一种柔性锂离子电池集流体、柔性锂离子电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地，涉及一种柔性锂离子电池集流体、柔性锂离子电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是一种能量密度高、可靠性高、加工性能好和环保性能优良的二次电池，已被广泛应用于各类便携式电子设备中。现有的锂离子电池包括相互叠加卷绕的正极片、隔膜、负极片和电解液，隔膜间隔于相邻的正、负极片之间以将正负极片绝缘，同时用于保持电解液。正极片包括一正极集流体及形成于该正极集流体表面的正极材料层。负极片包括一负极集流体及形成于该负极集流体表面的负极材料层。锂离子电池的正负极片一般根据电池尺寸采用卷绕或者堆叠方式，正负极片上的材料层连续分布在集流体上。其中，锂离子电池中的集流体是用于汇集电流的结构。集流体的功用主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此，集流体应与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。现有的锂离子电池中，集流体通常采用金属薄片，如铜箔、铝箔。然而，这些金属薄片一般不能弯折和挤压，不具有柔性。因此，使得锂离子电池具有相当的硬度，不能接受由于外力而导致的变形。如果锂离子电池有变形，将会破坏正负极片与隔膜间的界面，导致电池性能恶化，影响终端用户的正常使用。同时，现有锂离子电池通常含有电解液，月自放电率较高(6-8%)，且容易造成漏液，安全性有待进一步提高。
[0003]随着便携式电子设备的快速发展，对于锂离子电池的要求也越来越高。特别是近年来出现的新概念柔性电子书或柔性手机，可穿戴式设备以及一些便携式的医疗电子设备急需有对应的柔性锂离子电池与之配合，以设计出客户满意的柔性电子产品。因此，研发一种可以弯折、挤压，自放电率小，安全性高的柔性锂离子电池，具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有技术中的上述问题，提供一种柔性锂离子电池集流体、柔性锂离子电池以及柔性锂离子电池的制备方法，该柔性锂离子电池可以弯折、挤压，能够进行自由化设计，不受电池特性的限制，且自放电率小，安全性高。
[0005]本发明的发明人在研究中意外发现，将碳纳米管和柔性电解质(尤其是经过改性的柔性电解质)按一定比例混合后，能够形成导电性能好又具有柔性的柔性锂离子电池集流体，包含该集流体的锂离子电池也具有柔性，且自放电率小、安全性高。
[0006]因此，为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种柔性锂离子电池集流体，该柔性锂离子电池集流体包括柔性电解质和碳纳米管，所述柔性电解质和所述碳纳米管的重量比为1:10-10:1。
[0007]第二方面，本发明提供了一种柔性锂离子电池，该柔性锂离子电池包括正极胶体、负极胶体、隔膜和外壳，所述正极胶体包括正极材料和柔性锂离子电池集流体，所述负极胶体包括负极材料和柔性锂离子电池集流体，所述隔膜设置在相邻的正极胶体和负极胶体之间，所述正极胶体、所述负极胶体和所述隔膜叠成柔性电芯模块，所述柔性电芯模块设置在所述外壳中。
[0008]第三方面，本发明还提供了柔性锂离子电池的制备方法，该方法包括以下步骤:
[0009]( I)制备正极胶体:将柔性电解质、碳纳米管和正极材料混合，得到混料，然后将混料共挤出制成正极胶体，其中，柔性电解质和碳纳米管的重量比为1:10-10:1 ；
[0010](2)制备负极胶体:将柔性电解质、碳纳米管和负极材料混合，得到混料，然后将混料共挤出制成负极胶体，其中，柔性电解质和碳纳米管的重量比为1:10-10:1 ;
[0011](3)裁切正极胶体和负极胶体，通过叠片压合的方式将正极胶体、隔膜和负极胶体叠成柔性电芯模块，使得隔膜设置在相邻的正极胶体和负极胶体之间，并在正极胶体和负极胶体上分别压入正极端子和负极端子；
[0012](4)将外壳包覆在柔性电芯模块表面通过共挤出成型或通过模具注塑成型。
