CN114883575A - 锂离子电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池及其制备方法。其中锂离子电池包括正极极片和负极极片;所述正极极片包括正极材料和正极材料集流体,正极材料集流体为泡沫铝,正极材料嵌入在所述正极材料集流体的三维网格中;所述负极极片包括负极材料和负极材料集流体,负极材料集流体为覆碳泡沫铝,负极材料嵌入在所述负极材料集流体的三维网格中。本发明采用泡沫铝作为正极材料集流体,采用覆碳泡沫铝作为负极材料集流体,通过正负极配合使得锂离子电池具有高能量密度、重量轻、可避免锂腐蚀的优点。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池制备技术领域,特别是涉及一种高性能的具有新型结构的锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有储电能量密度大的优点,在车用动力电池及移动电子类消费品方面大量应用,是新能源的重要组成部分。锂离子电池经过多年发展,形成了成熟的含锂化合物的正极材料,以及用各种类石墨态的炭的负极材料。并且形成了比较成熟的加工方法。
目前较为常用的加工方法是:把正极材料与导电剂,粘接剂等掺混形成浆料,涂覆在铝箔上;把负极材料与粘接剂混合形成浆料,涂覆在铜箔上;再通过焊极耳,隔膜分隔,注电解液,形成电池成品。
目前,锂离子电池的发展趋势是:尽可能提高能量密度,而不损失其功率密度。然而,对于箔体极片来说,就意味着要同时增加正极与负极的厚度,带来了严重的电子极化与离子极化问题。同时,极片导热性也不高,在大功率下或大电流下充电时,常导致发热、飞温、电解液分解、起火燃烧或爆炸等事故。
发明内容
为了解决上述问题,本发明目的在于提供一种锂离子电池及其制备方法。本发明的上述目的可以通过以下技术方案实现的:
根据本发明的一个方面,本发明提供的一种锂离子电池,包括:正极极片和负极极片,其中,所述正极极片包括正极材料和正极材料集流体,所述正极材料集流体为泡沫铝,所述正极材料嵌入在所述正极材料集流体的三维网格中;所述负极极片包括负极材料和负极材料集流体,所述负极材料集流体为覆碳泡沫铝,所述负极材料嵌入在所述负极材料集流体的三维网格中。
可选地,所述正极材料集流体,其泡沫铝的孔隙率为85%~96%;所述负极材料集流体,其覆碳泡沫铝所用泡沫铝的孔隙率为85%~95%。
可选地,所述负极极片与正极极片的长和宽相同。可选地,所述正极极片的厚度100μm~400μm,面密度50mg/cm2~200mg/cm2。可选地,所述负极极片的厚度根据正极极片的厚度及正负极能量匹配原则确定。可选地,所述负极极片与正极极片的容量比为1.01~1.15:1。
根据本发明的另一个方面,本发明提供的一种锂离子电池的制备方法,包括:步骤S10,将正极材料制备得到正极浆料,采用泡沫铝作为正极材料集流体,将正极浆料充填到正极材料集流体的三维网格中,制备得到正极极片;步骤S20,将负极材料制备得到负极浆料,采用覆碳泡沫铝作为负极材料集流体,将负极浆料充填到负极材料集流体的三维网格中,制备得到负极极片。
可选地,步骤S10中,采用挤压的方式将正极浆料充填到正极材料集流体的三维网格中,进行辊压,在100℃~150℃干燥1h~20h,制备得到正极极片。可选地,所述正极浆料的粘度为1000~10000厘泊。
可选地,步骤S20中,采用挤压的方式将负极浆料充填到负极材料集流体的三维网格中,进行辊压,并在100℃~150℃干燥1h~20h,制备得到负极极片。可选地,所述负极浆料的粘度为1000~10000厘泊。
可选地,将正极材料制备得到正极浆料的步骤中,包括:称取原料;将所述原料混合,制备得到正极浆料;所述原料,按照质量百分比计,包括:正极材料90%~97%,导电剂1%~5%,粘结剂2%~8%。
可选地,所述正极材料的粒径为0.01μm~10μm。
可选地,所述正极材料为选自含锂化合物中的一种或几种,和/或选自掺碳含锂化合物中的一种或几种。
可选地,将负极材料制备得到负极浆料的步骤中,包括:称取原料;将所述原料混合,制备得到负极浆料;所述原料,按照质量百分比计,包括:负极材料90%~97%,导电剂1%~5%,粘结剂2%~7%。
