鋰離子電池集流體及鋰離子電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，涉及到一種具有高穩定性和高安全性的鋰 離子電池集流體及鋰離子電池。
【背景技術】
[0002] 隨著社會的發展，人類即面臨著煤、石油等不可再生能源的日益枯竭，也面臨著嚴 重的環境污染問題，鋰離子電池作為一種高性能電化學儲能裝置，在便攜式移動設備得到 了廣發應用，尤其是近年來，隨著電動汽車工業的發展，對鋰離子電池的高安全性要求越來 越重視。
[0003] 近年來，電動汽車、飛機等交通工具所攜帶鋰離子電池爆炸、起火等事故頻發，電 池安全性成為人們關注的焦點。盡管現有技術已經提出各種改善方案，但大都收效甚微。
[0004] 鋰離子電池包括正極、負極、隔膜和電解液，其中正極片一般是由鋁箔集流體和正 極活性物質構成，而負極片一般是由銅箔集流體和負極活性物質構成。常規的鋰離子電池 電解液中電解質材料一般為六氟磷酸鋰，但該電解質在溫度高于55°C易分解和易分解，因 此鋰離子電池耐高溫性能差、循環和使用壽命較短的原因所在，并已成為發展電動汽車用 大容量、高功率鋰離子動力電池的關鍵技術瓶頸之一。
[0005] 近年來，人們陸續合成了包括三氟甲基磺酸亞胺基鋰、雙草酸硼酸鋰、草酸雙氟硼 酸鋰等在內的多種耐高溫性能良好的鋰離子電池電解質鹽，其優異化學和電化學穩定性滿 足了電動汽車對鋰離子動力電池的技術要求。但是電池在這些電解質鹽中長期工作過程 中，在高電壓下（> 4V)難免會腐蝕銅鋁箔集流體，造成極片失效，對電池構成安全威脅，尤 其是嚴重腐蝕正極鋁箔集流體，導致電池無法正常工作。
[0006] 因此，完全有必要提供一種具有良好穩定性和安全性的鋰離子電池集流體及電 池，以解決現有技術的不足。
【發明內容】
[0007] 為了實現上述目的，本發明的技術方案是： 一種鋰離子電池集流體，包括聚酰亞胺石墨膜。所述的集流體由聚酰亞胺膜經 1000-600 °C炭化后，再于2600-3000 °C石墨化得到的石墨膜壓制而成。
[0008] 所述的鋰離子電池集流體，聚酰亞胺石墨膜石墨層間距小于0. 3360納米，石墨化 度大于93%，碳原子含量大于96%，壓制后的厚度5-50微米。
[0009] -種鋰離子電池，該電池包括密封在包裝膜內的正極、負極、隔膜和電解質，所述 的正極包括正極集流體和涂覆在集流體上的正極活性物質，所述的負極包括負極集流體和 涂覆在集流體上的負極活性物質，所述的正極集流體和負極集流體均為聚酰亞胺石墨膜。
[0010] 所述的一種鋰離子電池，正極活性物質為鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸亞鐵鋰、鎳 鈷錳酸鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰中的一種或多種，所述的負極活性物質為改性天然石墨、人 造石墨，石墨化中間相炭微球、硬炭、軟炭、鈦酸鋰、硅及其硅復合材料中的一種或多種；所 述的電解液包括鋰鹽、溶劑和添加劑，其中鋰鹽為二(三氟甲基磺酸）亞胺鋰、雙草酸硼酸 鋰、草酸雙氟硼酸鋰中的一種或多種，溶劑選擇碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸 二甲酯、二酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丁內酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙 酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的一種或多種；添加劑選擇成膜添加劑、防過充添加劑、阻燃 添加劑、電解質穩定劑、提高電導率添加劑、抗氧化添加劑中的一種或多種；隔膜材料為聚 丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復合膜、陶瓷隔膜、生物質纖維素復合隔膜。
[0011] 本發明具有的優點和積極效果是：采用所述的集流體用于鋰離子電池時，可以有 效避免電池中的腐蝕性電解質或其副產物對集流體造成的破壞，提高電池使用穩定性和安 全性。
【附圖說明】
[0012] 圖1聚酰亞胺石墨膜的高倍率透射電子顯微鏡圖。
[0013] 圖2以石墨膜為正極集流體、錳酸鋰為正極活性物質、鋰片為負極、1M二(三氟甲 基磺酸）亞胺鋰/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶劑體積比=1:1)為電解液、聚丙烯/聚乙烯 /聚丙烯三層復合膜為隔膜構成的扣式鋰離子電池的充放電循環性能圖。
