CN108172890A - 一种电池及其极片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池及其极片的制备方法，该电池包括：负极(1)和正极(3)，以及设置在所述负极(1)和所述正极(3)之间的隔膜(2)；其中，所述负极(1)，包括：以带孔铜箔作为负极集流体的负极片，或负极碳膜；和/或，所述正极(3)，包括：包裹有正极活性物质的正极碳膜，或含硫碳膜。本发明的方案，可以克服现有技术中活性物质易脱落、电池的能量密度低和使用不方便等缺陷，实现活性物质不易脱落、电池的能量密度高和使用方便的有益效果。

Description

一种电池及其极片的制备方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池及其极片的制备方法，尤其涉及一种锂离子电池及其极片的制备方法。
背景技术
锂离子电池，是一种二次电池(即充电电池)，它主要依靠锂离子(Li+)在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌；其中，充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解液嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池由活性物质、粘结剂、集流体、隔膜组成，其中仅活性物质能提供容量，因此电池想提高能量密度，可以提高活性物质的放电容量，还可以尽量减少粘结剂、集流体、隔膜的所占比例。但锂离子电池因要使用粘结剂，使用粘结剂将活性物质涂覆至集流体表面，但粘结剂在电解液中易溶胀，粘结力降低，使得活性物质易从集流体表面脱落，导致电池容量降低，也使得锂离子电池的能量密度受到限制。
现有技术中，存在活性物质易脱落、电池能量密度低和使用不方便等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种电池及其极片的制备方法，以解决现有技术中锂离子电池因要使用粘结剂而使活性物质易从集流体表面脱落的问题，达到活性物质不易脱落的效果。
本发明提供一种电池，包括：负极和正极，以及设置在所述负极和所述正极之间的隔膜；其中，所述负极，包括：以带孔铜箔作为负极集流体的负极片，或负极碳膜；和/或，所述正极，包括：包裹有正极活性物质的正极碳膜，或含硫碳膜。
可选地，其中，所述带孔铜箔，包括：铜箔本体，以及开设在所述铜箔本体上的一个以上的通孔；和/或，所述负极碳膜、所述正极碳膜中的至少一种碳膜，包括：柔性碳膜；和/或，所述含硫碳膜，包括：柔性碳膜；和/或，所述正极活性物质，包括：磷酸铁锂、钛酸锂、三元材料、钴酸锂、锰酸锂中的至少之一。
可选地，其中，所述电池，包括：锂电池；和/或，所述隔膜，包括：聚丙烯隔膜；和/或，所述正极活性物质，均匀包裹于所述正极碳膜的内部；和/或，所述铜箔本体上的通孔，均匀分布在所述铜箔本体上。
与上述电池相匹配，本发明另一方面提供一种以上所述的电池中负极片的制备方法，包括：(11)按以下各重量份数配比各组分后，混合，得到混合物料；石墨：85～95份；导电剂：3～7份；粘结剂：3～7份；(12)在所述混合物料中，加入设定量的甲基吡咯烷酮后，搅拌，得到负极浆料；(13)将所述负极浆料，涂覆在所述带孔铜箔的表面上，经干燥、辊压后，制得所需负极片。
可选地，在步骤(11)中，所述粘结剂，使用聚偏氟氯乙烯，或者，将丁苯橡胶与羧甲基纤维素钠配合使用。
与上述电池相匹配，本发明再一方面提供一种以上所述的电池中负极碳膜的制备方法，包括：(21)将1-3g聚乙烯吡咯烷酮和2-5g石墨，分散于10-15mL二甲基甲酰胺溶液中，得到负极纺丝液；(22)在预设的电压和/或温度下，将所述负极纺丝液倒入第一预设容量的注射器内，排出气泡，并通过所述注射器与第二预设容量的接收器进行静电纺丝，得到负极前驱体；(23)将所述负极前驱体，依次进行真空干燥、以及在氮氢混合气或氩氢混合气的气氛环境下煅烧后，得到所需负极碳膜。
可选地，其中，在步骤(22)中，所述静电纺丝的电压为15～21kV；和/或，所述静电纺丝的温度为35～45℃；和/或，所述注射器的容量为10mL或20mL；和/或，所述注射器的针头的直径为0.3～0.7mm；和/或，所述注射器的针头与所述接收器之间的距离为18～22cm；和/或，在步骤(23)中，所述真空干燥的时长为1.5～2.5h；和/或，所述煅烧的温度为300-800℃；和/或，所述煅烧的时长为4-10h。
可选地，其中，在步骤(21)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的重量为1.3g；和/或，所述二甲基甲酰胺溶液的体积为12mL；和/或，在步骤(23)中，所述煅烧的温度为500℃；和/或，所述煅烧的时长为4.5h。
