TWI536649B - 鋰離子電池 - Google Patents

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Description

鋰離子電池
本發明涉及一種鋰離子電池，尤其涉及一種可彎折的鋰離子電池。
鋰離子電池是一種綠色化學電源，與傳統的鎳鎘電池、鎳氫電池相比具有電壓高、壽命長、能量密度大的優點。自1990年日本索尼公司推出第一代鋰離子電池後，它已經得到迅速發展並廣泛用於各種可擕式設備。
鋰離子電池的電極包括集流體及設置在集流體表面的電極片。先前的鋰離子電池的集流體採用金屬箔片，如負極採用銅箔或鎳箔，正極採用鋁箔或鈦箔。電極片為將含有活性物質、導電劑和黏結劑的電極漿料塗覆在集流體表面形成。然而，這種鋰離子電池中非活性材料，如集流體及黏結劑仍然佔有較大比重，使得鋰離子電池輕量化及小型化難於實現。
有鑒於此，確有必要提供一種具有較好柔性的鋰離子電池。
一種鋰離子電池，包括正極、負極及電解質。該正極包括第一奈米碳管紙及正電極片，該正電極片設置在該第一奈米碳管紙表面，該正電極片包括複數相互層疊的第一奈米碳管膜與分佈在該第一奈米碳管膜中的正極活性物質；該負極包括第二奈米碳管紙及 負電極片，該負電極片設置在該第二奈米碳管紙表面，該負電極片包括複數相互層疊的第二奈米碳管膜與分佈在該第二奈米碳管膜中的負極活性物質，該正極與負極層疊並且該正電極片與負電極片相對設置；電解質，設置在正電極片與電極片之間。
一種鋰離子電池，包括正極、負極及電解質。該正極包括第一奈米碳管紙及正電極片，該正電極片設置在該第一奈米碳管紙表面，該正電極片由複數相互層疊的第一奈米碳管膜與分佈在該第一奈米碳管膜中的正極活性物質組成。該負極包括第二奈米碳管紙及負電極片，該負電極片設置在該第二奈米碳管紙表面，該負電極片由複數相互層疊的第二奈米碳管膜與分佈在該第二奈米碳管膜中的負極活性物質組成，該正極與負極層疊並且該正電極片與負電極片相對設置。該電解質設置在正電極片與電極片之間。
相較於先前技術，由於所述奈米碳管紙作為集流體，並且在正、負電極片中無需傳統鋰離子電池電極中的黏結劑，因此該鋰離子電池具有更輕的質量。另外，該奈米碳管紙相比於金屬箔片可以具有極薄的厚度。
100‧‧‧鋰離子電池
10‧‧‧正極
12‧‧‧正電極片
122‧‧‧網路結構
124‧‧‧正極活性物質
14,24‧‧‧奈米碳管紙
16‧‧‧正極電引出結構
20‧‧‧負極
22‧‧‧負電極片
26‧‧‧負極電引出結構
30‧‧‧隔膜
40‧‧‧封裝結構
圖1 為本發明實施例提供的鋰離子電池的正極結構示意圖。
圖2 為本發明實施例提供的鋰離子電池的爆破示意圖。
圖3 為本發明實施例提供的鋰離子電池的奈米碳管膜的掃描電鏡照片照片。
圖4為本發明實施例提供的鋰離子電池的正電極片的結構示意圖。
圖5為本發明實施例提供的鋰離子電池的正電極片的掃描電鏡照片照片。
圖6為本發明實施例提供的鋰離子電池的正電極片的透射電鏡照片照片。
圖7為本發明實施例提供的鋰離子電池的奈米碳管紙的照片。
圖8為本發明實施例將一正極、一隔膜及一負極層疊在一導電膠帶表面的側面掃描電鏡照片。
圖9為本發明另一實施例提供的鋰離子電池的結構示意圖。
圖10為本發明又一實施例提供的鋰離子電池的結構示意圖。
圖11為本發明實施例提供的鋰離子電池在彎折時點亮燈泡的照片。
圖12為本發明實施例的正極與金屬鋰組成的半電池與對比例的正極與金屬鋰組成的半電池在相同條件下的充放電循環性能曲線。
圖13為本發明實施例的正極與金屬鋰組成的半電池與對比例的正極與金屬鋰組成的半電池在不同電流倍率下的循環測試曲線。
圖14為本發明實施例的負極與金屬鋰組成的半電池與對比例的負極與金屬鋰組成的半電池在相同條件下的充放電循環性能曲線。
圖15為本發明實施例的負極與金屬鋰組成的半電池與對比例的負極與金屬鋰組成的半電池在不同電流倍率下的循環測試曲線。