可选地,所述负极材料的粒径为0.01μm~10μm。
可选地,所述负极材料为石墨、类石墨态的炭、中间相碳微球、硅、锡、硅碳材料、硅氧碳材料、钛酸锂、金属锂材料中的一种或几种。
可选地,所述锂离子电池的制备方法,还包括:步骤S30,将所述正极极片和负极极片分别焊接正极极耳和负极极耳,采用隔膜分隔,多片组装,封装于外壳中,经脱水脱气后注入电解液,制备得到锂离子电池。
可选地,在负极极片焊接负极极耳的步骤前,还包括:根据正极极片尺寸,对负极极片进行裁切,并对裁切面涂胶,进行加热固化。
可选地,将所述正极极片和负极极片分别焊接正极极耳和负极极耳的步骤中,包括:将正极极片直接预留部分充裕区域,压制,与正极极耳焊接;将负极极片直接预留部分充裕的泡沫铝区域,压制,与负极极耳焊接。
有益效果:本发明采用泡沫铝作为正极材料集流体,将正极材料镶嵌在泡沫铝集流体的三维网格中,形成高功率,高能量的正极极片;同时采用用碳包覆泡沫铝制成的覆碳泡沫铝作为负极材料集流体,将负极材料镶嵌在覆碳泡沫铝三维网格中,严密的碳层保护泡沫铝不被锂腐蚀,同时还显著降低了负极与整体器件的重量,与高性能正极配合,实现了高能量密度的锂离子电池。使得锂离子电池具有高能量密度、重量轻、可避免锂腐蚀的优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。
本发明提供的一种锂离子电池,其中,正极极片中采用泡沫铝作为正极材料集流体,负极极片中采用覆碳泡沫铝作为负极材料集流体;从而提高了锂离子电池的能量密度,延长了器件使用寿命。主要用于能量型电池,基于器件的能量密度比目前用铜箔加工的负极的器件的能量密度高8%~38%,使用寿命延长30%~300%。
本发明为具有高性能的新型结构的锂离子电池,其中,正极极片为将正极材料嵌入泡沫铝的三维网格中,固定形成复合结构。负极极片为将负极材料嵌入覆碳泡沫铝的三维网格中,固定形成复合结构。采用泡沫铝作为正极材料集流体,将正极材料嵌入到三维的泡沫铝的三维网格中,形成较厚的正极极片,提高正极侧的能量密度,且保持功率密度;采用碳包覆泡沫铝的覆碳泡沫铝作为负极材料集流体,将负极材料嵌入到覆碳泡沫铝的三维网格中,严密的碳层保护泡沫铝不被腐蚀,同时还显著降低了负极与整体器件的重量,通过与高性能正极配合,实现了高能量密度的锂离子电池。
本发明提供的一种锂离子电池的制备方法,包括:将正极材料制备得到正极浆料,采用泡沫铝作为正极材料集流体,将正极浆料充填到正极材料集流体的三维网格中,制备得到正极极片;将负极材料制备得到负极浆料,采用覆碳泡沫铝作为负极材料集流体,将负极浆料充填到负极材料集流体的三维网格中,制备得到负极极片。该方法可以适用于多种粒度不同的正极与负极材料的加工,结构灵活,加工方便等优点;器件具有能量密度高,使用寿命长,成本低的优点。
在一可选实施例中,锂离子电池的制备方法,包括:
步骤S10,称取原料,混合,制备得到正极浆料,控制粘度为1000~10000厘泊;采用挤压的方式,将正极浆料充填到正极材料集流体的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触;在100℃~150℃干燥1h~20h,形成正极极片。
其中,所述正极极片的厚度100μm~400μm,面密度50mg/cm2~200mg/cm2。负极极片的厚度根据正负极能量匹配的原则,将负极材料填充于覆碳泡沫铝中制成;并控制单片负极与单片正极的能量比为1.01:1~1.15:1。所述正极材料集流体为泡沫铝,其孔隙率为85%~96%。
所述原料,按照质量百分比计,包括:正极材料90%~97%,导电剂1%~5%,粘结剂2%~8%。其中,所述正极材料的粒径为0.01μm~10μm。所述正极材料为选自含锂化合物中的一种或几种,和/或选自掺碳含锂化合物中的一种或几种。进一步地,所述正极材料,包括可进行体相氧化还原充电的含锂化合物及掺有碳材料的含锂化合物;例如磷酸铁锂及其掺杂材料、锰酸锂及其掺杂材料、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂固溶体材料、聚阴离子材料(如正硅酸酸盐锂离子型、磷酸钛锂型等)中的一种或多种,及其必要的覆碳化合物)。所述导电剂为碳材料。所述粘结剂例如可以为常用胶等。
