一种柔性高电压锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术首先提供了一种柔性高电压锂离子电池，包括正极、负极、隔膜电解质，其特征在于，正极采用的集流体为柔性石墨膜或激光打孔柔性石墨膜，正极采用的活性物质为高电压镍锰酸锂材料；负极采用激光打孔柔性石墨膜兼顾集流体和脱嵌锂主体作用，柔性石墨膜和激光打孔柔性石墨膜的厚度都为0.01微米~1000微米，激光打孔石墨膜的孔直径为1微米~300微米、孔中心之间的距离为2微米~1000微米。本发明专利技术还提供了该柔性高电压锂离子电池的制备方法。该柔性高电压锂离子电池采用可卷对卷制备的柔性石墨膜和激光打孔柔性石墨膜取代金属集流体，同时负极不需要任何粘结剂、导电剂和涂布工艺，电池重量和体积减小，能量密度提高。

A Flexible High Voltage Lithium Ion Battery and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种柔性高电压锂离子电池及其制备方法
本专利技术属于柔性储能电池
，具体涉及一种柔性高电压锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
当今社会对具有柔性（可弯曲/可穿戴/可卷绕/可弯折）特点的电子产品关注度很高，但当前被商业化和广泛使用的锂离子电池在变形适应性（Shape-conformability）和机械性能（Mechanical-properties）方面难以满足柔性电子产品应用要求。因此，发展高性能柔性锂离子电池成为近几年的热点。发展柔性锂离子电池的挑战主要有两点：第一是具有优异机械性能且可弯曲的非金属集流体的选择和设计；第二是高容量高电导率柔性电极材料的设计和制备。其中，目前实验室中采用的新型柔性非金属集流体多采用碳纳米管、碳纤维、3D碳泡沫、石墨烯等碳材料，不易于大规模卷对卷制造成柔性集流体膜，阻碍了柔性锂离子电池的产业化发展。作为一种被广泛使用的导热散热材料（膜），柔性石墨膜因具有高度的晶格取向（平行于表面），优异的电子电导率、机械强度、耐电化学腐蚀性能、易于规模化卷对卷制造（直接超高温热解聚酰亚胺聚合物膜）等优点而适合作为非金属集流体。高电压尖晶石镍锰酸锂正极材料因其具有工作电压平台高（约4.7V相对于Li/Li+），理论容量高（148mAh/g）,Li+扩散传输快和低成本等优点，而被看做是下一代高能量密度/功率密度锂离子电池中最有竞争力的正极材料并备受关注。但从公开的文献报道和公开的专利来看，目前基于高电压尖晶石镍锰酸锂正极材料的柔性高电压锂离子电池（全电池体系，负极不采用金属锂）的研究几乎没有。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性高电压锂离子电池及其制备方法。本专利技术提供的柔性高电压锂离子电池，包括正极、负极、隔膜电解质，所述正极采用的集流体为柔性石墨膜或激光打孔柔性石墨膜，正极采用的活性物质为高电压镍锰酸锂材料；负极采用激光打孔柔性石墨膜兼顾集流体和脱嵌锂主体作用。本专利技术中，所述的柔性石墨膜和激光打孔柔性石墨膜的厚度都为0.01微米~1000微米。本专利技术中，所述的激光打孔石墨膜的孔直径为1微米~300微米、孔中心之间的距离为2微米~1000微米。本专利技术中还提供的柔性高电压锂离子电池的制备方法，具体步骤为：首先，将含有镍锰酸锂活性材料的正极浆料涂覆到柔性石墨膜或激光打孔柔性石墨膜上，干燥辊压后将铝极耳固定在其上，得到柔性正极；其次，采用激光打孔技术在柔性石墨膜上打孔，后将镍极耳固定在其上，得到柔性负极；最后将柔性正极、隔膜电解质、柔性负极依次进行叠合固定，后进行封装，得到柔性高电压锂离子电池。本专利技术具有的优点：本专利技术中的柔性高电压锂离子电池采用可规模化卷对卷制备的柔性石墨膜和激光打孔柔性石墨膜取代金属集流体，同时负极不需要任何粘结剂、导电剂和涂布工艺（激光打孔柔性石墨膜兼具负极集流体和脱嵌锂主体作用），电池重量和体积减小，能量密度提高。同时，该柔性高电压锂离子电池具有良好的柔性（可弯曲使用），在柔性电子产品领域具有广阔的应用前景。附图说明图1柔性正极照片。图2柔性负极照片。图3柔性高电压锂离子电池内部结构示意图（实施例1）。图4柔性高电压锂离子电池充放电曲线（弯曲1000后进行测试）。