一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，公开了一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池，包括正极、负极、电解液，所述负极包括负极集流体、涂覆于负极集流体表面的多孔聚酰亚胺负极层、涂覆于多孔聚酰亚胺负极层表面的多孔陶瓷层；多孔聚酰亚胺负极层由聚酰亚胺负极浆料固化而成；聚酰亚胺负极浆料包括45‑90重量份聚酰亚胺、10‑30重量份导电剂、0‑25重量份粘结剂、1‑3重量份致孔剂、40‑80重量份有机溶剂。本发明专利技术的锂离子电池不存在首次充电SEI成膜过程中对容量的损耗，也不存在SEI的不断修复及溶剂分子共插入而导致电池容量衰减问题。同时电池不含隔膜，体积小、制作简单，能量密度高，安全性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池。
技术介绍
随着环境污染及能源消耗等问题的日益严重，新能源行业得到全年世界的普遍关注。锂离子电池由于其具有环境友好、能量密度高、循环寿命长、价格适宜等优点而成为近年来的研究热点。其在数码、储能、通信、电动车等领域得到了广泛的应用，尤其在电动汽车领域，以每年50%的增长速率在推广。传统的锂离子电池正极材料一般为钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等电化学氧化还原电位较高的含锂化合物，负极一般使用碳材料，如石墨、硬炭、软炭等。然而，碳材料的克容量较低，使得电池的能量密度几乎达到极限。且循环过程中随着SEI膜的不断破损和修复，以及溶剂分子的共嵌入等原因，造成电池容量衰减较快。新型负极材料如硅类负极、锡负极等虽然具有较高的克容量，但依然无法避免循环衰减问题。同时，现有的锂离子电池中都包含有隔膜，传统的隔膜厚度较厚，占据了大量的体积，间接的影响的了电池的能量密度。并且在电池组装置需要将正负极进行隔离，较为费时。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池。本专利技术使用高分子量的聚酰亚胺作为锂离子电池负极材料，依靠聚酰亚胺分子中的酰基发生电化学氧化-还原反应完成能量转移。使用聚酰亚胺作为负极材料，不存在石墨类材料首次充电SEI成膜过程中对容量的损耗，也不存在SEI的不断修复及溶剂分子共插入而导致电池容量衰减问题。同时本专利技术的锂离子电池不含隔膜，体积小、制作简单，能量密度高，安全性好。本专利技术的具体技术方案为：一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池，包括正极、负极、电解液。所述负极包括负极集流体、涂覆于所述负极集流体表面的多孔聚酰亚胺负极层、涂覆于所述多孔聚酰亚胺负极层表面的多孔陶瓷层；所述多孔聚酰亚胺负极层的孔隙率为5-20%，孔径为5-50微米；多孔聚酰亚胺负极层由聚酰亚胺负极浆料固化而成；所述聚酰亚胺负极浆料包括45-90重量份聚酰亚胺、10-30重量份导电剂、0-25重量份粘结剂、1-3重量份致孔剂、40-80重量份有机溶剂；其中聚酰亚胺、导电剂和粘结剂的总和为100重量份。聚酰亚胺为一种特种工程塑料，其具有耐高温（400℃以上）、耐腐蚀、机械性能好、合成简单的优点，其分子链中含有大量酰基基团，由于酰基具有多重氧化态，在一定条件下，可以同金属离子如锂离子、钠离子发生氧化还原反应，因而聚酰亚胺可以作为锂离子电池的负极材料。本专利技术以传统锂离子电池正极材料为正极，以高分子量聚酰亚胺作为负极材料，依靠聚酰亚胺分子中的酰基发生电化学氧化-还原反应完成能量转移。使用聚酰亚胺作为负极材料，不存在石墨类材料首次充电SEI成膜过程中对容量的损耗，也不存在SEI的不断修复及溶剂分子共插入而导致电池容量衰减问题。在本专利技术中，多孔聚酰亚胺负极层为多孔状，能够依靠孔隙吸收电解液以进一步降低负极锂离子传导阻碍。同时，在聚酰亚胺负极表面均匀涂覆多孔的多孔陶瓷层，多孔陶瓷层替代传统隔膜，一方面多孔陶瓷层具有较高的孔隙率，可以传导锂离子，另一方面多孔陶瓷层起到了高温阻隔作用，在电芯发生内短路时，多孔陶瓷层依然能够阻隔正负极大面积接触，进一步防止电池热失控。此外，多孔陶瓷层具有较低的厚度，同传统的隔膜相比，使用多孔陶瓷层将会极大的降低电芯体积，提高电芯体积能量密度。本专利技术的聚酰亚胺的克容量可达180-240mAh/g。并且，在本专利技术中，多孔聚酰亚胺负极层与多孔陶瓷层相配合，具有额外的有益效果：由于负极多孔聚酰亚胺负极层为高分子材料，与陶瓷浆料中的粘结剂形成较强的结合力，因而多孔陶瓷层能够紧密的粘接在多孔聚酰亚胺负极层上，不会发生将陶瓷浆料涂覆在传统负极上出现的脱落或掉粉等问题。正是由于多孔陶瓷层与多孔聚酰亚胺负极层能够紧密的贴合，使得多孔陶瓷层与负极之间的接触界面更加紧密，有利降低锂离子传导的界面阻抗，提高电池倍率充放电性能。而且多孔聚酰亚胺负极层由于是塑料材质，具有更好的韧性，在电池制作过程中将负极卷曲或弯折时，不易断裂，附着在负极上的多孔陶瓷层也不易脱落。作为优选，所述多孔聚酰亚胺负极层的厚度为50-200微米；所述聚酰亚胺负极浆料包括70-83重量份聚酰亚胺、15-20重量份导电剂、2-10重量份粘结剂、1-3重量份致孔剂、40-80重量份有机溶剂；其中聚酰亚胺、导电剂和粘结剂的总和为100重量份。作为优选，聚酰亚胺的分子量为50000-2000000。作为优选，聚酰亚胺的分子量为300000-1500000。高分量子的聚酰亚胺的效果更佳。