与上述电池相匹配，本发明另一方面提供一种以上所述的电池中正极碳膜的制备方法，包括：(31)将0.5-2g正极活性物质分散于8-12mL二甲基甲酰胺溶液中，再加入0.5-2g聚乙烯吡咯烷酮，得到正极纺丝液；(32)在预设的电压和/或温度下，将搅拌后的所述正极纺丝液倒入第一预设容量的注射器内，排出气泡，并通过所述注射器与第二预设容量的接收器进行静电纺丝，得到正极前驱体；(33)将所述正极前驱体，依次进行真空干燥、以及在氮氢混合气或氩氢混合气的气氛环境下煅烧后，得到包覆有正极活性物质的正极碳膜。
可选地，其中，在步骤(32)中，所述静电纺丝的电压为15～21kV；和/或，所述静电纺丝的温度为35～45℃；和/或，所述注射器的容量为10mL或20mL；和/或，所述注射器的针头的直径为0.3～0.7mm；和/或，所述注射器的针头与所述接收器之间的距离为18～22cm；和/或，在步骤(33)中，所述真空干燥的时长为1.5～2.5h；和/或，所述煅烧的温度为300-800℃；和/或，所述煅烧的时长为4-10h。
可选地，其中，在步骤(31)中，所述正极活性物质为磷酸铁锂；和/或，所述正极活性物质的重量为1.2g；和/或，所述聚乙烯吡咯烷酮的重量为1.15g；和/或，所述二甲基甲酰胺溶液的体积为11mL；和/或，在步骤(33)中，所述煅烧的温度为600℃；和/或，所述煅烧的时长为5h。
与上述电池相匹配，本发明再一方面提供一种以上所述的电池中含硫碳膜的制备方法，包括：(41)在密闭容器内放入单质硫和碳膜后，密封并进行一次加热；(42)经所述一次加热，使所述单质硫熔融后渗入所述碳膜的间隙中后，进行二次加热；(43)经所述二次加热，使渗入所述碳膜的间隙中的部分硫升华后进入所述碳膜孔隙中后，降温后取出，得到所需含硫碳膜。
可选地，其中，在步骤(41)中，所述碳膜的制备方法，包括：将1-3g聚乙烯吡咯烷酮，分散于10-15mL二甲基甲酰胺溶液中，得到纺丝液；在预设的电压和/或温度下，将纺丝液倒入第一预设容量的注射器内，排出气泡，并通过所述注射器与第二预设容量的接收器进行静电纺丝，得到前驱体；将所述前驱体，依次进行真空干燥、以及在氮氢混合气或氩氢混合气的气氛环境下煅烧后，得到所需碳膜；和/或，在步骤(41)中，所述一次加热的温度为150～160℃；所述一次加热的时长为9～11h；和/或，在步骤(42)中，所述二次加热的温度为190～300℃；所述二次加热的时长为1～3h。
本发明的方案，通过使正极活性物质均匀包裹在碳膜内部，在充放电过程中不易脱落，解决现有技术中锂离子电池因要使用粘结剂而使活性物质易从正极集流体表面脱落的问题。
进一步，本发明的方案，通过使正极不使用粘结剂和铝箔，不仅能降低成本，还能增加活性物质的相对含量，解决现有技术中锂离子电池因要使用粘结剂而使其能量密度受到限制的问题。
进一步，本发明的方案，通过使负极采用多孔铜箔，增加负极集流体与浆料间的粘结强度，减小掉粉现象。
进一步，本发明的方案，通过使负极采用多孔铜箔，由于多孔箔材的质量比无孔箔材小，有利于使电池提高能量密度。
进一步，本发明的方案，通过使正极活性物质均匀包裹在碳膜内部，并使负极采用多孔铜箔，可以减少活性物质易从集流体表面脱落，还有利于提高电池能量密度。
由此，本发明的方案，通过采用包裹了活性材料的碳膜作为正极片，解决现有技术中锂离子电池因要使用粘结剂而使活性物质易从集流体表面脱落的问题，从而，克服现有技术中活性物质易脱落、电池的能量密度低和使用不方便的缺陷，实现活性物质不易脱落、电池的能量密度高和使用方便的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明中电池(例如：锂电池)的一实施例的爆炸结构示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-负极；2-隔膜；3-正极；4-活性物质。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在一个实施方式中，一种锂离子电池的集流体为采用磁控溅射法制备的镀碳铝网或者铜网，镀碳后铝网和铜网的比表面积高、机械强度高、与电极浆料之间的粘合性强。但是，该锂离子电池因要使用粘结剂，其能量密度仍然受到限制。
其中，电池主要通过粘结剂的作用，将活性物质涂覆至箔材表面，但粘结剂在电解液中易溶胀，粘结力降低，使得活性物质易从箔材表面脱落，导致电池容量降低。
根据本发明的实施例，提供了一种电池，如图1所示本发明的电池的一实施例的结构示意图。该电池可以包括：负极1和正极3，以及设置在所述负极1和所述正极3之间的隔膜2。