圖16為本發明實施例提供的鋰離子電池在不同電流倍率下的循環測試曲線。
圖17為本發明實施例提供的鋰離子電池在不同電流倍率下的充放電電壓曲線。
請參見圖1及圖2，本發明實施方式提供一種鋰離子電池100，該鋰離子電池包括正極10、負極20及電解質。
該正極10包括奈米碳管紙14及正電極片12，該正電極片12設置在該奈米碳管紙14表面。該正電極片12由複數相互層疊的奈米碳管膜與均勻分佈在該奈米碳管膜中的正極活性物質組成。
具體地，該奈米碳管膜可以均由奈米碳管組成。該正極活性物質設置在該奈米碳管膜中的奈米碳管的管壁上。該正電極片12中奈米碳管膜的層數不限，優選為包括3~6層奈米碳管膜相互層疊設置。每層奈米碳管膜包括複數基本沿相同方向排列的奈米碳管，即該奈米碳管膜為定向奈米碳管膜。
請參閱圖3，該定向的奈米碳管膜優選為從奈米碳管陣列中拉取獲得的自支撐的奈米碳管膜，該奈米碳管膜由若干奈米碳管組成，所述若干奈米碳管為沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管是通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，從而使該奈米碳管膜能夠實現自支撐。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取 向排列構成明顯影響。進一步地，所述奈米碳管膜可包括複數連續且定向排列的奈米碳管片段。該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段包括複數相互平行的奈米碳管，該複數相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。另外，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸。由於從奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管膜具有較大的比表面積，因此，該奈米碳管膜具有較大的黏性。
所述自支撐是奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要一邊或相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜置於(或固定於)間隔一定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管膜中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。
請參閱圖4至圖6，在該正電極片12中，該複數定向的奈米碳管膜沿至少兩個不同方向層疊設置，使沿不同方向層疊的奈米碳管膜中的奈米碳管之間相互交叉，以形成一夾角β，β大於0度且小於或等於90度(0°<β≦90°)，優選為90°，該奈米碳管膜的層數不限，可根據實際需要選擇，優選為3層至6層。該複數奈米碳管之間直接接觸並通過凡得瓦力緊密結合，從而形成一穩定且自支撐的奈米碳管網路結構122，在該奈米碳管網路結構122中相鄰的奈米碳管相互連接，從而形成一導電網路。由於該奈米碳管膜 具有極薄的厚度，將多層奈米碳管膜層疊設置後該奈米碳管網路結構122仍然具有較薄的厚度。3~5層奈米碳管膜層疊的厚度為10奈米~100奈米。可以理解，由於該奈米碳管膜可以從陣列中拉取獲得，因此具有較為均勻的厚度，將該複數奈米碳管膜層疊設置後形成的奈米碳管網路結構也具有較為均勻的厚度，從而具有較為均勻的電導率。