[0013]本发明的柔性锂离子电池集流体，由于碳纳米管能够提高柔性电解质的导电性，且柔性电解质本身具有柔性，因此形成的锂离子电池集流体既具有较好的导电性能，又可以弯折、挤压，具有柔性。本发明的柔性锂离子电池克服了现有传统的锂离子电池不能弯折、挤压的缺点，具有柔性，能够配合穿戴式设备、便携式设备的各种ID造型，使产品的设计更加自由化，不会受到电池特性的限制。同时，由于柔性电解质为固体电解质聚合物，使得该柔性锂离子电池的自放电率小，月自放电率小于1%，且使得该柔性锂离子电池不再需要电解液，通过固体电解质聚合物即可进行导电，克服了电解液漏液的缺陷，安全性得到提闻。
[0014]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的一种实施方式中的柔性锂离子电池的截面示意图。
[0016]图2是本发明的另一种实施方式中的柔性锂离子电池的截面示意图。
[0017]附图标记说明
[0018]I正极胶体；2负极胶体；3隔膜；4正极端子；5负极端子；6外壳。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0020]第一方面，本发明提供了一种柔性锂离子电池集流体，该柔性锂离子电池集流体包括柔性电解质和碳纳米管，柔性电解质和碳纳米管的重量比为1:10-10:1。
[0021]本领域技术人员应该理解的是，柔性电解质是指具有电子传输功能的柔性的胶体物质，其导电性来源于晶格中离子的迁移，胶体物质可受挤压或弯折。因此，柔性电解质可以为具有导电功能的固体高分子电解质聚合物。本发明中的柔性电解质优选为聚乙炔聚合物和/或聚苯胺聚合物，更优选为改性的聚乙炔聚合物和/或改性的聚苯胺聚合物。聚乙炔聚合物和/或聚苯胺聚合物经过改性处理后，可以提高电导率，进而提高导电性能。
[0022]本发明中，柔性电解质与碳纳米管混合时的重量比，对于柔性锂离子电池集流体的导电性和柔性有重要影响，若柔性电解质含量较高，柔性锂离子电池集流体的柔性则相对较高；若碳纳米管含量较高，柔性锂离子电池集流体的导电性则相对较高。因此为了使柔性锂离子电池集流体同时具有较高的柔性和导电性能，柔性电解质和碳纳米管的重量比为1:10-10:1。本领域技术人员可以根据产品的具体需求，在前述比例范围内进行适当调整以获得高柔性/高导电性的柔性锂离子电池集流体。
[0023]其中，改性的聚乙炔聚合物和/或改性的聚苯胺聚合物可以商购获得，也可以通过本领域常规的方法制备。例如聚乙炔聚合物改性的方法可以为:将聚乙炔通过化学掺杂实现，以聚乙炔与碘的摩尔比为1:1.5的比例在聚乙炔中加入碘，混合，在反应釜中加热到150°C发生反应，生成P型掺杂的聚合物。聚苯胺聚合物改性的方法可以为:通过化学氧化合成，聚苯胺通过过硫酸铵在盐酸水溶液中氧化苯胺单体来制备，反应后得到的沉淀为盐酸掺杂的导电聚苯胺(PAN2HC1)粉末，然后经过酸液泡制，烘干后成型。
[0024]第二方面，如图1和图2所示，本发明提供了一种柔性锂离子电池，该柔性锂离子电池包括正极胶体1、负极胶体2、隔膜3和外壳6，正极胶体I包括正极材料和柔性锂离子电池集流体，负极胶体2包括负极材料和柔性锂离子电池集流体，隔膜3设置在相邻的正极胶体I和负极胶体2之间，正极胶体1、负极胶体2和隔膜3叠成柔性电芯模块，柔性电芯模块设置在外壳6中。
[0025]本发明的柔性锂离子电池中，柔性锂离子电池集流体如前所述，在此不再赘述。
[0026]本发明的正极胶体I中，正极材料和柔性锂离子电池集流体的重量比,对于柔性锂离子电池的比能量和柔性有重要影响，若正极材料含量较高，柔性锂离子电池的比能量则相对较高；若柔性锂离子电池集流体的含量较高，柔性锂离子电池的柔性则相对较高。因此为了使柔性锂离子同时具有较高的比能量和柔性，柔性锂离子电池集流体与正极材料的重量比优选为0.05:0.95-0.3:0.7。本领域技术人员可以根据产品的具体需求，在前述比例范围内进行适当调整以获得高比能量/高柔性的柔性锂离子电池。
[0027]本发明中，对于正极材料的种类没有特别要求，可以为本领域常用的各种正极材料，优选情况下，正极材料为钴酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂中的一种或多种。
[0028]本发明的负极胶体2中，负极材料和柔性锂离子电池集流体的重量比，对于柔性锂离子电池的比能量和柔性有重要影响，若负极材料含量较高，柔性锂离子电池的比能量则相对较高；若柔性锂离子电池集流体的含量较高，柔性锂离子电池的柔性则相对较高。因此为了使柔性锂离子同时具有较高的比能量和柔性，柔性锂离子电池集流体与负极材料的重量比优选为0.02:0.98-0.3:0.7。本领域技术人员可以根据产品的具体需求，在前述比例范围内进行适当调整以获得高