在一个可选例子中，在由所述负极1、所述隔膜2和所述正极3构成的电池中，所述负极1，可以包括：以带孔铜箔作为负极集流体的负极片，或负极碳膜；所述正极3可以选用其它任何适合的正极片。
由此，负极采用多孔铜箔作为集流体，能增加箔材与浆料间的粘结强度，减小掉粉现象，而且多孔箔材的质量比普通箔材小，有利于电池提高能量密度；将负极改为碳膜，也有利于减少掉粉现象，电池提高能量密度。
在一个可选例子中，在由所述负极1、所述隔膜2和所述正极3构成的电池中，所述正极3，可以包括：包裹有正极活性物质4的正极碳膜，或含硫碳膜；所述负极1可以选用其它任何适合的负极片。
由此，通过采用包裹了活性材料的碳膜作为正极，这样正极活性物质均匀包裹在碳膜内部，在充放电过程中不易脱落；或者，采用含硫碳膜作为正极，不使用粘结剂和铝箔，不仅能降低成本，还能增加活性物质的相对含量，提高电池的能量密度。
在一个可选例子中，在由所述负极1、所述隔膜2和所述正极3构成的电池中，所述负极1，可以包括：以带孔铜箔作为负极集流体的负极片，或负极碳膜；所述正极3，可以包括：包裹有正极活性物质4的正极碳膜，或含硫碳膜。
由此，通过采用多孔铜箔作为负极集流体或者采用碳膜作为负极，正极采用包裹有活性物质的碳膜或含硫碳膜，都可以减少掉粉现象，使电池提高能量密度。
可选地，所述带孔铜箔，可以包括：铜箔本体，以及开设在所述铜箔本体上的一个以上的通孔。
由此，通过使采用多孔铜箔作为负极集流体，可以减小掉粉现象，减轻重量，有利于电池提高能量密度。
更可选地，所述铜箔本体上的通孔均匀分布在铜箔本体上。
例如：三个以上所述通孔，均匀分布在所述铜箔本体上。
由此，通过使多孔铜箔上的通孔均匀分布，可以提升多孔铜箔的导电均匀性，还有利于提升负极浆料在铜箔两侧分布的灵活性和均匀性。
可选地，所述负极碳膜、所述正极碳膜中的至少一种碳膜，可以包括：柔性碳膜。
由此，通过使用柔性碳膜，体积可灵活调整，使用便捷性更好。
更可选地，所述正极活性物质4，均匀包裹于所述正极碳膜的内部。例如：所述正极活性物质包裹于所述正极碳膜内部的方式，可以包括：所述正极活性物质均匀包裹于所述正极碳膜的内部。
由此，通过正极活性物质均匀包裹在碳膜内部，在充放电过程中不易脱落，而且因不使用粘结剂和铝箔，不仅能降低成本，还能增加活性物质的相对含量，提高电池的能量密度。
可选地，所述含硫碳膜，可以包括：柔性碳膜。
由此，通过柔性碳膜，体积可方便调节，且折叠不会损坏碳膜，可靠性高。
可选地，所述正极活性物质4，可以包括：磷酸铁锂、钛酸锂、三元材料、钴酸锂、锰酸锂中的至少之一。
由此，通过多种形式的正极活性物质，可以提升正极活性物质选用的灵活性和便捷性，可以满足多种电池需求。
可选地，所述电池，可以包括：锂电池。
由此，通过对锂电池的正极和/或负极进行上述调整，可以提升锂电池的电池能量密度，延长锂电池的使用寿命和用户使用的便捷性。
可选地，所述隔膜2，可以包括：聚丙烯隔膜。
由此，通过采用聚丙烯材料作为隔板，重量轻，且隔离效果好。
在一个可选实施方式中，本发明的锂离子电池，可以包括：正极3、隔膜2和负极1。
其中，本发明的锂离子电池中，正极活性物质包裹在碳膜内部，在充放电过程中不易脱落，而且因不使用粘结剂和铝箔，不仅能降低成本，还能增加活性物质的相对含量。同时，负极采用多孔铜箔，能增加比表面积，增加箔材与浆料间的粘结强度，减小掉粉现象，而且多孔箔材的质量比无孔箔材小，有利于电池提高能量密度。
参见图1所示的例子，图1由上往下依次为负极1、隔膜2、正极3，其中负极1采用多孔铜箔作为集流体，能增加箔材与浆料间的粘结强度，减小掉粉现象，而且多孔箔材的质量比普通箔材小，有利于电池提高能量密度；隔膜2为普通商业聚丙烯隔膜；正极3将活性物质分散于聚乙烯吡咯烷酮溶液中，经静电纺丝和碳化后，得到包裹有活性物质(例如：活性物质4)的柔性碳膜，不使用粘结剂和铝箔。
在一个可选例子中，采用包裹了活性材料的碳膜作为正极3，这样正极活性物质均匀包裹在碳膜内部，在充放电过程中不易脱落；而且不使用粘结剂和铝箔，不仅能降低成本，还能增加活性物质的相对含量，提高电池的能量密度。
这样，正极活性物质均匀包裹在碳膜内部，在充放电过程中不易脱落，可以解决极片掉粉的问题；而且因不使用粘结剂和铝箔，不仅能降低成本，还能增加活性物质的相对含量，提高电池的能量密度，可以解决电池能量密度受限的问题。
可选地，正极活性物质包括：磷酸铁锂、钛酸锂、三元材料、钴酸锂、锰酸锂等常见正极材料。
可选地，将正极活性物质均匀包裹在碳膜内部的方法，可以包括：将活性材料分散于聚乙烯吡咯烷酮的DMF(二甲基甲酰胺)溶液中，静电纺丝制备成纤维膜，活性物质即均匀分散在纤维中，再碳化后制得碳膜包覆的活性物质。