[0014] 圖3以石墨膜為負極集流體、石墨化中間相炭微球為負極活性物質、鋰片為負極、 二(三氟甲基磺酸)亞胺鋰/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶劑體積比=1:1)為電解液、聚丙烯 /聚乙烯/聚丙烯三層復合膜為隔膜構成的扣式鋰離子電池的充放電循環性能圖。
[0015] 圖4以錳酸鋰為正極活性材料、中間相炭微球為負極活性材料，二(三氟甲基磺 酸）亞胺鋰/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶劑體積比=1:1)為電解液、聚丙烯/聚乙烯/聚 丙烯三層復合膜為隔膜構成的軟包裝鋰離子電池的充放電循環性能圖。
[0016] 圖5以鋁箔為正極集流體、錳酸鋰為正極活性物質、鋰片為負極、二(三氟甲基磺 酸）亞胺鋰/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶劑體積比=1:1)為電解液、聚丙烯/聚乙烯/聚 丙烯三層復合膜為隔膜構成的扣式鋰離子電池的充放電循環性能圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面通過實施例，對本發明作進一步的說明。 實施例
[0018] 將市售聚酰亞胺膜在氬氣氣氛下1400°C炭化6小時，取出后在石墨化爐中2800°C 石墨化處理得到聚酰亞胺石墨膜，如圖1所示的高倍率透射電子顯微鏡圖，該膜沿C軸方向 高度取向，層間距為0. 3355nm，石墨化度為98. 89%，經X射線光電子能譜測試，該膜的表面 碳原子含量為98. 35%，壓實后，測定厚度為20微米，待用。
[0019] 石墨化度計算公式如下：
【主權項】
1. 一種裡離子電池集流體，包括聚醜亞胺石墨膜，其特征在于；所述的集流體由聚醜 亞胺膜經1000-600°C炭化后，再于2600-3000°C石墨化得到的石墨膜壓制而成。
2. 根據權利要求1所述的裡離子電池集流體，其特征在于：所述的聚醜亞胺石墨膜石 墨層間距小于0. 3360納米，石墨化度大于93%，碳含量大于96%，壓制后的厚度5-50微米。
3. -種裡離子電池，該電池包括密封在包裝膜內的正極、負極、隔膜和電解質，所述的 正極包括正極集流體和涂覆在集流體上的正極活性物質，所述的負極包括負極集流體和涂 覆在集流體上的負極活性物質，所述的正極集流體和負極集流體均為聚醜亞胺石墨膜。
4. 根據權利要求3所述的一種裡離子電池，其特征在于；所述的正極活性物質為鉆酸 裡、猛酸裡、媒酸裡、磯酸亞鐵裡、媒鉆猛酸裡、磯酸猛裡、磯酸饑裡中的一種或多種，所述的 負極活性物質為改性天然石墨、人造石墨，石墨化中間相炭微球、硬炭、軟炭、鐵酸裡、娃及 其娃復合材料中的一種或多種；所述的電解液包括裡鹽、溶劑和添加劑，其中裡鹽為雙H 氣甲基賴酸亞胺基裡、雙草酸測酸裡、草酸雙氣測酸裡中的一種或多種，溶劑選擇碳酸己帰 醋、碳酸丙帰醋、碳酸下帰醋、碳酸二甲醋、二酸二己醋、碳酸甲己醋、碳酸甲丙醋、下內醋、 己酸己醋、己酸丙醋、己酸下醋、丙酸甲醋、丙酸己醋、丙酸丙醋中的一種或多種；添加劑選 擇成膜添加劑、防過充添加劑、阻燃添加劑、電解質穩定劑、提高電導率添加劑、抗氧化添加 劑中的一種或多種；隔膜材料為聚丙帰、聚己帰、聚丙帰/聚己帰/聚丙帰H層復合膜、陶瓷 隔膜、生物質纖維素復合隔膜。
【專利摘要】本發明涉及鋰離子電池材料技術領域，公開了一種鋰離子電池集流體，包括聚酰亞胺石墨膜，由聚酰亞胺膜經1000-1600?C炭化后，再于2600-3000?C石墨化得到的石墨膜壓制而成，所述的石墨膜石墨層間距小于0.3360納米，石墨化度大于93%，碳原子含量大于96%，壓制后的厚度5-50微米。本發明還還公開了一種鋰離子電池，該電池包括密封在包裝膜內的正極、負極、隔膜和電解質，所述的正極包括正極集流體和涂覆在集流體上的正極活性物質，所述的負極包括負極集流體和涂覆在集流體上的負極活性物質，所述的正極集流體和負極集流體均為聚酰亞胺石墨膜。與現有技術相比，可以有效避免電池中的腐蝕性電解質或其副產物對集流體造成的破壞，提高電池使用穩定性和安全性。
【IPC分類】H01M4-13, H01M10-0525, H01M4-66
【公開號】CN104681820
【申請號】CN201310636218
【發明人】崔光磊, 韓鵬獻, 張波, 黃長水
【申請人】中國科學院青島生物能源與過程研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年12月3日