[發(fā)明專利]一種高分子膜集流體及鋰離子電池

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• 申請日: 2017-10-22
• 公開（公告）號: CN107946597A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞會根;向晉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高分子膜集流體及鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池相比其它二次電池具有高電壓、高能量密度、長循環(huán)壽命和安全性能好等優(yōu)勢，成為應(yīng)用最廣泛的可充電電池，例如作為便攜式電子產(chǎn)品電源、電動汽車等大型移動設(shè)備的動力電池。然而，現(xiàn)有鋰離子電池仍然存在電池能量密度低、體積和重量大及價格高等問題，無法滿足未來對電池的使用需求。因此，亟需開發(fā)新型鋰電池單體或者鋰電池材料，進(jìn)而提高鋰離子電池的綜合性能。

集流體是鋰離子電池的重要組成部分。目前鋰離子電池用的集流體材料通常為厚度在5～30微米的銅箔或者鋁箔。但銅箔和鋁箔由于脆性及韌性低，致使鋰離子電池生產(chǎn)過程中，容易發(fā)生斷裂、破邊等不良現(xiàn)象，同時銅箔和鋁箔在裁切過程中容易產(chǎn)生毛刺，毛刺現(xiàn)象可能導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生短路；由于銅和鋁的密度相對較大，銅箔和鋁箔的集流體一般具有較大的重量，可占整個鋰離子電池單體重量的20%左右，從而使鋰離子電池的能量密度較小；銅和鋁還易被腐蝕，進(jìn)一步影響了鋰離子電池的使用壽命。

現(xiàn)有技術(shù)有將銅/鋁鍍在塑料上或者在鋁箔表面鍍銅作為集流體來提高電池能量密度、讓電池輕量化。但上述技術(shù)方案存在導(dǎo)電性差或者鍍銅/鋁層容易從塑料上脫落或者加工方式復(fù)雜，成本較高，且均對鋰離子電池能量密度的提升效果較小。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠的高分子膜集流體，采用密度較小的高分子膜集流體替代傳統(tǒng)的銅箔或鋁箔集流體，可大幅減小集流體的厚度和重量，進(jìn)而對采用高分子膜集流體的鋰離子電池的體積比能量密度和重量比能量均有大幅提高，實現(xiàn)電池輕量化；同時高分子膜集流體便于加工制作、可靠性高及成本較低，還可有效消除由于毛刺現(xiàn)象導(dǎo)致電池內(nèi)部短路的可能性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下具體的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種高分子膜集流體，其特征在于：包括無孔結(jié)構(gòu)的高分子膜，所述高分子膜內(nèi)摻雜有導(dǎo)電物質(zhì)，所述高分子膜集流體為離子絕緣且電子導(dǎo)通，所述高分子膜集流體上設(shè)置有正極活性物質(zhì)和/或負(fù)極活性物質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述高分子膜通過濕法制膜、干法拉伸制膜、纖維絲編織制膜或無紡布法制膜加工，其材料為單層聚丙烯（PP）、單層聚乙烯（PE）、雙層PP/PE、雙層PP/PP 、三層PP/PE/PP、PET、PI、芳綸和植物纖維中的任一種。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電物質(zhì)為石墨烯、Super P、單壁或者多壁碳納米管、碳纖維、導(dǎo)電高分子材料和導(dǎo)電石墨中的任一種或多種。

進(jìn)一步地，所述無孔結(jié)構(gòu)通過在高分子膜加工時直接形成或通過在有孔式高分子膜的孔中填充物質(zhì)形成。

進(jìn)一步地，所述填充物質(zhì)為非離子導(dǎo)電材料。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電物質(zhì)在所述高分子膜中均勻分布。

進(jìn)一步地，所述高分子膜集流體的厚度為0.5-50μm。

進(jìn)一步地，所述正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰、錳酸鋰、富鋰錳、鎳錳材料、磷酸鐵鋰、磷酸鐵、二氧化錳、鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元材料或含硫材料中的任一種或多種。

進(jìn)一步地，所述負(fù)極活性物質(zhì)為鋰金屬、碳材料、鈦酸鋰、硅材料或錫材料中的任一種或多種。

本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、集流體、隔膜及電解質(zhì)，其特征在于：所述集流體為上述的高分子膜集流體。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠的高分子膜集流體，采用密度較小的高分子膜集流體替代傳統(tǒng)的銅箔或鋁箔集流體，一方面可大幅減小集流體的厚度和重量，進(jìn)而對采用高分子膜集流體的鋰離子電池的體積比能量密度和質(zhì)量比能量密度均有大幅提高，實現(xiàn)電池輕量化；另一方面便于加工制作、可靠性高及成本較低，還可有效消除由于毛刺現(xiàn)象導(dǎo)致電池內(nèi)部短路的可能性，具有性能優(yōu)越、實用性強(qiáng)和成本低廉等突出優(yōu)點。總之，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、實用性強(qiáng)的高分子膜集流體及鋰離子電池，具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明高分子膜集流體的示意圖；

圖2為本發(fā)明應(yīng)用高分子膜集流體的鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，圖中的附圖標(biāo)記說明如下：

1正負(fù)極集流體單元、1-1正極、1-2負(fù)極、1-3高分子膜集流體、2隔膜。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請注意，下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。