可选地，正极的制备方法，可以包括：称取适量聚乙烯吡咯烷酮和二甲基甲酰胺，加热搅拌成纺丝液，再加入适量活性物质，搅拌均匀后，经静电纺丝和碳化后，得到包裹有活性物质的柔性碳膜。
更可选地，将0.5-2g磷酸铁锂(也可以是钛酸锂、三元材料、钴酸锂、锰酸锂等)分散于8-12mL二甲基甲酰胺溶液(DMF)中，再加入0.5-2g聚乙烯吡咯烷酮，得纺丝液；将搅拌好的纺丝液进行静电纺丝，纺丝过程为：将纺丝液倒入10mL注射器内，尽量避免有气泡产生，针头直径大约为0.5mm，针头与接收器之间的距离为20cm，并提供18kV的电压，在温度为40℃的条件下进行静电纺丝，得前驱体；最后将前驱体真空干燥2h，并在氮氢混合气(N2-H2)或氩氢混合气(Ar-H2)的气氛环境下高温(300-800℃)煅烧4-10h，即得碳膜包覆得正极。例如：氮氢混合气(N2-H2)，H2的体积比为5-7％。氩氢混合气(Ar-H2)，H2的体积比为5-7％。
其中，磷酸铁锂的量优选1.2g，DMF优选11mL，聚乙烯吡咯烷酮优选1.15g，高温煅烧优选600℃、5h。
在一个可选例子中，负极1采用多孔铜箔，进一步增加了活性物质的相对含量，从而进一步提高了电池的能量密度。
这样，负极1采用多孔铜箔，能增加比表面积，增加箔材(例如：多孔铜箔)与浆料间的粘结强度，减小掉粉现象，而且多孔箔材的质量比无孔箔材小，有利于电池提高能量密度。其中，多孔铜箔的表面积比普通箔材大，增加了与浆料的接触面积，而且多孔的设计使得铜箔两面的浆料得以接触粘结，因此能增强粘结强度。
可选地，上述所指不使用粘结剂是指正极不使用粘结剂，正极采用碳膜包覆活性物质；而负极1只是将普通铜箔换为多孔铜箔，仍需使用粘结剂。其中，该负极1使用的粘结剂，可以是SBR(丁苯橡胶)+CMC(羧甲基纤维素钠)或PVDF(聚偏氟氯乙烯)等，均可。
更可选地，负极1采用多孔铜箔时，负极1的制备方法可以包括：
将石墨、导电剂、粘结剂按90：5：5的投料比(例如：重量比)混合均匀，加入适量NMP(甲基吡咯烷酮)搅拌，将制得的浆料均匀涂覆在多孔铜箔上，经干燥、辊压后，制得负极1的极片(即负极片)。其中，粘结剂和NMP的重量比可以为1：20
在一个可选例子一种，当然为了扩大保护范围，亦可将负极改为碳膜。其中，该负极碳膜的制备方法，可以包括：使聚乙烯吡咯烷酮溶液经静电纺丝后制成纤维膜，再使该纤维膜经碳化后形成的柔性碳膜。
其中，负极为含石墨的碳膜时，不需要使用粘结剂；负极采用多孔铜箔时，还需要使用粘结剂。
更可选地，负1极采用碳膜时，负极1的制备方法(例如：负极1的另一种制备方法——静电纺丝法)可以包括：
(1)将1-3g聚乙烯吡咯烷酮和2-5g石墨，分散于10-15mL二甲基甲酰胺溶液(DMF)中，得到纺丝液。
(2)再将纺丝液倒入10mL注射器内，尽量避免有气泡产生，针头直径大约为0.5mm，针头与接收器之间的距离为20cm，并提供18kV的电压，在温度为40℃的条件下进行静电纺丝，得前驱体。
例如：接收器可以是一个能匀速旋转的辊筒，其上可用铝箔包裹，以接收纺出来的丝，使其均匀分布在铝箔上，也方便取下进行下一步处理。
其中，前驱体是获得目标产物前的一种存在形式，大多是以有机-无机配合物或混合物固体存在，也有部分是以溶胶形式存在。
(3)最后将前驱体真空干燥2h，并在氮氢混合气(N2-H2)或氩氢混合气(Ar-H2)的气氛环境下高温(300-800℃)煅烧4-10h，即得具有柔性的负极碳膜。
其中，聚乙烯吡咯烷酮优选1.3g，DMF优选12mL，高温煅烧优选500℃、4.5h。
在一个可替代实施方式中，本发明的锂离子电池中，一般正极片的制作可按照上述实施例中正极的制备方法进行，但锂硫电池因正极的单质硫高温易升华，因此可采用另外的方法制作。
在一个可选例子中，锂硫电池正极的制备方法，可以包括：将密闭容器内依次放入单质硫和碳膜后，密封，在155℃下加热10h，使单质硫熔融后渗入碳膜间隙，再于200℃加热2h，使部分硫升华后进入碳膜内的孔洞，降温后取出，即得柔性含硫碳膜。其中，含硫碳膜和含活性物质的碳膜原理一致，就是不使用粘结剂，含硫碳膜的活性物质就是单质硫。
其中，在锂硫电池正极的制备方法中，与上述实施例中电池正极的制备方法相比，二者的相同之处在于均可不使用粘结剂，但因正极的单质硫高温易升华，因此采用此方法。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过使正极活性物质均匀包裹在碳膜内部，并使负极采用多孔铜箔，可以减少活性物质易从集流体表面脱落，还有利于提高电池能量密度。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电池的一种以上所述的电池中负极片的制备方法。该以上所述的电池中负极片的制备方法可以包括：
