一种提高锂离子电池极片均匀散热性能的方法技术

一种提高锂离子电池极片均匀散热性能的方法，涉及一种电池极片均匀散热性能的方法。本发明专利技术是要解决目前锂离子电池采用传统金属集流体的平面导热性能不佳，导致充放电过程中电极出现局部过热致使电池胀气和寿命下降的问题。该方法具体是在锂离子电池中使用柔性石墨纸替代铝箔和铜箔，作为负载电极材料活性物质的集流体。利用超薄柔性石墨纸高的导热性能，使电极片在充放电时热点处的热量迅速均匀的分散开，从而消除热点，到达电芯温度均匀分布的目的，避免电芯局部过热导致电解液分解、电池寿命缩短和损坏。利用柔性石墨纸的电化学惰性以及与过充过放时与锂离子和电解液不发生反应，延长电池的使用寿命，并提高电池的安全性。用于锂离子电池领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池极片均匀散热性能的方法。
技术介绍
随着电子工业的轻薄化及可弯曲化，为了得到具有更高比能量密度、比功率密度的储能元件，人们对于锂离子电池的研宄重点已经不紧局限于电池的正负极材料、电解液及隔膜等方面，集流体作为支撑活性物质的导电网络也引起了广泛关注。作为锂离子电池活性物质的集流体一般需要满足:1、具有一定的机械强度，质轻、薄；2、在电解液中化学和电化学稳定；3、有良好的导电性和导热性。目前，在锂离子电池的有机体系中常用的集流体为铜箔和铝箔。二者的机械加工性能基本满足电池集流体的要求，并且在LiPFj^有机体系中溶解度小，有良好的稳定性。但是在实际的生产运用中却受到很多限制:当电池工作电压较低时铝箔容易与金属锂形成金属间化合物，造成不可逆损失，影响比容量的发挥；工作电压较高时铜箔、铝箔均容易被氧化，表面形成致密的氧化膜，甚至发生氧化腐蚀，影响导电性；机械加工时，容易有毛刺，刺穿隔膜，造成短路。更重要的是电芯在充放电过程中会放热，当电极材料涂覆出现不均匀点时，由于铜和铝集流体平面导热性能不佳，放热会导致局部温度过高，产生热点，造成电芯热失控，从而损坏电池或者降低使用寿命。此外，随着柔韧性大和可弯曲电子产品的问世，传统的集流体因机械灵活性较差已经不能满足需求。因此，对于锂离子电池，发现一种能快速的将局部产生的热量迅速均匀的散发开从而消除热点的方法，对提高电池的安全性和延长电池寿命至关重要。柔性石墨纸是用纯天然鳞片石墨原料经过严格的化学处理和热处理后压制而成的。加工形成的石墨纸比石墨原料还要轻，密度大概为1.0g/cm3-l.8g/cm3，比铝轻25%，比铜轻75 %。有优异的耐热性和耐寒性，从-270度的超低温到3650度(在非氧化体系中)的高温，其物理性质几乎没有什么变化，在空气中也可以耐450度高温。有优异的耐化学、电化学腐蚀性能。导电性好，电阻率低。平面方向导热率可达1200W/mK，并且导热均匀，可在受热点沿XY两个方向均匀导热。加工速度快，能够平滑贴附在任何表面和弯曲的表面，根据需求改变形状、厚度。环境友好，易回收。这使得柔性石墨纸有望成为一种新型的锂离子电池电极材料集流体。
技术实现思路
本专利技术是要解决目前锂离子电池采用传统金属集流体的平面导热性能不佳，导致充放电过程中电极出现局部过热致使电池胀气和寿命下降的问题，提供。本专利技术提高锂离子电池极片均匀散热性能的方法，具体是在锂离子电池中使用超薄柔性石墨纸替代铝箔和铜箔，作为负载电极材料活性物质的集流体。所述柔性石墨纸的厚度为0.01?1.0mm。将活性物质(所述活性物质为Li4Ti5O1^ LiFePO 4)、乙炔黑和聚偏氟乙烯PVDF按质量比8:1:1通过磁力搅拌混合均匀，制成膏体状。将搅拌均匀的膏状体用涂布器涂覆在柔性石墨纸上，涂覆的膏状体厚度为20?500 μ m，真空干燥(真空干燥的温度为80?1200C，干燥时间为12?24h)，干燥后取出在6?8MPa下压制40s，从而得到锂离子电池电极极片。本专利技术克服了传统金属集流体的平面导热性能不佳，从而导致充放电过程中电极出现局部过热(热点)致使电池胀气和寿命下降的问题；同时解决了目前使用的金属集流体易产生毛刺刺穿隔膜，以及过充过放时金属集流体发生电化学反应等问题；此外新集流体的比重被金属集流体小，从而可提高电池的质量比能量。本专利技术的实质是采用柔性石墨纸取代传统Cu和Al箔作为集流体，制备锂离子电池的负极片和正极片，从而制备出不含金属的锂离子电池，利用柔性石墨纸的高导热性，消除电池充放电时产生热点的问题。本专利技术的有益效果:(I)柔性石墨纸质轻，有利于提高储能元件的质量比能量。