該正極活性物質124的材料種類不限，可以為常用的鋰離子電池正極活性物質124，如磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、二元材料及三元材料等鋰-過渡金屬氧化物。該正極活性物質124為顆粒狀，尺寸為0.1奈米~100微米。該正極活性物質124均勻分佈於該奈米碳管網路結構122中，通過奈米碳管的管壁吸附固定。從圖4至圖6可以看出，該正極活性物質124並非填滿所有奈米碳管膜中奈米碳管之間的間隙，或者將奈米碳管完全包覆，而是仍有大量奈米碳管的管壁暴露於外，可以與相鄰的奈米碳管膜中的奈米碳管直接接觸，從而形成導電網路，從而提高了電子導電性。並且，由於奈米碳管膜中奈米碳管之間仍具有間隙，該正電極片12整體為多孔結構，有利於電解液的滲透，從而提高了離子導電性。可以理解，圖4的示意圖並不表示每個正極活性物質124只與橫縱兩個方向的各一個奈米碳管接觸，從圖5至圖6可以看出，每個正極活性物質124在同一方向上可以與複數奈米碳管接觸，從而更有利於電子的傳導。
該正電極片12可以僅由正極活性物質124和奈米碳管膜組成，該正電極片12的奈米碳管膜既能起到導電的作用，又可以通過凡得瓦力黏附正極活性物質124，無需其他黏結劑及導電劑。
該正電極片12的製備方法可以為：從奈米碳管陣列中拉取獲得奈米碳管膜；將該奈米碳管膜鋪設在一框架結構上，使奈米碳管膜中部懸空；將正極活性物質分散在有機溶劑中，形成分散液；將分散液液噴灑在該懸空的奈米碳管膜表面；將有機溶劑蒸乾，得到正極活性物質124與奈米碳管膜的複合膜結構；以及通過鐳射將該複合膜結構切割出所需形狀及尺寸的正電極片。拉取獲得的奈米碳管膜具有較大黏性，可以直接黏附在框架結構上。該正極活性物質124可以通過超聲振盪或機械攪拌的方式分散在該有機溶劑中。該有機溶劑可以為易揮發且與奈米碳管潤濕的有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、異丙醇、二氯乙烷或氯仿等。該有機溶劑能夠浸潤奈米碳管，因此該分散液可以附著於該奈米碳管膜表面。該複數奈米碳管膜相互層疊可先於噴灑分散液，即先將複數奈米碳管膜沿至少兩個不同方向層疊鋪設在該框架結構上，形成一奈米碳管網路結構122之後再噴灑足夠的分散液。這種方法得到的正電極片12中，絕大多數正極活性物質分佈在奈米碳管網路結構122整體的表面上。在另一實施例中，也可以每鋪設一層奈米碳管膜即噴灑一次分散液。這種方法得到的正電極片12中，正極活性物質124夾於相鄰的奈米碳管膜之間。通過噴灑分散液，正極活性物質124被奈米碳管膜中的奈米碳管抓住，留在奈米碳管的管壁上，而有機溶劑的揮發又可以使奈米碳管膜收縮，使膜的厚度進一步變薄，並且使相鄰的奈米碳管之間更為緊密的結合，從而提高導電性。由於四周黏附在框架上，奈米碳管膜在收縮的過程中宏觀上仍維持膜狀。得到的正電極片12為自支援結構，可以從框架上取下。
在將正極活性物質124設置在奈米碳管膜的前後，可以將奈米碳 管膜進行稱重，從而確定在最終得到的正電極片12中含有的正極活性物質124的量，方便後續鋰離子電池100的裝配和充放。待有機溶劑充分乾燥後，可以將製備好的正電極片12從框架結構上取下，設置在奈米碳管紙14表面。該正電極片12具有較好的柔性，可以任意彎折或折疊。例如，可以將該正電極片12先經過折疊成預訂尺寸，再設置在該奈米碳管紙14表面。
該正電極片12中奈米碳管膜的質量百分比可以為3%~10%，優選為4%~5%，當該奈米碳管膜在該正電極片12中的層疊數量為3~6層時，單位面積的奈米碳管網路結構122擔載的正極活性物質124的量可以為0.2mg/cm2~1.5mg/cm2，可以通過調整噴灑的分散液中正極活性物質124的濃度及噴灑次數進行控制。
請參閱圖7，該奈米碳管紙14為黑色的薄片狀，自支撐，可以如紙張般柔性、耐彎折，且具有韌性。該奈米碳管紙14的厚度可以為500奈米~500微米。該奈米碳管紙14可以由500~1000層相互層疊的奈米碳管膜組成。每層奈米碳管膜包括複數基本沿相同方向排列的奈米碳管，即該奈米碳管膜為定向奈米碳管膜。該奈米碳管紙14中的奈米碳管膜可以與該正電極片12中的奈米碳管膜結構相同，均為從奈米碳管陣列中拉取獲得的自支撐的奈米碳管膜。由於該奈米碳管膜具有較大的比表面積，因此該奈米碳管膜具有較大黏性，在該奈米碳管紙14中，相鄰的奈米碳管膜間通過凡得瓦力相互吸引，一旦層疊就不可分開，從而形成整體結構。