在步骤(11)处，按以下各重量份数配比各组分后，混合，得到混合物料。
石墨：85～95份(优选为90份)。
导电剂：3～7份(优选为5份)。
粘结剂：3～7份(优选为5份)。
可选地，在步骤(11)中，所述混合，为均匀混合。
例如：上述所指不使用粘结剂是指正极不使用粘结剂，正极采用碳膜包覆活性物质；而负极1只是将普通铜箔换为多孔铜箔，仍需使用粘结剂。
可选地，在步骤(11)中，所述粘结剂，可以使用聚偏氟氯乙烯，或者，将丁苯橡胶与羧甲基纤维素钠配合使用。
例如：该负极1使用的粘结剂，可以是SBR(丁苯橡胶)+CMC(羧甲基纤维素钠)或PVDF(聚偏氟氯乙烯)等。
由此，通过多种形式的粘结剂，可以提升粘结剂选用的灵活性和使用的便捷性。
在步骤(12)处，在所述混合物料中，加入设定量的甲基吡咯烷酮后，搅拌，得到负极浆料。
可选地，在步骤(12)中，所述搅拌，为均匀搅拌。
由此，通过均匀搅拌，可以提升负极浆料的均匀性，进而提升电池的可靠性和能量密度。
在步骤(13)处，将所述负极浆料，涂覆在所述带孔铜箔的表面上，经干燥、辊压后，制得所需负极片。
例如：将石墨、导电剂、粘结剂按90：5：5的投料比混合均匀，加入适量NMP(甲基吡咯烷酮)搅拌，将制得的浆料均匀涂覆在多孔铜箔上，经干燥、辊压后，制得负极1的极片(即负极片)。
由此，通过石墨、导电剂、粘结剂和甲基吡咯烷酮的配合设置，可以制得负极浆料，并将负极浆料涂覆在多孔铜箔上制得负极片，结构简单，重量轻，不易掉粉，有利于提升电池的能量密度。
可选地，在步骤(13)中，所述涂覆，为均匀涂覆。
由此，通过将负极浆料均匀涂覆于多孔铜箔，可以提升电池性能。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的电池的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过使负极采用多孔铜箔，由于多孔箔材的质量比无孔箔材小，有利于使电池提高能量密度。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电池的一种以上所述的电池中负极碳膜的制备方法。该以上所述的电池中负极碳膜的制备方法可以包括：
在步骤(21)处，将1-3g聚乙烯吡咯烷酮和2-5g石墨，分散于10-15mL二甲基甲酰胺溶液中，得到负极纺丝液。
例如：将1-3g聚乙烯吡咯烷酮和2-5g石墨，分散于10-15mL二甲基甲酰胺溶液(DMF)中，得到纺丝液。
可选地，在步骤(21)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的重量为1.3g；和/或，所述二甲基甲酰胺溶液的体积为12mL。
例如：聚乙烯吡咯烷酮优选1.3g，石墨优选2.5g，DMF优选12mL。
由此，通过聚乙烯吡咯烷酮、石墨和二甲基甲酰胺溶液的最佳配方，所得负极纺丝液性能好，有利于提升负极碳膜的可靠性。
在步骤(22)处，在预设的电压和/或温度下，将所述负极纺丝液倒入第一预设容量的注射器内，排出气泡，并通过所述注射器与第二预设容量的接收器进行静电纺丝，得到负极前驱体。
可选地，在步骤(22)中，所述静电纺丝的电压为15～21kV(优选为18kV)；和/或，所述静电纺丝的温度为35～45℃(优选为40℃)；和/或，所述注射器的容量为10mL或20mL(优选为10mL)；和/或，所述注射器的针头的直径为0.3～0.7mm(优选为0.5mm)；和/或，所述注射器的针头与所述接收器之间的距离为18～22cm(优选为20cm)。
例如：将纺丝液倒入10mL注射器内，尽量避免有气泡产生，针头直径大约为0.5mm，针头与接收器之间的距离为20cm，并提供18kV的电压，在温度为40℃的条件下进行静电纺丝，得前驱体。
由此，通过采用注射器和接收器对负极纺丝液进行静电纺丝，可以提升纺丝操作的便捷性和纺丝产品的整体性能。
在步骤(23)处，将所述负极前驱体，依次进行真空干燥、以及在氮氢混合气或氩氢混合气的气氛环境下煅烧后，得到所需负极碳膜。
例如：该负极碳膜的制备方法，可以包括：使聚乙烯吡咯烷酮溶液经静电纺丝后制成纤维膜，再使该纤维膜经碳化后形成的柔性碳膜。
例如：负极1采用多孔铜箔，进一步增加了活性物质的相对含量，从而进一步提高了电池的能量密度。这样，负极1采用多孔铜箔，能增加比表面积，增加箔材(例如：多孔铜箔)与浆料间的粘结强度，减小掉粉现象，而且多孔箔材的质量比无孔箔材小，有利于电池提高能量密度。其中，多孔铜箔的表面积比普通箔材大，增加了与浆料的接触面积，而且多孔的设计使得铜箔两面的浆料得以接触粘结，因此能增强粘结强度。