作为优选，所述有机溶剂为NMP或DMAC；所述导电剂为导电碳黑、导电纤维、碳纳米管、石墨烯；所述粘结剂为SBR、PVDF。所述致孔剂选自PEG1000、PEG4000或碳酸氢铵。作为优选，所述多孔陶瓷层包括金属氧化物80-97wt%、多孔陶瓷层粘结剂3-20wt%；多孔陶瓷层的厚度为5-30微米。作为优选，所述金属氧化物含量为92-97wt%，所述多孔陶瓷层粘结剂含量为3-8wt%；所述金属氧化物为氧化铝或氧化锆；所述多孔陶瓷层粘结剂为SBR、CMC、PVDF、PTFE或丙烯酸类粘结剂；多孔陶瓷层厚度为5-25微米。作为优选，所述负极集流体为铜箔或涂覆有导电涂层的铜箔。在铜箔上预涂有导电涂层，导电底涂层可以提高聚酰亚胺与铜箔集流体之间的粘结效果，并且进一步克服聚酰亚胺导电性不佳的缺点。作为优选，所述正极的正极材料选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂；正极的导电剂选自导电碳黑、导电纤维、碳纳米管、石墨烯；正极的粘结剂选自PVDF、聚丙烯酸类粘结剂；所述电解液以浓度为1.0-1.2mol/L 的LiPF6为溶质，以EC、PC、EMC、DMC为溶剂。将聚酰亚胺负极与上述的正极、电解液等配合，制得的锂离子电池性能更佳。一种电动车，含有上述的多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：本专利技术使用高分子量的聚酰亚胺作为锂离子电池负极材料，依靠聚酰亚胺分子中的酰基发生电化学氧化-还原反应完成能量转移。使用聚酰亚胺作为负极材料，不存在石墨类材料首次充电SEI成膜过程中对容量的损耗，也不存在SEI的不断修复及溶剂分子共插入而导致电池容量衰减问题。同时本专利技术的锂离子电池不含隔膜，体积小、制作简单，能量密度高，安全性好。附图说明图1为实施例1锂离子电池正负极组装结构示意图。附图标记为：负极集流体1、多孔聚酰亚胺负极层2、多孔陶瓷层3、正极集流体4、正极材料层5。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。实施例1一种聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池，包括正极、负极、电解液。如图1所示，所述负极包括负极集流体1、涂覆于所述负极集流体表面的聚酰亚胺负极层2、涂覆于所述聚酰亚胺负极层表面的陶瓷层3。正极包括正极集流体4、涂覆于正极集流体表面的正极材料层5。。所述多孔聚酰亚胺负极层的孔隙率为12%，孔径为5-50微米。所述负极集流体为涂覆有导电涂层的铜箔。铜箔后10微米，导电涂层单面厚2微米。所述聚酰亚胺负极层由聚酰亚胺负极浆料固化而成；所述聚酰亚胺负极浆料包括83重量份分子量为350000的聚酰亚胺、13重量份导电碳黑、1重量份本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池，包括正极、负极、电解液，其特征在于：所述负极包括负极集流体、涂覆于所述负极集流体表面的多孔聚酰亚胺负极层、涂覆于所述多孔聚酰亚胺负极层表面的多孔陶瓷层；所述多孔聚酰亚胺负极层的孔隙率为5‑20%，孔径为5‑50微米；多孔聚酰亚胺负极层由聚酰亚胺负极浆料固化而成；所述聚酰亚胺负极浆料包括45‑90重量份聚酰亚胺、10‑30重量份导电剂、0‑25重量份粘结剂、1‑3重量份致孔剂、40‑80重量份有机溶剂；其中聚酰亚胺、导电剂和粘结剂的总和为100重量份。

【技术特征摘要】
1.一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池，包括正极、负极、电解液，其特征在于：所述负极包括负极集流体、涂覆于所述负极集流体表面的多孔聚酰亚胺负极层、涂覆于所述多孔聚酰亚胺负极层表面的多孔陶瓷层；所述多孔聚酰亚胺负极层的孔隙率为5-20%，孔径为5-50微米；多孔聚酰亚胺负极层由聚酰亚胺负极浆料固化而成；所述聚酰亚胺负极浆料包括45-90重量份聚酰亚胺、10-30重量份导电剂、0-25重量份粘结剂、1-3重量份致孔剂、40-80重量份有机溶剂；其中聚酰亚胺、导电剂和粘结剂的总和为100重量份。2.如权利要求1所述的一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池，其特征在于，所述多孔聚酰亚胺负极层的厚度为50-200微米；所述聚酰亚胺负极浆料包括70-83重量份聚酰亚胺、15-20重量份导电剂、2-10重量份粘结剂、1-3重量份致孔剂、40-80重量份有机溶剂；其中聚酰亚胺、导电剂和粘结剂的总和为100重量份。3.如权利要求1所述的一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池，其特征在于，聚酰亚胺的分子量为50000-2000000。4.如权利要求3所述的一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池，其特征在于，聚酰亚胺的分子量为300000-1500000。5.如权利要求2所述的一种多孔聚酰亚胺负极高能量密度锂离子电池，其特征在于，所述有机溶剂为NMP或DMAC；所述导...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪涛，任宁，孙延先，常林荣，陈单，常福荣，
申请(专利权)人：浙江超威创元实业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33