步骤S20,称取原料,混合,制备得到负极浆料,控制粘度为1000~10000厘泊;根据正极极片的容量,确定负极材料的用量,采用挤压的方式将其充填到覆碳泡沫铝集流体的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触,在并在100℃~150℃下干燥1h~20h,形成可控厚度的负极极片。
其中,所述负极极片与正极极片的长和宽相同;所述负极极片与正极极片的容量比为1.01~1.15:1。所述负极材料集流体为覆碳泡沫铝,是通过在泡沫铝的表面包覆碳层得到的,其中所用泡沫铝的孔隙率为85%~95%。
所述原料,按照质量百分比计,包括:负极材料90%~97%,导电剂1%~5%,粘结剂2%~7%。所述负极材料为石墨、类石墨态的炭、中间相碳微球、硅、锡、硅碳材料、硅氧碳材料、钛酸锂、金属锂材料中的一种或几种。所述负极材料的粒径为0.01μm~10μm。所述导电剂为碳材料。
步骤S30,对于裁切的负极极片的侧面,用胶进行涂覆以覆盖裸露铝,加热固化,进行保护。将所述正极极片和负极极片分别焊接正极极耳和负极极耳,采用隔膜分隔,多片组装。将铝塑膜或金属壳冲压成型形成外壳,将组装好的极片封装于外壳中,经过脱水,脱气步骤后,注入市售电解液,如六氟磷酸锂型电解液,进行老化与封装,形成锂离子电池产品。其中,焊接极耳时,将所述正极极片直接预留部分充裕区域,压制,与正极极耳焊接,正极极耳为金属极耳,如铝、钢、镍等材料。将所述负极极片直接预留部分充裕的泡沫铝区域,压制,与负极极耳焊接,负极极耳为金属极耳,例如铜、钢、镍等材料。
上述可选实施例中,通过对各步骤及其参数进行优化,使得锂离子电池的性能达到较佳。其中,所述正极材料集流体采用泡沫铝,并控制其孔隙率为85%~96%,所述负极材料集流体采用覆碳泡沫铝,并控制其所用泡沫铝的孔隙率为85%~95%,既可以获得较高的活性物质面密度,又增加电解液的导通性;通过将负极极片与正极极片容量比控制为1.01:1~1.15,可以使得器件性能优化;通过将正极材料和负极材料的粒径控制在0.01μm~10μm提高了倍率性能。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明:
实施例1
将93%正极材料(锰酸锂,平均粒径0.5~10微米),3%导电剂(碳纳米管)与4%胶制成正极浆料(粘度为10000厘泊)。用挤压的方式,将其充填到泡沫铝集流体(孔隙率95%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使其二者紧密接触。在100℃下干燥20小时,形成正极极片。厚度为100微米,面密度为90mg/cm2。
将94%负极材料(石墨,粒径5~10微米),3%导电剂(碳黑)与3%胶制成负极浆料(粘度为10000厘泊)。根据正极极片的容量,确定负极材料的用量,将其充填到覆碳泡沫铝集流体(孔隙率95%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触,在100℃下干燥20小时,形成可控厚度的负极极片。其中,对于裁切的负极极片的侧面(可能祼露铝),用胶进行涂覆,加热固化,进行保护。使负极极片在长宽尺寸与正极极片一致;在容量方面,负极极片与正极极片容量比为1.01:1。
将所述正极极片与负极极片分别焊接正极极耳(铝)与负极极耳(铜),用隔膜分隔,多片组装;将铝塑膜或金属壳冲压成型形成外壳,将组装好的极片封装于外壳中,经过脱水,脱气步骤后注入电解液,电解液为六氟磷酸锂型电解液,进行老化与封装,形成锂离子电池产品。
经检测,与使用铜箔集流体的同重量电池(正极相同)相比,该实施例锂离子电池,其能量密度提高20%,器件寿命提高30%。
实施例2
将94.5%正极材料(覆碳的磷酸铁锂,平均粒径5~6微米),2.5%导电剂(碳黑)与3%胶,制成正极浆料(粘度为10000厘泊);用挤压的方式,将其充填到泡沫铝集流体(孔隙率95%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使其二者紧密接触。在105℃下干燥8小时,形成正极极片。厚度为100微米,面密度为180mg/cm2。