由此，通过采用静电纺丝法制得负极碳膜，制备方法简单、且可靠，制得的负极碳膜结构简单、可靠性高、有利于提升电池性能。
可选地，在步骤(23)中，所述真空干燥的时长为1.5～2.5h(优选为2h)；和/或，(优选为250℃)；和/或，所述煅烧的温度为300-800℃；和/或，所述煅烧的时长为4-10h。
例如：将前驱体真空干燥2h，并在氮氢混合气(N2-H2)或氩氢混合气(Ar-H2)的气氛环境下高温(300-800℃)煅烧4-10h，即得具有柔性的负极碳膜。
由此，通过对负极前躯体进行干燥和煅烧处理，可以制得所需负极碳膜，操作过程简单，所得负极碳膜性能佳。
更可选地，在步骤(23)中，所述煅烧的温度为500℃；和/或，所述煅烧的时长为4.5h。
例如：高温煅烧优选500℃、4.5h。
由此，通过在该温度下煅烧该时长，煅烧效果好，且节能、省时，用户使用的体验好。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的电池的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过使正极活性物质均匀包裹在碳膜内部，在充放电过程中不易脱落，解决现有技术中锂离子电池因要使用粘结剂而使活性物质易从正极集流体表面脱落的问题。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电池的一种以上所述的电池中正极碳膜的制备方法。该以上所述的电池中正极碳膜的制备方法可以包括：
在步骤(31)处，将0.5-2g正极活性物质分散于8-12mL二甲基甲酰胺溶液中，再加入0.5-2g聚乙烯吡咯烷酮，得到正极纺丝液。
例如：将0.5-2g磷酸铁锂(也可以是钛酸锂、三元材料、钴酸锂、锰酸锂等)分散于8-12mL二甲基甲酰胺溶液(DMF)中，再加入0.5-2g聚乙烯吡咯烷酮，得纺丝液。
可选地，在步骤(31)中，所述正极活性物质为磷酸铁锂；和/或，所述正极活性物质的重量为1.2g；和/或，所述聚乙烯吡咯烷酮的重量为1.15g；和/或，所述二甲基甲酰胺溶液的体积为11mL。
例如：磷酸铁锂的量优选1.2g，DMF优选11mL。
由此，通过磷酸铁锂和二甲基甲酰胺溶液的最佳配方，所得正极纺丝液性能好，有利于提升正极碳膜的可靠性。
在步骤(32)处，在预设的电压和/或温度下，将搅拌后的所述正极纺丝液倒入第一预设容量的注射器内，排出气泡，并通过所述注射器与第二预设容量的接收器进行静电纺丝，得到正极前驱体。
可选地，在步骤(32)中，所述静电纺丝的电压为15～21kV(优选为18kV)；和/或，所述静电纺丝的温度为35～45℃(优选为40℃)；和/或，所述注射器的容量为10mL或20mL(优选为10mL)；和/或，所述注射器的针头的直径为0.3～0.7mm(优选为0.5mm)；和/或，所述注射器的针头与所述接收器之间的距离为18～22cm(优选为20cm)。
例如：将搅拌好的纺丝液进行静电纺丝，纺丝过程为：将纺丝液倒入10mL注射器内，尽量避免有气泡产生，针头直径大约为0.5mm，针头与接收器之间的距离为20cm，并提供18kV的电压，在温度为40℃的条件下进行静电纺丝，得前驱体。
由此，通过采用注射器和接收器对正极纺丝液进行静电纺丝，可以提升纺丝操作的便捷性和纺丝产品的整体性能。
在步骤(33)处，将所述正极前驱体，依次进行真空干燥、以及在氮氢混合气或氩氢混合气的气氛环境下煅烧后，得到包覆有正极活性物质的正极碳膜。
例如：例如：正极3将活性物质分散于聚乙烯吡咯烷酮溶液中，经静电纺丝和碳化后，得到包裹有活性物质(例如：活性物质4)的柔性碳膜，不使用粘结剂和铝箔。
例如：正极的制备方法，可以包括：称取适量聚乙烯吡咯烷酮和二甲基甲酰胺，加热搅拌成纺丝液，再加入适量活性物质，搅拌均匀后，经静电纺丝和碳化后，得到包裹有活性物质的柔性碳膜。
例如：将正极活性物质均匀包裹在碳膜内部的方法，可以包括：将活性材料分散于聚乙烯吡咯烷酮的DMF(二甲基甲酰胺)溶液中，静电纺丝制备成纤维膜，活性物质即均匀分散在纤维中，再碳化后制得碳膜包覆的活性物质。
由此，通过采用静电纺丝法制得正极碳膜，制备方法简单、且可靠，制得的正极碳膜结构简单、可靠性高、有利于提升电池性能。
可选地，在步骤(33)中，所述真空干燥的时长为1.5～2.5h(优选为2h)；和/或，(优选为250℃)；和/或，所述煅烧的温度为300-800℃；和/或，所述煅烧的时长为4-10h。
例如：将前驱体真空干燥2h，并在氮氢混合气(N2-H2)或氩氢混合气(Ar-H2)的气氛环境下高温(300-800℃)煅烧4-10h，即得碳膜包覆得正极。
由此，通过对正极前躯体进行干燥和煅烧处理，可以制得所需正极碳膜，操作过程简单，所得正极碳膜性能佳。
