锂离子电池集流体及锂离子电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锂离子电池材料技术领域，涉及到一种具有高稳定性和高安全性的锂 离子电池集流体及锂离子电池。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展，人类即面临着煤、石油等不可再生能源的日益枯竭，也面临着严 重的环境污染问题，锂离子电池作为一种高性能电化学储能装置，在便携式移动设备得到 了广发应用，尤其是近年来，随着电动汽车工业的发展，对锂离子电池的高安全性要求越来 越重视。
[0003] 近年来，电动汽车、飞机等交通工具所携带锂离子电池爆炸、起火等事故频发，电 池安全性成为人们关注的焦点。尽管现有技术已经提出各种改善方案，但大都收效甚微。
[0004] 锂离子电池包括正极、负极、隔膜和电解液，其中正极片一般是由铝箔集流体和正 极活性物质构成，而负极片一般是由铜箔集流体和负极活性物质构成。常规的锂离子电池 电解液中电解质材料一般为六氟磷酸锂，但该电解质在温度高于55°C易分解和易分解，因 此锂离子电池耐高温性能差、循环和使用寿命较短的原因所在，并已成为发展电动汽车用 大容量、高功率锂离子动力电池的关键技术瓶颈之一。
[0005] 近年来，人们陆续合成了包括三氟甲基磺酸亚胺基锂、双草酸硼酸锂、草酸双氟硼 酸锂等在内的多种耐高温性能良好的锂离子电池电解质盐，其优异化学和电化学稳定性满 足了电动汽车对锂离子动力电池的技术要求。但是电池在这些电解质盐中长期工作过程 中，在高电压下（> 4V)难免会腐蚀铜铝箔集流体，造成极片失效，对电池构成安全威胁，尤 其是严重腐蚀正极铝箔集流体，导致电池无法正常工作。
[0006] 因此，完全有必要提供一种具有良好稳定性和安全性的锂离子电池集流体及电 池，以解决现有技术的不足。
【发明内容】
[0007] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是： 一种锂离子电池集流体，包括聚酰亚胺石墨膜。所述的集流体由聚酰亚胺膜经 1000-600 °C炭化后，再于2600-3000 °C石墨化得到的石墨膜压制而成。
[0008] 所述的锂离子电池集流体，聚酰亚胺石墨膜石墨层间距小于0. 3360纳米，石墨化 度大于93%，碳原子含量大于96%，压制后的厚度5-50微米。
[0009] -种锂离子电池，该电池包括密封在包装膜内的正极、负极、隔膜和电解质，所述 的正极包括正极集流体和涂覆在集流体上的正极活性物质，所述的负极包括负极集流体和 涂覆在集流体上的负极活性物质，所述的正极集流体和负极集流体均为聚酰亚胺石墨膜。
[0010] 所述的一种锂离子电池，正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸亚铁锂、镍 钴锰酸锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂中的一种或多种，所述的负极活性物质为改性天然石墨、人 造石墨，石墨化中间相炭微球、硬炭、软炭、钛酸锂、硅及其硅复合材料中的一种或多种；所 述的电解液包括锂盐、溶剂和添加剂，其中锂盐为二(三氟甲基磺酸）亚胺锂、双草酸硼酸 锂、草酸双氟硼酸锂中的一种或多种，溶剂选择碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸 二甲酯、二酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丁内酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙 酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的一种或多种；添加剂选择成膜添加剂、防过充添加剂、阻燃 添加剂、电解质稳定剂、提高电导率添加剂、抗氧化添加剂中的一种或多种；隔膜材料为聚 丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合膜、陶瓷隔膜、生物质纤维素复合隔膜。
[0011] 本发明具有的优点和积极效果是：采用所述的集流体用于锂离子电池时，可以有 效避免电池中的腐蚀性电解质或其副产物对集流体造成的破坏，提高电池使用稳定性和安 全性。
【附图说明】
[0012] 图1聚酰亚胺石墨膜的高倍率透射电子显微镜图。