将96.5%负极材料(30%石墨,60%中间相碳微球与10%硅碳材料,粒径5~10微米),1.5%导电剂(碳纳米管)与2%胶,制成负极浆料(粘度为5000厘泊)。根据正极极片的容量,确定负极材料的用量,将其充填到覆碳泡沫铝集流体(孔隙率95%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触,在115℃下干燥8小时,形成可控厚度的负极极片。对于裁切的负极极片的侧面(可能祼露铝),用胶进行涂覆,加热固化,进行保护。使负极极片在长宽尺寸与正极极片一致;在容量方面,负极极片与正极极片容量比为1.15:1。
将所述正极极片与负极极片分别焊接正极极耳(铝)与负极极耳(铜),用隔膜分隔,多片组装;将铝塑膜或金属壳冲压成型形成外壳,将组装好的极片封装于外壳中,经过脱水,脱气步骤后注入电解液(六氟磷酸锂型电解液),进行老化与封装,形成锂离子电池产品。
与使用铜箔集流体的同重量电池(正极相同)相比,能量密度提高8%,器件寿命提高55%。
实施例3
将97%正极材料(镍钴锰酸锂材料,平均粒径2~6微米),1%导电剂(10%石墨烯与70%碳纳米管,20%碳黑)与2%胶,制成正极浆料(粘度为4000厘泊);用挤压的方式,将其充填到泡沫铝集流体(孔隙率95%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使其二者紧密接触。在110℃下干燥16小时,形成正极极片。厚度为200微米,面密度为100mg/cm2。
将97%负极材料(90%石墨与10%硅氧碳材料,粒径5~10微米),1%导电剂(碳纳米管)与2%胶,制成负极浆料(粘度为5000厘泊)。根据正极极片的容量,确定负极材料的用量,将其充填到覆碳泡沫铝集流体(孔隙率95%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触,在108℃下干燥5小时,形成可控厚度的负极极片。其中,对于裁切的负极极片的侧面(可能祼露铝),用胶进行涂覆,加热固化,进行保护。使负极极片在长宽尺寸与正极极片一致;在容量方面,负极极片与正极极片容量比为1.05:1。
将所述正极极片与负极极片分别焊接正极极耳(钢)与负极极耳(铜),用隔膜分隔,多片组装;将铝塑膜或金属壳冲压成型形成外壳,将组装好的极片封装于外壳中,经过脱水,脱气步骤后注入电解液(六氟磷酸锂型电解液),进行老化与封装,形成锂离子电池产品。
与使用铜箔集流体的同重量电池(正极相同)相比,能量密度提高12%,器件寿命提高120%。
实施例4
将95%正极材料(镍钴铝酸锂材料,平均粒径2~4微米),3%导电剂(50%碳纳米管,50%碳黑)与2%胶,制成正极浆料(粘度为4000厘泊);用挤压的方式,将其充填到泡沫铝集流体(孔隙率95%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使其二者紧密接触。在100℃下干燥6小时,形成正极极片。厚度为400微米,面密度为50mg/cm2。
将96%负极材料(90%石墨与10%硅氧碳材料,粒径5~10微米),2%导电剂(碳纳米管)与2%胶,制成负极浆料(粘度为5000厘泊)。根据正极极片的容量,确定负极材料的用量,将其充填到覆碳泡沫铝集流体(孔隙率85%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触,在120℃下干燥1小时,形成可控厚度的负极极片。对于裁切的负极极片的侧面(可能祼露铝),用胶进行涂覆,加热固化,进行保护。使负极极片在长宽尺寸与正极极片一致;在容量方面,负极极片与正极极片容量比为1.04:1。
将所述正极极片与负极极片分别焊接正极极耳(钢)与负极极耳(镍),用隔膜分隔,多片组装;将铝塑膜或金属壳冲压成型形成外壳,将组装好的极片封装于外壳中,经过脱水,脱气步骤后注入电解液(六氟磷酸锂型电解液),进行老化与封装,形成锂离子电池产品。
与使用铜箔集流体的同重量电池(正极相同)相比,能量密度提高20%,器件寿命提高105%。
实施例5
