[發明專利]一種具有多通道柔性集流體結構降內阻的柔性鋰離子電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202010724907.8
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111834637B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 吳子平;賈世奎;張明;穆可文;胡英燕;尹艷紅;劉先斌;黎業生
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/70;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 南昌佳誠專利事務所 36117
• 代理人: 閔蓉

1.一種具有多通道柔性集流體結構降內阻的柔性鋰離子電池，其特征在于：該電池采用如下步驟的方法制得：

步驟一，柔性集流體的多通道結構設計與制備：以碳納米管宏觀膜為正、負極柔性集流體，以集流體長邊為基準剪裁出n個等間距通道，n＞1，每個通道寬度占集流體長邊邊長的5%-20%，長度為1.5 cm，最終獲得具有n個通道的集流體；

步驟二，柔性集流體通道與電池端子焊接：將電池外接金屬端子密封膠以下金屬部分放置鋁箔上，采用超聲波焊接機在0.2-30 MPa壓力下將二者緊密焊接；將焊有鋁箔的金屬端子放置在集流體預留的通道下方，并用金屬端子已連接的鋁箔對折覆蓋到集流體的通道上，并將其放置卯接機下模平臺的上方，卯接機的上模卯接針以20-200 MPa的壓力刺穿外接金屬端子與集流體預留通道，穿孔個數為4-8個，并運用整形平臺以10-150 MPa的壓力將穿孔平整卯接處理；然后在超聲波焊接機上以5-40 MPa的壓力將未穿孔部分進行焊接，最終實現集流體通道與金屬端子緊密牢固平整連接；

步驟三，電極的制備及其組裝：采用步驟二中具有多通道的碳納米管宏觀膜為正負電極的集流體，正極電極里的活性物質為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳錳酸鋰或錳酸鋰的一種或幾種，負極電極里的活性物質為鈦酸鋰、石墨、硅或硅碳中的一種或幾種，正負極活性物質載量為5 -25 mg cm^-2；在涂布過程中，漿料涂覆方向按照碳納米管宏觀體收集方向，待制備好雙面載料的正負電極片后，采用正極片、隔膜、負極片、隔膜、正極片、隔膜、負極片的疊片方式組裝全電池，組裝全電池的正負極片為1-10片；以20 μm鋁塑膜為電池包裝材料，按照電芯尺寸裁剪鋁塑膜，將電芯放入鋁塑膜中，用側封機將鋁塑膜封裝，并留一邊不封裝，為注入電解液備用；

步驟四，電芯中注入電解液：在濕度低于8%的除濕房里或在氬氣氣氛下水、氧分別小于0.01 ppm的手套箱中，向未完全封閉電芯的外包裝內注入電解液，注液量可按如下方法求得：注液重量，g=電池容量，以mA h為單位/ N，N根據實際情況在100~200中選取；注液后將電池置于真空干燥箱 中，真空干燥箱中的真空度低于-100 KPa，真空條件下放置20-40mins，然后將未封口一側用封邊機封口，全電池制作完成。

2.一種具有多通道柔性集流體結構降內阻的柔性鋰離子電池的制備方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一，柔性集流體的多通道結構設計與制備：以碳納米管宏觀膜為正、負極柔性集流體，以集流體長邊為基準剪裁出n個等間距通道，n＞1，每個通道寬度占集流體長邊邊長的5%-20%，長度為1.5 cm，最終獲得具有n個通道的集流體；

步驟二，柔性集流體通道與電池端子焊接：將電池外接金屬端子密封膠以下金屬部分放置鋁箔上，采用超聲波焊接機在0.2-30 MPa壓力下將二者緊密焊接；將焊有鋁箔的金屬端子放置在集流體預留的通道下方，并用金屬端子已連接的鋁箔對折覆蓋到集流體的通道上，并將其放置卯接機下模平臺的上方，卯接機的上模卯接針以20-200 MPa的壓力刺穿外接金屬端子與集流體預留通道，穿孔個數為4-8個，并運用整形平臺以10-150 MPa的壓力將穿孔平整卯接處理；然后在超聲波焊接機上以5-40 MPa的壓力將未穿孔部分進行焊接，最終實現集流體通道與金屬端子緊密牢固平整連接；

步驟三，電極的制備及其組裝：采用步驟二中具有多通道的碳納米管宏觀膜為正負電極的集流體，正極電極里的活性物質為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳錳酸鋰或錳酸鋰的一種或幾種，負極電極里的活性物質為鈦酸鋰、石墨、硅或硅碳中的一種或幾種，正負極活性物質載量為5 -25 mg cm^-2；在涂布過程中，漿料涂覆方向按照碳納米管宏觀體收集方向，待制備好雙面載料的正負電極片后，采用正極片、隔膜、負極片、隔膜、正極片、隔膜、負極片的疊片方式組裝全電池，組裝全電池的正負極片為1-10片；以20 μm鋁塑膜為電池包裝材料，按照電芯尺寸裁剪鋁塑膜，將電芯放入鋁塑膜中，用側封機將鋁塑膜封裝，并留一邊不封裝，為注入電解液備用；

步驟四，電芯中注入電解液：在濕度低于8%的除濕房里或在氬氣氣氛下水、氧分別小于0.01 ppm的手套箱中，向未完全封閉電芯的外包裝內注入電解液，注液量可按如下方法求得：注液重量，g=電池容量，以mA h為單位/ N，N根據實際情況在100~200中選取；注液后將電池置于真空干燥箱 中，真空干燥箱中的真空度低于-100 KPa，真空條件下放置20-40mins，然后將未封口一側用封邊機封口，全電池制作完成。