机械加工性能好，不会生成毛刺而刺穿隔膜。机械灵活性好，可以根据需求做任何形式加工。(2)柔性石墨纸具有高导热率，比铜制、铝制材料效果好，即便是过充过放时也可以使储能器件内部各微小单体电芯温度尽可能达到均衡，改善电芯温度分布，消除热点区域，延长使用寿命。(3)柔性石墨纸在有机电解液体系中化学及电化学性能稳定，工作电压较高时不会发生氧化腐蚀，工作电压较低时也不会与锂形成不可逆的金属间化合物。可以承受的电压范围较大，耐过充过放。(4)柔性石墨纸替代金属集流体后，锂离子电池中不含有金属材料，易于回收电极活性材料，简化电池回收工艺，降低废旧离子电池处理成本。【附图说明】图1为实施例1中分别以石墨纸和Al箔为集流体涂覆正极材料LiFePO4作极片组装锂离子电池的CV测试图；图2为分别以石墨纸和Al箔为集流体涂覆正极材料LiFePO4作极片组装锂离子电池的恒流充放电测试图；图3为分别以石墨纸和Al箔为集流体涂覆正极材料LiFePO4作极片组装锂离子电池的EIS图谱；图4为分别以石墨纸和Al箔为集流体涂覆负极材料Li4Ti5O12作极片组装锂离子电池的CV测试图；图5为分别以石墨纸和Al箔为集流体涂覆负极材料Li4Ti5O1^极片组装锂离子电池的恒流充放电测试；图6为分别以石墨纸和Cu箔为集流体涂覆负极材料石墨作极片组装锂离子电池的恒流充放电测试；图7为以铜箔、铝箔作为正负极集流体制备软包电池的温度分布图；图8为以石墨纸作为集流体制备软包电池的温度分布图。【具体实施方式】本专利技术技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。【具体实施方式】一:本实施方式提高锂离子电池极片均匀散热性能的方法，具体是在锂离子电池中使用柔性石墨纸替代铝箔和铜箔，作为负载电极材料活性物质的集流体。本实施方式利用超薄柔性石墨纸作为锂离子电池正极和负极的集流体，实现对传统铜箔和铝箔等金属集流体的全面取代。利用超薄柔性石墨纸在平面xy方向超高的导热性能，使电极片在充放电时热点处的热量迅速均匀的分散开，从而消除热点，到达电芯温度均匀分布的目的，从而避免电芯局部过热导致电解液分解、电池寿命缩短和电池损坏。同时，利用超薄柔性石墨纸的电化学惰性以及与过充过放时与锂离子和电解液不发生反应，从而延长电池的使用寿命，并提高电池的安全性。此外，超薄柔性石墨纸密度低于铜和铝，因此可以提高电池质量比能量，并利于废旧电池的回收。【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述柔性石墨纸的厚度为0.01?1.0mm。其它与【具体实施方式】一相同。【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述柔性石墨纸的厚度为0.015?0.025mm。其它与【具体实施方式】一相同。【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述柔性石墨纸的厚度为0.025?0.07mm。其它与【具体实施方式】一相同。【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:所述柔性石墨纸为天然石墨制备的柔性石墨纸、人工合成石墨制备的柔性石墨纸、石墨与合成纤维织物复合构成的柔性复合石墨纸、石墨烯与合成纤维织物构成的柔性复合石墨纸，所述合成纤维织物为聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯晴、聚酰胺或聚酯。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。本实施方式所述石墨与合成纤维织物复合构成柔性复合石墨纸的方法为现有的常规方法，石墨烯与合成纤维织物构成柔性复合石墨纸的方法为现有的常规方法。【具体实施方式】六:本实施方式与【具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高锂离子电池极片均匀散热性能的方法，其特征在于该方法具体是在锂离子电池中使用柔性石墨纸替代铝箔和铜箔，作为负载电极材料活性物质的集流体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹殿学，邢涛，
申请(专利权)人：哈尔滨天宝石墨科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23