将93%正极材料(富锂锰基固溶体,平均粒径0.5~2微米),4%导电剂(50%碳纳米管,50%石墨烯)与3%胶,制成正极浆料(粘度为2000厘泊);用挤压的方式,将其充填到泡沫铝集流体(孔隙率85%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使其二者紧密接触。在110℃下干燥15小时,形成正极极片。厚度为200微米,面密度为80mg/cm2。
将94%负极材料(金属锂颗粒,粒径0.5~1微米),3%导电剂(碳纳米管)与3%胶,制成负极浆料(粘度为6000厘泊)。根据正极极片的容量,确定负极材料的用量,将其充填到覆碳泡沫铝集流体(孔隙率95%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触,在100℃下干燥15小时,形成可控厚度的负极极片。对于裁切的负极极片的侧面用胶进行涂覆,加热固化,进行保护。使负极极片在长宽尺寸与正极极片一致;在容量方面,负极极片与正极极片容量比为1.1:1。
将所述正极极片与负极极片分别焊接正极极耳(钢)与负极极耳(钢),用隔膜分隔,多片组装;将铝塑膜或金属壳冲压成型形成外壳,将组装好的极片封装于外壳中,经过脱水,脱气步骤后注入电解液(六氟磷酸锂型电解液),进行老化与封装,形成锂离子电池产品。
与使用铜箔集流体的同重量电池(正极相同)相比,能量密度提高30%,器件寿命提高150%。
实施例6
将95%正极材料(聚阴离子材料,如磷酸钛锂型,平均粒径0.1~6.5微米),1%导电剂(50%碳纳米管,50%石墨烯)与4%胶,制成正极浆料(粘度为2000厘泊);用挤压的方式,将其充填到泡沫铝集流体(孔隙率92%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使其二者紧密接触。在120℃下干燥3小时,形成正极极片。厚度为300微米,面密度为200mg/cm2。
将95%负极材料(80%类石墨态的炭和20%锡,粒径0.2~0.8微米),1%导电剂(碳黑)与4%胶,制成负极浆料(粘度为6000厘泊)。根据正极极片的容量,确定负极材料的用量,将其充填到覆碳泡沫铝集流体(孔隙率92%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触,在100℃下干燥20小时,形成可控厚度的负极极片。对于裁切的负极极片的侧面用胶进行涂覆,加热固化,进行保护。使负极极片在长宽尺寸与正极极片一致;在容量方面,负极极片与正极极片容量比为1.05:1。
将所述正极极片与负极极片分别焊接正极极耳(铝)与负极极耳(铜),用隔膜分隔,多片组装;将铝塑膜或金属壳冲压成型形成外壳,将组装好的极片封装于外壳中,经过脱水,脱气步骤后注入电解液(六氟磷酸锂型电解液),进行老化与封装,形成锂离子电池产品。
与使用铜箔集流体的同重量电池(正极相同)相比,能量密度提高35%,器件寿命提高250%。
实施例7
将92%正极材料(LiNi0.5Mn1.5O4,粒径2~5微米),3%导电剂(50%碳纳米管,50%石墨烯)与5%胶,制成正极浆料(粘度为5600厘泊);用挤压的方式,将其充填到泡沫铝集流体(孔隙率96%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使其二者紧密接触。在140℃下干燥8小时,形成正极极片。厚度为150微米,面密度为150mg/cm2。
将90%负极材料(硅材料,粒径0.2~2微米),3%导电剂(碳黑)与7%胶,制成负极浆料(粘度为8200厘泊)。根据正极极片的容量,确定负极材料的用量,将其充填到覆碳泡沫铝集流体(孔隙率92%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触,在128℃下干燥10小时,形成可控厚度的负极极片。对于裁切的负极极片的侧面用胶进行涂覆,加热固化,进行保护。使负极极片在长宽尺寸与正极极片一致;在容量方面,负极极片与正极极片容量比为1.08:1。
将所述正极极片与负极极片分别焊接正极极耳(铝)与负极极耳(铜),用隔膜分隔,多片组装;将铝塑膜或金属壳冲压成型形成外壳,将组装好的极片封装于外壳中,经过脱水,脱气步骤后注入电解液(六氟磷酸锂型电解液),进行老化与封装,形成锂离子电池产品。
与使用铜箔集流体的同重量电池(正极相同)相比,能量密度提高10%,器件寿命提高300%。
实施例8
