[發明專利]一種雙面異質集流體及其制備方法，鋰電池

在審

• 申請號: 201610353579.9
• 申請日: 2016-05-25
• 公開（公告）號: CN107437625A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 凌仕剛;楊琪;李泓
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所11309
• 代理人: 陳霽

技術領域

本發明涉及電化學領域，尤其涉及一種雙面異質集流體及其制備方法，鋰電池。

背景技術

目前商業化的鋰離子電池中普遍采用有機液態電解質，由于有機溶劑具有可燃性、并且在較高的電位下容易被氧化分解，因此存在潛在的安全性，同時限制了高電壓正極材料的應用。因此，開發高性能的固態電解質材料對于解決電池的安全性和提高電池的能量密度具有重要的意義。

由于目前的鋰電池集流體通常只有單一功能，如負極集流體使用含銅或銅合金材料，正極集流體使用鋁或鋁合金，這兩類材料不能兼顧正負極集流體需要的特性，因此無法從結構上設計單體電池內部串連結構。另外，現有技術中，鋰電池采用液態電解質，也導致電池內部無法采用串聯方式，因為液態電解質的流動性，會出現自放電、電壓反極和內短路等情況。

因此，現有技術中，為了獲得穩定的高輸出電壓，通常將單體電池設計為外部串聯形成電池組的方式。這對于需要高空間利用率的設備來說是非常不利的。

發明內容

針對上述問題，第一方面，本發明實施例提供了一種集流體，所述集流體具有負極集流體面和正極集流體面，所述負極集流體面由負極集流體材料制備，所述正極集流體面由正極集流體材料制備。

優選地，在所述負極集流體面和/或所述正極集流體面具有導電涂層， 所述導電涂層材料為導電子的碳顆粒、天然石墨、人造石墨、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯中的一種材料或多種材料復合物。

優選地，所述導電涂層包含粘結劑，所述粘接劑為聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、聚丙烯酸甲酯、聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺、聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、丁苯橡膠、聚丙烯腈、環糊精和果膠中的一種或多種。

優選地，所述導電涂層的厚度為50nm-5μm。

優選地，所述負極集流體材料為銅、銅質量百分比大于等于80％的銅合金、不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金、鐵和鐵合金中的一種或多種。

優選地，所述負極集流體面和所述正極集流體面的厚度為0.5μm-50μm。

優選地，所述正極集流體材料為鋁、鈦、不銹鋼、鋁合金和鈦合金中的一種或多種。

優選地，所述集流體為膜狀或箔狀結構。

第二方面，本發明實施例提供了一種集流體的制備方法，包括以下步驟：

通過輥壓或碾壓將負極集流體材料和正極集流體材料復合，制備得到具有負極集流體面和正極集流體面的集流體。

優選地，該制備方法還包括以下步驟：在所述負極集流體面和/或所述正極集流體面上涂覆導電涂層。

第三方面，本發明實施例提供了另一種集流體的制備方法，包括以下步驟：通過熱蒸發、電子束蒸發、磁控濺射、脈沖激光沉積、等離子增強氣相沉積、化學氣相沉積、化學鍍、電化學鍍中的一種或多種方式，在負極集流體材料上沉積一層正極集流體材料，制備得到具有負極集流體面和正極集流體面的集流體；或者，通過熱蒸發、電子束蒸發、磁控濺射、脈沖激光沉積、等離子增強氣相沉積、化學氣相沉積、化學鍍、電化學鍍中的一種或多種方式，在膜狀或箔狀正極集流體材料上沉積一層負極集流體材料，制備得到具有負極集流體面和正極集流體面的集流體。

優選地，該制備方法還包括以下步驟：在所述負極集流體面和/或所述正極集流體面上涂覆導電涂層。

第四方面，本發明實施例提供了一種電極極片，所述電極極片包括負極材料、正極材料，以及第一方面提供的集流體。

第五方面，本發明實施例提供了一種鋰電池，包括電解質、一個或多個第四方面提供的電極極片；所述電解質包括液體電解質、凝膠類聚合物電解質或固體電解質；其中，所述液體電解質包含在隔膜中。

第六方面，本發明實施例提供了一種鋰電池的制備方法，所述方法包括：將多個第四方面的電極極片同方向排列；在所述電極極片之間，插入電解質；所述電解質為液體電解質、凝膠類聚合物電解質或固體電解質。

本發明實施例提供的雙面異質集流體兼顧正負極集流體所需要的特性，能夠實現在單體電池內部設計串聯式結構，從而提高了單體電池的輸出電壓；并且，采用固體電解質或隔膜包覆的液體電解質，在電池內部進行串聯設計時，避免了電壓反極、自放電和內短路等情況。另外，本發明實施例提供的雙面異質集流體具有涂覆層，該涂覆層改善了集流體的導電特性和對電極層的粘附力，防止電極層與集流體脫落，減小了電池內阻。

附圖說明

圖1為本發明對比例提供的單體電池結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的單體電池內部串聯的結構示意圖；