更可选地，在步骤(33)中，所述煅烧的温度为600℃；和/或，所述煅烧的时长为5h。
例如：聚乙烯吡咯烷酮优选1.15g，高温煅烧优选600℃、5h。
由此，通过在该温度下煅烧该时长，煅烧效果好，且节能、省时，用户使用的体验好。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的电池的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过使正极活性物质均匀包裹在碳膜内部，在充放电过程中不易脱落，解决现有技术中锂离子电池因要使用粘结剂而使活性物质易从正极集流体表面脱落的问题。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电池的一种以上所述的电池中含硫碳膜的制备方法。该以上所述的电池中含硫碳膜的制备方法可以包括：
在步骤(41)处，在密闭容器内放入单质硫和碳膜后，密封并进行一次加热。
可选地，在步骤(41)中，所述碳膜的制备方法，可以包括：将1-3g聚乙烯吡咯烷酮，分散于10-15mL二甲基甲酰胺溶液中，得到纺丝液；在预设的电压和/或温度下，将纺丝液倒入第一预设容量的注射器内，排出气泡，并通过所述注射器与第二预设容量的接收器进行静电纺丝，得到前驱体；将所述前驱体，依次进行真空干燥、以及在氮氢混合气或氩氢混合气的气氛环境下煅烧后，得到所需碳膜。
可选地，在步骤(41)中，所述一次加热的温度为150～160℃(优选为155℃)；和/或，所述一次加热的时长为9～11h(优选为10h)。
由此，通过设置一次加热的温度和时长，可以确保一次加热的效果和性能，可靠性高。
在步骤(42)处，经所述一次加热，使所述单质硫熔融后渗入所述碳膜的间隙中后，进行二次加热。
可选地，在步骤(42)中，所述二次加热的温度为190～300℃(优选为200℃，也可以是210℃)；和/或，所述二次加热的时长为1～3h(优选为2h)。
由此，通过设置二次加热的温度和时长，可以确保二次加热的效果和性能，且节能效果好。
在步骤(43)处，经所述二次加热，使渗入所述碳膜的间隙中的部分硫升华后进入所述碳膜孔隙中后，降温后取出，得到所需含硫碳膜。
例如：锂硫电池因正极的单质硫高温易升华，因此可采用另外的方法制作。
例如：锂硫电池正极的制备方法，可以包括：将密闭容器内依次放入单质硫和碳膜后，密封，在155℃下加热10h，使单质硫熔融后渗入碳膜间隙，再于200℃加热2h，使部分硫升华后进入碳膜内的孔洞，降温后取出，即得柔性含硫碳膜。
例如：在锂硫电池正极的制备方法中，与上述实施例中电池正极的制备方法相比，二者的相同之处在于均可不使用粘结剂，但因正极的单质硫高温易升华，因此采用此方法。
由此，通过采用单质硫和碳膜制得正极含硫碳膜，制备方法简单，且制得的含硫碳膜性能好；而且，不需粘结剂，节省材料。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的电池的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过使用正极含硫碳膜，可以使正极不使用粘结剂和铝箔，不仅能降低成本，还能提升锂硫电池的电池容量。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种电池，包括：负极(1)和正极(3)，以及设置在所述负极(1)和所述正极(3)之间的隔膜(2)；其特征在于，其中，
所述负极(1)，包括：以带孔铜箔作为负极集流体的负极片，或负极碳膜；
和/或，
所述正极(3)，包括：包裹有正极活性物质(4)的正极碳膜，或含硫碳膜。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，其中，
所述带孔铜箔，包括：铜箔本体，以及开设在所述铜箔本体上的一个以上的通孔；
和/或，
所述负极碳膜、所述正极碳膜中的至少一种碳膜，包括：柔性碳膜；和/或，
所述含硫碳膜，包括：柔性碳膜；
和/或，
所述正极活性物质(4)，包括：磷酸铁锂、钛酸锂、三元材料、钴酸锂、锰酸锂中的至少之一。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，其中，
所述电池，包括：锂电池；
和/或，
所述隔膜(2)，包括：聚丙烯隔膜；
和/或，
所述正极活性物质(4)，均匀包裹于所述正极碳膜的内部；
和/或，
所述铜箔本体上的通孔均匀分布在铜箔本体上。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的电池中负极片的制备方法，其特征在于，包括：
(11)按以下各重量份数配比各组分后，混合，得到混合物料；
石墨：85～95份；