将90%正极材料(聚阴离子材料(Li2MnSiO4),粒径1~5微米),2%导电剂(90%碳黑,10%石墨烯)与8%胶,制成正极浆料(粘度为3600厘泊);用挤压的方式,将其充填到泡沫铝集流体(孔隙率92%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使其二者紧密接触。在120℃下干燥10小时,形成正极极片。厚度为300微米,面密度为120mg/cm2。
将90%负极材料(钛酸锂材料,粒径2~10微米),3%导电剂(碳黑)与7%胶,制成负极浆料(粘度为4800厘泊)。根据正极极片的容量,确定负极材料的用量,将其充填到覆碳泡沫铝集流体(孔隙率92%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触,在130℃下干燥10小时,形成可控厚度的负极极片。对于裁切的负极极片的侧面用胶进行涂覆,加热固化,进行保护。使负极极片在长宽尺寸与正极极片一致;在容量方面,负极极片与正极极片容量比为1.02:1。
将所述正极极片与负极极片分别焊接正极极耳(铝)与负极极耳(铜),用隔膜分隔,多片组装;将铝塑膜或金属壳冲压成型形成外壳,将组装好的极片封装于外壳中,经过脱水,脱气步骤后注入电解液(六氟磷酸锂型电解液),进行老化与封装,形成锂离子电池产品。
与使用铜箔集流体的同重量电池(正极相同)相比,能量密度提高28%,器件寿命提高100%。
实施例9
将89%正极材料(聚阴离子材料,Li2FeSiO4,粒径0.5~5微米),5%导电剂(50%碳纳米管,50%石墨烯)与6%胶,制成正极浆料(粘度为3600厘泊);用挤压的方式,将其充填到泡沫铝集流体(孔隙率92%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使其二者紧密接触。在150℃下干燥1小时,形成正极极片。厚度为170微米,面密度为90mg/cm2。
将85%负极材料(硅碳材料,粒径2~7微米),5%导电剂(碳黑)与10%胶制成负极浆料(粘度为6800厘泊)。根据正极极片的容量,确定负极材料的用量,将其充填到覆碳泡沫铝集流体(孔隙率92%)的三维网格中,并通过辊压的方式,使二者紧密接触,在150℃下干燥1小时,形成可控厚度的负极极片。对于裁切的负极极片的侧面用胶进行涂覆,加热固化,进行保护。使负极极片在长宽尺寸与正极极片一致。在容量方面,负极极片与正极极片容量比为1.08:1。
将所述正极极片与负极极片分别焊接正极极耳(铝)与负极极耳(钢),用隔膜分隔,多片组装;将铝塑膜或金属壳冲压成型形成外壳,将组装好的极片封装于外壳中,经过脱水,脱气步骤后注入电解液(六氟磷酸锂型电解液),进行老化与封装,形成锂离子电池产品。
与使用铜箔集流体的同重量电池(正极相同)相比,能量密度提高38%,器件寿命提高200%。
本发明上述实施例中还具有以下优点和有益效果:
1)本发明正极侧采用泡沫铝作为集流体,形成较厚的极片,提高正极侧的能量密度,且保持功率密度;负极侧使用覆碳泡沫铝集流体,既可与使用泡沫铝的正极良好地匹配,又由于比铜箔或泡沫铜的密度小,显著降低了负极与整体器件的重量,使得器件的能量密度提高8%~38%;且节约了大量的铜资源。从而克服了现有采用铜箔为负极集流体所存在的负极性能不佳的问题;克服了现有采用泡沫铜为负极集流体所存在的器件重量大的问题;解决了铝在负极侧不稳定,无法使用的问题。
2)本发明负极侧使用覆碳泡沫铝集流体,三维覆碳泡沫铝集流体提供了三维导电与导热方式,在快速充放电时,使得器件内部温度更加均匀;同时严密的碳层保护泡沫铝,避免了被电解液腐蚀,将器件的寿命提高了50%~100%。
3)本发明负极侧采用覆碳泡沫铝集流体,覆碳泡沫铝既具有化学稳定性,又具有加工的刚性,与全碳集流体相比,本发明更加容易工业化实施;产品一致性高,制造成本降低约80%。解决了全碳集流体存在的焊极性差,制备工艺重复差,在电解液中结构易变形,经不起辊压,不具备大工业加片的一致性等问题。