優選地，該奈米碳管紙14中的奈米碳管膜沿相同方向層疊，使該奈米碳管紙14由基本沿相同方向排列的奈米碳管組成。基本沿相同方向排列的奈米碳管使奈米碳管紙14在特定方向上具有優異的 導電性。該奈米碳管紙14在鋰離子電池中用作集流體，即將正電極片12產生的電流進行收集並傳導至外電路。
更為優選地，該正電極片12中至少有一奈米碳管膜中奈米碳管的排列方向與該奈米碳管紙14中的奈米碳管膜中奈米碳管的排列方向相同，也就是使正電極片12與奈米碳管紙14中的奈米碳管至少部分順向排列，更加有利於增加奈米碳管之間的接觸面積，使正電極片12與奈米碳管紙14的結合更為牢固。
該奈米碳管紙14與該正電極片12優選為直接接觸，即該正電極片12中的奈米碳管與該奈米碳管紙14中的奈米碳管為直接接觸，並通過凡得瓦力結合，無需黏結劑，該奈米碳管紙14及正電極片12中的奈米碳管膜具有極大的比表面積，兩者之間一旦通過凡得瓦力結合即難以分開。該正電極片12的面積優選為小於該奈米碳管紙14的面積，並設置在該奈米碳管紙14的局部位置。在如圖1所示的實施例中，該奈米碳管紙14具有長方形結構，該正電極片12設置在該奈米碳管紙14的一端。該奈米碳管紙14的另一端可以用於連接外電路。
該鋰離子電池的負極20與正極10具有相同的結構，包括奈米碳管紙24及負電極片22，區別僅在將正極活性物質124替換為負極活性物質。該負極20中的奈米碳管紙24為該鋰離子電池100的負極集流體。該負極活性物質的種類不限，可以為常用的負極活性物質，如金屬鋰、合金負極材料、錫基材料、矽基材料、石墨類碳材料、無定形碳材料及過渡金屬氧化物，如鈦酸鋰。該負電極片22中負極活性物質的含量優選為大於該正電極片12中正極活性物質的含量，例如為正極活性物質含量的105%。
在該鋰離子電池100中，該正極10與負極20層疊，並且該正電極片12與負電極片22相對並間隔設置，從而使鋰離子能夠容易地在正電極片12與負電極片22之間轉移。該電解質設置在正電極片12與負電極片22之間。在一實施例中，該鋰離子電池100可進一步包括隔膜30，層疊設置於該正電極片12與負電極片22之間，該電解質為電解液，浸潤該正電極片12、負電極片22及隔膜30。在另一實施例中，該電解質為固體電解質膜或聚合物電解質膜，層疊設置於該正電極片12與負電極片22之間。
請參閱圖8，圖8為將正極10與負極20之間間隔隔膜30並層疊設置在一導電膠帶表面，在掃描電子顯微鏡下觀察側面厚度的照片。在圖8中標出厚度的部分為正極10、負極20及隔膜30的層疊結構，左側為導電膠帶，可以看到該層疊結構的厚度僅與一膠帶的厚度相當。由於該正電極片12、負電極片22及奈米碳管紙14及24均具有極薄的厚度，具有一組正負電極的該鋰離子電池100的厚度可以為80~120微米，從而成為一薄膜電池。
請參閱圖9，在鋰離子電池100中，可以具有複數正極10與複數負極20交替層疊設置，且相鄰的正極10與負極20間通過固體電解質膜或隔膜30間隔。在一實施例中，一個正極10可以包括兩個正電極片12分別設置在該奈米碳管紙14的兩個表面，一個負極20可以包括兩個負電極片22分別設置在該奈米碳管紙24的兩個表面，該鋰離子電池100包括複數正極10與複數負極20交替層疊設置，從而使兩個正電極片12共用同一奈米碳管紙14，兩個負電極片22共用同一奈米碳管紙24。
