锂元素会氧化进入电解液形成锂离子，供负极形成SEI所消耗的锂，并且合金的氧化过程是不可逆的过程，因此在放电过程中锂离子会进入正极材料中的空穴形成可逆的锂离子。随着锂元素的氧化进入电解液，集流体上会出现微孔缺陷，电解液会进入微孔缺陷，让集流体体相中的锂接触到电解液从而被氧化以锂离子态进入电解液，反复这个过程可以持续提供电池循环中消耗的可逆的锂，从而达到改善循环的目的。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种锂离子电池集流体，其特征在于：所述集流体由铝锂合金材料制成；其中，所述铝锂合金材料中，锂的含量为0.5wt％～5wt％，铝的含量为95wt％～99.5wt％；
所述锂离子电池集流体用于锂离子电池中，所述锂离子电池集流体的表面的锂元素在充电过程中被氧化成锂离子进入电解液，以补充所述锂离子电池的负极形成固体电解质中间相SEI所消耗的锂，并使得所述锂离子电池集流体上出现微孔缺陷；所述电解液进入所述微孔缺陷，使得所述锂离子电池集流体中的所述锂元素接触到所述电解液从而被氧化成所述锂离子进入所述电解液，以持续补充所述锂离子电池循环中所述负极消耗的锂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池集流体，其特征在于：所述铝锂合金材料中，锂的含量为1.5wt％～4wt％，铝的含量为96wt％～98.5wt％。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池集流体，其特征在于：所述铝锂合金材料中，锂的含量为2wt％，铝的含量为98wt％。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池集流体，其特征在于：所述集流体的厚度为5～30um。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池集流体，其特征在于：所述集流体的厚度为7～23um。
6.据权利要求1所述的锂离子电池集流体，，其特征在于：所述铝锂合金的熔点为580～650℃。
7.一种锂离子电池，包括正极片和负极片，其特征在于：所述的正极片应用了如权利要求1-6任一项所述的锂离子电池集流体。
8.一种如权利要求1所述的集流体的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照铝锂合金的重量百分比要求配料；
(2)熔炼；熔炼温度为680℃～780℃；
(3)浇铸成铸锭；并对对所述铸锭进行剥皮；
(4)将剥皮后的铸锭进行均匀化处理；将均匀化处理后的铸锭进行二次均匀化处理；
(5)将经过所述二次均匀化处理的铸锭锻造加工成所需厚度的集流体。
9.如权利要求8所述的制备方法，步骤(4)中所述的均匀化处理是在470℃下进行24h；步骤(4)中所述的二次均匀化处理是在490℃下进行48h。
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