[發(fā)明專利]高強(qiáng)度超薄復(fù)合鋰箔及其制作方法和鋰離子二次電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410714366.5
• 申請(qǐng)日: 2014-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN104466095B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳衛(wèi);方祺;劉勇標(biāo);王曉明;徐遠(yuǎn)新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞市卓高電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/13
• 分類號(hào): H01M4/13;H01M4/04;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 北京海虹嘉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11129
• 代理人: 陳雙喜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種高強(qiáng)度超薄復(fù)合鋰箔及其制作方法和鋰離子二次電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池在初次充電化成時(shí)會(huì)犧牲部分正極材料中的鋰離子在負(fù)極材料上形成一層“固體電解質(zhì)界面膜”(solid electrolyte interface),簡(jiǎn)稱SEI膜。不同的負(fù)極材料形成這層膜消耗的鋰離子不同，目前常用的石墨類負(fù)極材料消耗10％左右，硅系和氧化亞硅系復(fù)合材料消耗的鋰離子更多，甚至可達(dá)40％。

目前使用負(fù)極補(bǔ)鋰方式來解決鋰離子的消耗問題，補(bǔ)鋰可用鋰粉和鋰箔兩種方式。鋰是非常活潑的金屬，在遇到氧氣和水容易發(fā)生劇烈反應(yīng)導(dǎo)致起火爆炸。鋰粉由于顆粒細(xì)，表面活性高，非常容易產(chǎn)生爆炸等安全事故，所以鋰粉加工制造受限。鋰箔相對(duì)于鋰粉來說，安全性提高很多，但是鋰金屬非常柔軟，鋰的莫氏硬度只有0.6，而且鋰金屬自身非常容易粘連，按照傳統(tǒng)的方法加工成幾微米的箔材非常困難，一般鋰離子電池中用于補(bǔ)鋰的鋰箔厚度要求在2～100微米，純鋰由于軟而且易粘連，制成如此薄的鋰箔不可能。如果用比較厚的鋰箔補(bǔ)鋰，在電池化成過程中補(bǔ)鋰不能消耗完金屬鋰，而這些過量的金屬鋰存在于電池中會(huì)導(dǎo)致電池安全性降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提供一種高強(qiáng)度超薄復(fù)合鋰箔及其制作方法和鋰離子二次電池，解決鋰離子電池的補(bǔ)鋰問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案：

一種高強(qiáng)度超薄復(fù)合鋰箔，包含有金屬鋰和纖維，其將鋰金屬與纖維加熱混合碾壓成型，該復(fù)合鋰箔厚度為2～100微米。

作為一種優(yōu)選方案，所述復(fù)合鋰箔的厚度為5～20微米。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，壓制的復(fù)合金屬鋰箔厚度為4um～10um，當(dāng)壓制更薄時(shí)對(duì)壓制設(shè)備精度要求高，設(shè)備成本較高。

作為一種優(yōu)選方案，所述復(fù)合鋰箔中纖維材料所占重量百分比為2％～50％。

作為一種優(yōu)選方案，所述纖維為納米碳纖維管(Carbon Nanotube,簡(jiǎn)稱CNT)、氣相沉積碳纖維(Vapor-grown carbon fiber簡(jiǎn)稱VGCF)、超細(xì)碳纖維(Carbon fiber,簡(jiǎn)稱CF)或者超細(xì)石墨纖維(Graphite fiber，簡(jiǎn)稱GrF)中的一種或者幾種。

作為一種優(yōu)選方案，所述纖維，直徑為100納米～10微米。

作為一種優(yōu)選方案，所述纖維，直徑為50納米～50微米。

一種高強(qiáng)度超薄復(fù)合鋰箔的制作方法，包括下述步驟：

a.將鋰金屬和纖維置于惰性氣體保護(hù)的反應(yīng)器中加熱，并恒溫?cái)嚢杈鶆颍?/p>

b.冷卻前述攪拌后的復(fù)合鋰金屬；

c.將前述冷卻后的復(fù)合鋰金屬在精密輥壓機(jī)上以冷壓成箔材。

作為一種優(yōu)選方案，前述步驟a中加熱到180.5℃～220℃，恒溫?cái)嚢?.6～1.5小時(shí)。

作為一種優(yōu)選方案，前述步驟c中為密輥壓機(jī)上以間隙為10微米冷壓成箔材。

本發(fā)明的主要步驟為在惰性氣體比如氮?dú)夂蜌鍤鈿夥罩校瑢⒔饘黉嚰訜岬?80.5℃左右使鋰金屬熔化，將纖維類材料按照比例加入并攪拌均勻，然后將混合物冷卻成帶纖維的復(fù)合鋰金屬錠。將復(fù)合金屬鋰錠在精密壓膜機(jī)上冷壓成復(fù)合金屬鋰薄箔。

一種鋰離子二次電池，包含正極、負(fù)極、隔離膜以及電解液，所述的負(fù)極上壓合有一層前述復(fù)合鋰箔用于鋰離子電池補(bǔ)鋰提高容量。其可以將復(fù)合鋰箔按照負(fù)極材料需要的尺寸覆蓋在負(fù)極極片上面并用冷壓的方式實(shí)現(xiàn)復(fù)合鋰箔粘在負(fù)極片上。然后經(jīng)過與正極、隔膜一起卷繞、注液、封裝、化成分容制備成鋰離子電池。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案可知，由于鋰金屬是最輕的金屬之一，它的熔點(diǎn)只有180.5℃，碳纖維類材料的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于鋰的熔點(diǎn)，纖維類材料可作為鋰膜的增強(qiáng)材料，這就使纖維類復(fù)合薄鋰箔具備批量生產(chǎn)的條件。本發(fā)明提供的復(fù)合鋰箔在鋰箔中摻入纖維類材料，一方面起骨架加強(qiáng)箔的強(qiáng)度作用，提高了鋰箔的強(qiáng)度，使薄鋰箔的生產(chǎn)成為了可能，克服了超薄鋰箔加工存在的瓶頸關(guān)鍵技術(shù)；另一方面，摻入的纖維材料可鋰金屬間的粘連，解決鋰箔在加工和使用過程中易粘連的問題，拓寬鋰箔的應(yīng)用范圍，使生產(chǎn)的復(fù)合鋰箔能形成卷材以滿足鋰離子電池大規(guī)模生產(chǎn)的需要。以及，本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，容易操作，重復(fù)性好，成本低廉，且對(duì)環(huán)境無污染，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

為更清楚地闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)手段及其所達(dá)到的具體目的和功能，下面參照具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1