請參閱圖10，該鋰離子電池100進一步包括封裝結構40，該封裝 結構40可以為軟性封裝結構40，如鋁塑膜封裝包。該鋰離子電池100還可進一步包括正極電引出結構16以及負極電引出結構26，用作鋰離子電池100的極耳，一端與奈米碳管紙14,24電連接，另一端伸出封裝結構40外與外部電路連接。該電引出結構16,26可以為金屬導電條帶，如鎳帶。該電引出結構16,26一端設置在該奈米碳管紙14,24表面，並與該正電極片12或負電極片22相間隔，另一端從該軟性封裝結構40伸出。在一實施例中，該正、負電極片12,22設置在該奈米碳管紙14,24的一端，該正、負極電引出結構16,26設置在該奈米碳管紙14,24未設置正、負電極片12,22的另一端。該奈米碳管紙14,24中奈米碳管基本沿相同方向排列，該電引出結構16,26優選沿垂直於該奈米碳管的排列方向橫穿該奈米碳管紙14,24，從而與使該奈米碳管紙14,24中的奈米碳管基本沿從電極片12,14至電引出結構16,26的方向延伸。
請參閱圖9，當該鋰離子電池100包括複數正極10及複數負極20層疊設置時，該複數正極10的複數奈米碳管紙14在未設置有正電極片12的另一端均與一正極電引出結構16電連接，該複數負極20的複數奈米碳管紙24在未設置有負電極片22的另一端均與一負極電引出結構26電連接。由於奈米碳管紙14,24為柔性結構，可以任意彎曲、折疊，因此可以將所有正極10的奈米碳管紙14未設置有正電極片12的另一端聚攏並直接層疊在一起，並由一正極電引出結構16夾持，並將所有負極20的奈米碳管紙24未設置有負電極片22的另一端聚攏並直接層疊在一起，並由一負極電引出結構26夾持。例如，可將該電引出結構16,26彎折成U形或環形，使多層奈米碳管紙14,24夾持其中。
為便於使正極10與負極20保持間隔，該正極10的奈米碳管紙14與負極20的奈米碳管紙24可以沿相反的方向延伸，正極電引出結構16與負極電引出結構26從該封裝結構40的兩端引出。
請參閱圖11，該鋰離子電池100除兩條電引出結構16,26為金屬材料，其他均可採用柔性可彎折材料形成，因此可以實現捲曲、彎折、折疊，並同時進行工作。隨著電子產品的發展，可穿戴電子產品逐漸成為現實。本發明的鋰離子電池100可以用於可穿戴電子產品中，不會妨礙使用者的動作和運動。另外，即使用於常規的硬質設備，該奈米碳管膜製成的集流體及電極片仍然可以大大減輕鋰離子電池的質量，提高鋰離子電池的能量密度。
首先，由於所述奈米碳管紙作為集流體，並且在正、負電極片中無需傳統鋰離子電池電極中的黏結劑，因此該鋰離子電池具有更輕的質量，能夠提高鋰離子電池的能量密度。其次，本發明中的所述鋰離子電池採用奈米碳管紙作為集流體，並採用奈米碳管膜作為正、負電極片中固定正、負極活性物質的結構，使電極片與集流體能夠實現同種材料間的牢固結合，且奈米碳管紙和奈米碳管膜均為柔性耐彎折材料，能夠使鋰離子電池具有較好柔性。而在傳統的鋰離子電池中，雖然電極中含有黏結劑，電極片與金屬集流體的結合仍為不同種類材料之間的結合，牢固性較差，集流體發生形變時易導致其上的電極片發生剝離，或電極片中的活性物質粉化。並且，金屬集流體本身的可彎折性即較差。因此導致先前技術中鋰離子電池的柔性較差。再次，由於正、負電極片中具有沿不同方向層疊的奈米碳管膜，從而可以形成導電網路，活性物質附著在導電網路上，比傳統的將奈米碳管作為導電劑與活 性物質隨機的混合的方式更能提高電極片的導電性。進一步地，該正、負電極片利用了奈米碳管膜極薄的厚度，通過噴灑活性材料分散液的方式使奈米碳管膜上附加活性材料，極為容易的得到厚度超薄且活性材料均勻分佈的正、負電極片，從而克服了傳統工藝塗膜或壓膜過程中電極片均勻性難以保證，厚度較厚的問題。
實施例
正極活性物質為磷酸鐵鋰，負極活性物質為鈦酸鋰，正電極片與負電極片中奈米碳管膜的數量均為6層，正極與負極中的奈米碳管紙均為500層奈米碳管膜層疊得到，奈米碳管紙的厚度約為40微米。具體為，將1000毫克磷酸鐵鋰分散在100毫升乙醇中，超聲振盪30分鐘，均勻分散後噴灑在懸空設置的奈米碳管膜表面，一次噴灑10毫升後覆蓋另一奈米碳管膜，再噴灑10毫升，之後再層疊一層奈米碳管膜，如此重複噴灑5次，最後再覆蓋一層奈米碳管膜，該6層奈米碳管膜分別沿相互垂直的方向層疊，使正電極片中的奈米碳管的排列方向相互垂直。該負電極片以相同方法製備。該正、負電極片中奈米碳管的質量分別為0.216毫克，面密度約為0.002mg/cm2。該正極片所用的奈米碳管膜的面積為3cm×3cm，磷酸鐵鋰在該正電極片中的質量約為4.62毫克，鈦酸鋰在該負電極片中的質量約為4.68毫克。奈米碳管在該正電極片中的質量百分含量約為4.62%，在該負電極片中的質量百分含量約為4.67%。該正、負電極片分別被對折2次，並分別設置在兩張奈米碳管紙表面，形成正極及負極。