4)本发明负极侧的三维覆碳泡沫铝,其结构有大量的孔隙,可允许负极材料嵌入锂时的体积膨胀,保护了器件整体结构不变形,延长使用寿命200%~300%。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的,而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用,并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种锂离子电池,其特征在于,包括:正极极片和负极极片,其中,
所述正极极片包括正极材料和正极材料集流体,所述正极材料集流体为泡沫铝,所述正极材料嵌入在所述正极材料集流体的三维网格中;
所述负极极片包括负极材料和负极材料集流体,所述负极材料集流体为覆碳泡沫铝,所述负极材料嵌入在所述负极材料集流体的三维网格中。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述正极材料集流体,其泡沫铝的孔隙率为85%~96%;所述负极材料集流体,其覆碳泡沫铝所用泡沫铝的孔隙率为85%~95%。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,
所述负极极片与正极极片的长和宽相同;所述正极极片的厚度100μm~400μm,面密度50mg/cm2~200mg/cm2;
所述负极极片的厚度根据正极极片的厚度及正负极能量匹配原则确定;所述负极极片与正极极片的容量比为1.01~1.15:1。
4.一种锂离子电池的制备方法,其特征在于,包括:
步骤S10,将正极材料制备得到正极浆料,采用泡沫铝作为正极材料集流体,将正极浆料充填到正极材料集流体的三维网格中,制备得到正极极片;
步骤S20,将负极材料制备得到负极浆料,采用覆碳泡沫铝作为负极材料集流体,将负极浆料充填到负极材料集流体的三维网格中,制备得到负极极片。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池的制备方法,其特征在于,
步骤S10中,采用挤压的方式将正极浆料充填到正极材料集流体的三维网格中,进行辊压,在100℃~150℃干燥1h~20h,制备得到正极极片;其中,所述正极浆料的粘度为1000~10000厘泊;
步骤S20中,采用挤压的方式将负极浆料充填到负极材料集流体的三维网格中,进行辊压,并在100℃~150℃干燥1h~20h,制备得到负极极片;其中,所述负极浆料的粘度为1000~10000厘泊。
6.根据权利要求4所述的锂离子电池的制备方法,其特征在于,将正极材料制备得到正极浆料的步骤中,包括:称取原料;将所述原料混合,制备得到正极浆料;所述原料,按照质量百分比计,包括:正极材料90%~97%,导电剂1%~5%,粘结剂2%~8%;
其中,所述正极材料的粒径为0.01μm~10μm;
所述正极材料为选自含锂化合物中的一种或几种,和/或选自掺碳含锂化合物中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的锂离子电池的制备方法,其特征在于,将负极材料制备得到负极浆料的步骤中,包括:称取原料;将所述原料混合,制备得到负极浆料;所述原料,按照质量百分比计,包括:负极材料90%~97%,导电剂1%~5%,粘结剂2%~7%;
其中,所述负极材料的粒径为0.01μm~10μm;
所述负极材料为石墨、类石墨态的炭、中间相碳微球、硅、锡、硅碳材料、硅氧碳材料、钛酸锂、金属锂材料中的一种或几种。
8.根据权利要求4所述的锂离子电池的制备方法,其特征在于,还包括:
步骤S30,将所述正极极片和负极极片分别焊接正极极耳和负极极耳,采用隔膜分隔,多片组装,封装于外壳中,经脱水脱气后注入电解液,制备得到锂离子电池。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池的制备方法,其特征在于,在负极极片焊接负极极耳的步骤前,还包括:根据正极极片尺寸,对负极极片进行裁切,并对裁切面涂胶,进行加热固化。
10.根据权利要求8所述的锂离子电池的制备方法,其特征在于,将所述正极极片和负极极片分别焊接正极极耳和负极极耳的步骤中,包括:将所述正极极片直接预留部分充裕区域,压制,与正极极耳焊接;将所述负极极片直接预留部分充裕的泡沫铝区域,压制,与负极极耳焊接。
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