导电剂：3～7份；
粘结剂：3～7份；
(12)在所述混合物料中，加入设定量的甲基吡咯烷酮后，搅拌，得到负极浆料；
(13)将所述负极浆料，涂覆在所述带孔铜箔的表面上，经干燥、辊压后，制得所需负极片。
5.根据权利要求4所述的电池中负极片的制备方法，其特征在于，在步骤(11)中，所述粘结剂，使用聚偏氟氯乙烯，或者，将丁苯橡胶与羧甲基纤维素钠配合使用。
6.一种如权利要求1-3任一项所述的电池中负极碳膜的制备方法，其特征在于，包括：
(21)将1-3g聚乙烯吡咯烷酮和2-5g石墨，分散于10-15mL二甲基甲酰胺溶液中，得到负极纺丝液；
(22)在预设的电压和/或温度下，将所述负极纺丝液倒入第一预设容量的注射器内，排出气泡，并通过所述注射器与第二预设容量的接收器进行静电纺丝，得到负极前驱体；
(23)将所述负极前驱体，依次进行真空干燥、以及在氮氢混合气或氩氢混合气的气氛环境下煅烧后，得到所需负极碳膜。
7.根据权利要求6所述的电池中负极碳膜的制备方法，其特征在于，其中，
在步骤(22)中，
所述静电纺丝的电压为15～21kV；和/或，
所述静电纺丝的温度为35～45℃；和/或，
所述注射器的容量为10mL或20mL；和/或，
所述注射器的针头的直径为0.3～0.7mm；和/或，
所述注射器的针头与所述接收器之间的距离为18～22cm；
和/或，
在步骤(23)中，
所述真空干燥的时长为1.5～2.5h；和/或，
所述煅烧的温度为300-800℃；和/或，
所述煅烧的时长为4-10h。
8.根据权利要求6或7所述的电池中负极碳膜的制备方法，其特征在于，其中，
在步骤(21)中，
所述聚乙烯吡咯烷酮的重量为1.3g；和/或，
所述二甲基甲酰胺溶液的体积为12mL；
和/或，
在步骤(23)中，
所述煅烧的温度为500℃；和/或，
所述煅烧的时长为4.5h。
9.一种如权利要求1-3任一项所述的电池中正极碳膜的制备方法，其特征在于，包括：
(31)将0.5-2g正极活性物质分散于8-12mL二甲基甲酰胺溶液中，再加入0.5-2g聚乙烯吡咯烷酮，得到正极纺丝液；
(32)在预设的电压和/或温度下，将搅拌后的所述正极纺丝液倒入第一预设容量的注射器内，排出气泡，并通过所述注射器与第二预设容量的接收器进行静电纺丝，得到正极前驱体；
(33)将所述正极前驱体，依次进行真空干燥、以及在氮氢混合气或氩氢混合气的气氛环境下煅烧后，得到包覆有正极活性物质的正极碳膜。
10.根据权利要求9所述的电池中正极碳膜的制备方法，其特征在于，其中，
在步骤(32)中，
所述静电纺丝的电压为15～21kV；和/或，
所述静电纺丝的温度为35～45℃；和/或，
所述注射器的容量为10mL或20mL；和/或，
所述注射器的针头的直径为0.3～0.7mm；和/或，
所述注射器的针头与所述接收器之间的距离为18～22cm；
和/或，
在步骤(33)中，
所述真空干燥的时长为1.5～2.5h；和/或，
所述煅烧的温度为300-800℃；和/或，
所述煅烧的时长为4-10h。
11.根据权利要求9或10所述的电池中正极碳膜的制备方法，其特征在于，其中，
在步骤(31)中，
所述正极活性物质为磷酸铁锂；和/或，
所述正极活性物质的重量为1.2g；和/或，
所述聚乙烯吡咯烷酮的重量为1.15g；和/或，
所述二甲基甲酰胺溶液的体积为11mL；
和/或，
在步骤(33)中，
所述煅烧的温度为600℃；和/或，
所述煅烧的时长为5h。
12.一种如权利要求1-3任一项所述的电池中含硫碳膜的制备方法，其特征在于，包括：
(41)在密闭容器内放入单质硫和碳膜后，密封并进行一次加热；
(42)经所述一次加热，使所述单质硫熔融后渗入所述碳膜的间隙中后，进行二次加热；
(43)经所述二次加热，使渗入所述碳膜的间隙中的部分硫升华后进入所述碳膜孔隙中后，降温后取出，得到所需含硫碳膜。
13.根据权利要求12所述的电池中含硫碳膜的制备方法，其特征在于，其中，
在步骤(41)中，
所述碳膜的制备方法，包括：
将1-3g聚乙烯吡咯烷酮，分散于10-15mL二甲基甲酰胺溶液中，得到纺丝液；
在预设的电压和/或温度下，将纺丝液倒入第一预设容量的注射器内，排出气泡，并通过所述注射器与第二预设容量的接收器进行静电纺丝，得到前驱体；
将所述前驱体，依次进行真空干燥、以及在氮氢混合气或氩氢混合气的气氛环境下煅烧后，得到所需碳膜；
和/或，
在步骤(41)中，
所述一次加热的温度为150～160℃；
所述一次加热的时长为9～11h；
和/或，
在步骤(42)中，
所述二次加热的温度为190～300℃；
所述二次加热的时长为1～3h。
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