對比例
將聚偏氟乙烯(PVDF)作為黏結劑，導電石墨作為導電劑，與相同的磷酸鐵鋰混合，質量比為1：1：8，並加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，形成正極漿料，塗覆在鋁箔表面，形成正極。
將PVDF作為黏結劑，導電石墨作為導電劑，與相同的鈦酸鋰混合，質量比為1：1：8，並加入NMP，形成正極漿料，塗覆在銅箔表面，形成負極。
鋰離子電池的循環測試
首先將實施例及對比例的正極分別與金屬鋰組成半電池，兩種半電池所用電解液與隔膜均相同，在相同條件下進行充放電循環測試，並將實施例及對比例的負極分別與金屬鋰組成半電池，兩種半電池所用電解液與隔膜均相同，在相同條件下進行充放電循環測試，結果如圖12至15所示。可以看到，本實施例的正極及負極與傳統的通過混合導電劑、黏結劑及活性物質得到的電極相比，均具有較好的循環性能及倍率性能。
其次將本實施例的正極與負極組成全電池，在0.1C(100μA/cm2)倍率下充放電50次，之後提高電流倍率，在1C(1000μA/cm2)倍率下充放電50次。如圖16及圖17所示，可以看到，該鋰離子電池在0.1C電流倍率下電池極化較小，從而使電池具有較高的循環容量，當提高電流倍率後，電池的極化有所增加，從而使電池的循環容量有所下降。但整體上，該鋰離子電池仍然可以具有較為穩定的循環性能，100次循環後仍然具有較高的容量保持率。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制 本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧鋰離子電池
10‧‧‧正極
12‧‧‧正電極片
122‧‧‧網路結構
124‧‧‧正極活性物質
14,24‧‧‧奈米碳管紙
16‧‧‧正極電引出結構
20‧‧‧負極
22‧‧‧負電極片
26‧‧‧負極電引出結構
30‧‧‧隔膜
40‧‧‧封裝結構

Claims (17)

  1. 一種鋰離子電池，其改進在於，包括：正極，該正極包括第一奈米碳管紙及正電極片，該正電極片設置在該第一奈米碳管紙表面，該正電極片包括複數相互層疊的第一奈米碳管膜與分佈在該第一奈米碳管膜中的正極活性物質；負極，該負極包括第二奈米碳管紙及負電極片，該負電極片設置在該第二奈米碳管紙表面，該負電極片包括複數相互層疊的第二奈米碳管膜與分佈在該第二奈米碳管膜中的負極活性物質，該正極與負極層疊並且該正電極片與負電極片相對並間隔設置；以及電解質，該電解質設置在正電極片與電極片之間。
  2. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，該正電極片設置在該第一奈米碳管紙的局部表面，該負電極片設置在該第二奈米碳管紙的局部表面。
  3. 如請求項2所述的鋰離子電池，其中，進一步包括一封裝結構及正極電引出結構以及負極電引出結構；該正極電引出結構一端設置在該第一奈米碳管紙表面，並與該正電極片相間隔，另一端從該封裝結構伸出；該負極電引出結構一端設置在該第二奈米碳管紙表面，並與該負電極片相間隔，另一端從該封裝結構伸出。
  4. 如請求項3所述的鋰離子電池，其中，該封裝結構為軟性封裝結構。
  5. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，包括複數所述正極及複數所述負極交替層疊設置，該正極包括兩個正電極片分別設置在同一第一奈米碳管紙的兩個表面，該負極包括兩個負電極片分別設置在同一第二奈米碳管紙的兩個表面。