[0013] 图2以石墨膜为正极集流体、锰酸锂为正极活性物质、锂片为负极、1M二(三氟甲 基磺酸）亚胺锂/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶剂体积比=1:1)为电解液、聚丙烯/聚乙烯 /聚丙烯三层复合膜为隔膜构成的扣式锂离子电池的充放电循环性能图。
[0014] 图3以石墨膜为负极集流体、石墨化中间相炭微球为负极活性物质、锂片为负极、 二(三氟甲基磺酸)亚胺锂/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶剂体积比=1:1)为电解液、聚丙烯 /聚乙烯/聚丙烯三层复合膜为隔膜构成的扣式锂离子电池的充放电循环性能图。
[0015] 图4以锰酸锂为正极活性材料、中间相炭微球为负极活性材料，二(三氟甲基磺 酸）亚胺锂/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶剂体积比=1:1)为电解液、聚丙烯/聚乙烯/聚 丙烯三层复合膜为隔膜构成的软包装锂离子电池的充放电循环性能图。
[0016] 图5以铝箔为正极集流体、锰酸锂为正极活性物质、锂片为负极、二(三氟甲基磺 酸）亚胺锂/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯(溶剂体积比=1:1)为电解液、聚丙烯/聚乙烯/聚 丙烯三层复合膜为隔膜构成的扣式锂离子电池的充放电循环性能图。
【具体实施方式】
[0017] 下面通过实施例，对本发明作进一步的说明。 实施例
[0018] 将市售聚酰亚胺膜在氩气气氛下1400°C炭化6小时，取出后在石墨化炉中2800°C 石墨化处理得到聚酰亚胺石墨膜，如图1所示的高倍率透射电子显微镜图，该膜沿C轴方向 高度取向，层间距为0. 3355nm，石墨化度为98. 89%，经X射线光电子能谱测试，该膜的表面 碳原子含量为98. 35%，压实后，测定厚度为20微米，待用。
[0019] 石墨化度计算公式如下：
【主权项】
1. 一种裡离子电池集流体，包括聚醜亚胺石墨膜，其特征在于；所述的集流体由聚醜 亚胺膜经1000-600°C炭化后，再于2600-3000°C石墨化得到的石墨膜压制而成。
2. 根据权利要求1所述的裡离子电池集流体，其特征在于：所述的聚醜亚胺石墨膜石 墨层间距小于0. 3360纳米，石墨化度大于93%，碳含量大于96%，压制后的厚度5-50微米。
3. -种裡离子电池，该电池包括密封在包装膜内的正极、负极、隔膜和电解质，所述的 正极包括正极集流体和涂覆在集流体上的正极活性物质，所述的负极包括负极集流体和涂 覆在集流体上的负极活性物质，所述的正极集流体和负极集流体均为聚醜亚胺石墨膜。
4. 根据权利要求3所述的一种裡离子电池，其特征在于；所述的正极活性物质为钻酸 裡、猛酸裡、媒酸裡、磯酸亚铁裡、媒钻猛酸裡、磯酸猛裡、磯酸饥裡中的一种或多种，所述的 负极活性物质为改性天然石墨、人造石墨，石墨化中间相炭微球、硬炭、软炭、铁酸裡、娃及 其娃复合材料中的一种或多种；所述的电解液包括裡盐、溶剂和添加剂，其中裡盐为双H 氣甲基賴酸亚胺基裡、双草酸测酸裡、草酸双氣测酸裡中的一种或多种，溶剂选择碳酸己帰 醋、碳酸丙帰醋、碳酸下帰醋、碳酸二甲醋、二酸二己醋、碳酸甲己醋、碳酸甲丙醋、下内醋、 己酸己醋、己酸丙醋、己酸下醋、丙酸甲醋、丙酸己醋、丙酸丙醋中的一种或多种；添加剂选 择成膜添加剂、防过充添加剂、阻燃添加剂、电解质稳定剂、提高电导率添加剂、抗氧化添加 剂中的一种或多种；隔膜材料为聚丙帰、聚己帰、聚丙帰/聚己帰/聚丙帰H层复合膜、陶瓷 隔膜、生物质纤维素复合隔膜。
【专利摘要】本发明涉及锂离子电池材料技术领域，公开了一种锂离子电池集流体，包括聚酰亚胺石墨膜，由聚酰亚胺膜经1000-1600?C炭化后，再于2600-3000?C石墨化得到的石墨膜压制而成，所述的石墨膜石墨层间距小于0.3360纳米，石墨化度大于93%，碳原子含量大于96%，压制后的厚度5-50微米。本发明还还公开了一种锂离子电池，该电池包括密封在包装膜内的正极、负极、隔膜和电解质，所述的正极包括正极集流体和涂覆在集流体上的正极活性物质，所述的负极包括负极集流体和涂覆在集流体上的负极活性物质，所述的正极集流体和负极集流体均为聚酰亚胺石墨膜。与现有技术相比，可以有效避免电池中的腐蚀性电解质或其副产物对集流体造成的破坏，提高电池使用稳定性和安全性。
【IPC分类】H01M4-13, H01M10-0525, H01M4-66
【公开号】CN104681820
【申请号】CN201310636218
【发明人】崔光磊, 韩鹏献, 张波, 黄长水
【申请人】中国科学院青岛生物能源与过程研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年12月3日