[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

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,該電池以碳納米管宏觀管連續體組裝的膜為正負極集流體，在集流體上均勻設計出多個通道，多通道的存在可增加電池內部電荷通道，可有效分散輸入電流，從而減少每個通道處的電流消耗和通道處的熱消耗，從而有效降低電池的內阻。因而所得電池可為可穿戴電子設備提供低內阻、大輸出電流和倍率性能好的儲能設備；所述電池主體包括依次疊放的正極電極片、隔膜和負極電極片。本發明還提供了制備上述電池的方法。本發明能有效的解決現有柔性鋰離子電池內阻大，內耗嚴重輸出且電流過小的問題，該制作過程充分與目前主流鋰離子電池的產業化接軌，便于在現有生產條件下大量生產，具有很強的實用性。

技術領域

本發明涉及一種柔性電池制造領域,具體屬于一種通過優化設計柔性集流體結構、降低電池內阻、提高輸出電流的柔性鋰離子二次電池及其制作方法。

背景技術

隨著柔性觸摸屏、可折疊智能手機、可穿戴傳感器等可穿戴設備的需求不斷增長，柔性鋰離子電池的需求已成為這些電子設備發展瓶頸之一。傳統鋰離子電池的電極，由于活性材料一般都涂覆在金屬箔材（銅箔、鋁箔）上，在反復彎曲的情況下容易產生裂紋，與集流體脫離，多次折疊后集流體很難保持原有的形狀，致使金屬集流體電池不具備一定的柔性。因此，基于碳納米管、石墨烯、碳布、柔性聚合物復合結構的柔性集流體已被開發應用于柔性鋰離子電池。近年來，碳納米管、石墨烯等作為柔性鋰離子電池的集流體，具有表面積大、柔性優良、體積變化空間大等優點。然而，這些非金屬集流體相對于金屬箔材集流體而言都存在導電率較低（小于兩個數量級），致使現有柔性電池內阻較大問題突出。柔性鋰離子電池內阻大將導致其輸出電流降低，內耗增加，嚴重影響其倍率性能。在柔性集流體研究方面，很少涉及到通過柔性集流體結構設計來降低電池內阻。在金屬集流體結構研究方面大多采用模擬計算方法研究在不同集流體結構的發熱情況以及對電池的影響。如A. Samba等在《Electrochimica Acta》（電化學學報）2014年第147卷319-329頁的《Impact of tablocation on large format lithium-ion pouch cell basedon fully coupled three-dimensional electrochemical thermal modeling》一文中，提出四種不同的集流體結構，通過模型構建，模擬出不同集流結構電池電勢的分布情況和溫度的分布情況。這種方法只研究了不同集流體結構下發熱和電勢分布情況，未能解決電池內阻問題。常規降低柔性電池的內阻，一般從降低柔性集流體的面電阻入手，但其面電阻經過改善后還遠大于金屬箔材的面電阻。如K. Wang等在《Journal of Power Sources》（電源雜志）2017第351卷160-168頁的《Super-aligned carbon nanotube films with a thin metal coating ashighly conductive and ultralight current collectors for lithium-ionbatteries》一文中，提出通過電子束蒸發法將銅或鋁復合到碳納米管陣列膜上，制備交叉疊層SACNT的集流體，其面電阻從處理前的大于100 Ω sq^-1降至約0.3 Ω sq^-1，但組裝為電池后，其歐姆內阻沒有太大降低。截至目前，還沒有一種理想的辦法解決上述一系列復雜問題，因而可穿戴電子產品面臨著巨大的挑戰。加之目前用于柔性電池的集流體導電性不好，制作出的柔性電池雖有柔性，但電池內阻較大，不具備優良的大倍率性能，輸出電流小且使用壽命低，難以適應可穿戴電子產品較大用電設備和快速充電的迫切需求。綜上所述，確有必要提供一種低成本、柔性好、電池內阻小，輸出電流足夠大、大倍率性能好且適應可穿戴電子產品的柔性鋰離子二次電池。

發明內容

本發明目的在于針對上面所述缺陷，提供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，該電池具有柔性好、內阻低、能量密度高、生產效率高等特點，由于電池內部集流體多通道的結構設計,增加了電池內電荷傳輸途徑，從而降低電池內阻，因而在復雜柔性需求條件仍可大幅提高電池輸出電流和倍率性能，使電池在復雜柔性需求條件仍能正常工作。