  6. 如請求項5所述的鋰離子電池，其中，進一步包括正極電引出結構以及負 極電引出結構，該複數正極的複數第一奈米碳管紙直接相互層疊，並由該正極電引出結構夾持，該複數負極的複數第二奈米碳管紙直接相互層疊，並由該負極電引出結構夾持。
  7. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，該第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙分別為該鋰離子電池的正極集流體和負極集流體。
  8. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，該第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙由複數相互層疊的奈米碳管膜組成。
  9. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，該第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙均由基本沿相同方向排列的奈米碳管組成。
  10. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，進一步包括正極電引出結構以及負極電引出結構，該第一奈米碳管紙中的奈米碳管沿從正電極片至正極電引出結構的方向排列，該第二奈米碳管紙中的奈米碳管沿從負電極片至負極電引出結構的方向排列。
  11. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，該第一奈米碳管膜及第二奈米碳管膜均由奈米碳管組成。
  12. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，單位面積該正電極片或負電極片中，正極活性物質或負極活性物質的質量為0.2mg/cm2~1.5mg/cm2。
  13. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，該正極活性物質設置在該第一奈米碳管膜中的奈米碳管的管壁上，該負極活性物質設置在該第二奈米碳管膜中的奈米碳管的管壁上。
  14. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，該第一奈米碳管膜、第二奈米碳管膜及第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙中的奈米碳管膜均為奈米碳管拉膜。
  15. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，該第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙的厚度為500奈米~500微米。
  16. 如請求項1所述的鋰離子電池，其中，該正極活性物質為磷酸鐵鋰，該負極活性物質為鈦酸鋰，該正極活性物質及負極活性物質均為顆粒狀，尺寸為0.1奈米~100微米。
  17. 一種鋰離子電池，其改進在於，包括：正極，該正極包括第一奈米碳管紙及正電極片，該正電極片設置在該第一奈米碳管紙表面，該正電極片由複數相互層疊的第一奈米碳管膜與分佈在該第一奈米碳管膜中的正極活性物質組成；負極，該負極包括第二奈米碳管紙及負電極片，該負電極片設置在該第二奈米碳管紙表面，該負電極片由複數相互層疊的第二奈米碳管膜與分佈在該第二奈米碳管膜中的負極活性物質組成，該正極與負極層疊並且該正電極片與負電極片相對並間隔設置；以及電解質，該電解質設置在正電極片與電極片之間。
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