图5不同弯曲角度下柔性高电压锂离子电池点亮LED灯测试。具体实施方式下面详细说明本专利技术：本专利技术中对可规模化卷对卷制备的柔性石墨膜类型、原材料膜（聚合物膜）和制备工艺条件不作具体限定，但优选聚酰亚胺柔性石墨膜。本专利技术中采用激光打孔的方式使柔性石墨膜兼具集流体和脱嵌锂主体作用（作为负极），并对孔参数进行限定（孔直径为1微米~300微米、孔中心之间的距离为2微米~1000微米），但在此对采用的激光源类型和激光操作条件设置不作具体的限定。本专利技术中对采用的柔性石墨膜和激光打孔柔性石墨膜的厚度做出限定0.01微米~1000微米，但在此对两种柔性石墨膜的面积和形状（包括柔性高电压锂离子电池的面积和形状）不作具体限定。离子掺杂型和表面包覆型的高电压镍锰酸锂正极材料都属于本专利中所述高电压镍锰酸锂正极材料；同时本专利技术中对高电压镍锰酸锂正极材料中各元素之间的比例不作具体限定；本专利技术中对正极所采用的粘结剂和导电炭黑、及隔膜电解质和柔性封装材料的种类不作具体限定，同时对柔性高电压锂离子电池中各组成部分的配方含量（如正极配方、电解液配方（锂盐、溶剂、功能添加剂的含量）、正负极容量比值等）亦不作具体限定。本专利技术中柔性电池结构有叠片型，卷绕型，或者叠片-卷绕型，在此不做具体限定。在此需强调，本专利技术中不作具体限定的内容，容易被本领域技术人员熟知（或是公知常识）。在这个需要强调的一点是，本专利技术中柔性高电压锂离子电池中正极采用柔性石墨膜或激光打孔柔性石墨膜作为非金属集流体，负极采用激光打孔柔性石墨膜兼顾集流体和脱嵌锂主体作用，但在本专利技术具体实施过程中，本领域中的技术人员可能基于本专利技术进行变化改进，即正极采用其他新型非金属集流体（如基于碳纳米管的薄膜、基于石墨烯的薄膜等），负极仍采用激光打孔柔性石墨膜兼顾集流体和脱嵌锂主体作用，此种情况亦在本专利技术的精神和原则之内，应被本专利技术所保护。为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1柔性正极（图1）：将高电压正极材料镍锰酸锂（LiNi0.5Mn1.5O4）、粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）、导电剂乙炔黑按照质量比88:6:6加入到氮甲基吡咯烷酮（NMP）中，混合均匀得到正极浆料；而后将正极浆料涂布到30微米厚的柔性石墨膜集流体上，在120℃下烘干，辊压后裁出40毫米×20毫米的柔性长方形正极，并将铝极耳固定在其上；柔性负极（图2）：在30微米厚的柔性石墨膜上采用激光打孔技术（YLP-1-100-20-20）打孔，孔直径为80微米，孔中心之间的距离为200微米，裁出42毫米×22毫米的激光打孔柔性石墨膜作为负极（兼具负极集流体和脱嵌锂主体作用），并将镍极耳固定在其上。隔膜电解质：隔离膜采用商业化的湿法聚丙烯隔膜（裁成44毫米×24毫米，20微米厚），电解质采用商业化的锂离子电池液态电解液（1mol/LLiPF6/EC:DMC:DEC（溶剂体积比1:1:1））；将柔性正极、隔膜电解质、柔性负极按照图3的顺序进行叠片并固定，后装入商业化的铝塑复合膜封装材料得到柔性高电压锂离子电池，弯曲1000后进行充放电测试（图4）。图5显示，在不同弯曲角度下柔性高电压锂离子电池可以点亮LED灯。实施例2柔性正极：将高电压正极材料镍锰酸锂（LiNi0.4Mn1.5Ti0.1O4）、水系粘结剂（LA133）、导电剂科琴碳黑按照质量比80:10:10加入到水中，混合均匀得到正极浆料；而后将正极浆料涂布到10微米厚的激光打孔柔性石墨膜集流体上，在120℃下烘干，辊压后裁出直径为30毫米的柔性圆形正极，并将铝极耳固定在其上；柔性负极：在10微米厚的柔性石墨膜上采用激光打孔技术（YLP-1-100-20-20）打孔，孔直径为5微米，孔中心之间的距离为20微米，裁出直径为32毫米的圆形激光打孔柔性石墨膜作为负极（兼具负极集流体和脱嵌锂主体作用），并将镍极耳固定在其上。隔膜电解质：隔膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性高电压锂离子电池，包括正极、负极、隔膜电解质，其特征在于，正极采用的集流体为柔性石墨膜和激光打孔柔性石墨膜中的一种，正极采用的活性物质为高电压镍锰酸锂材料；负极采用激光打孔柔性石墨膜。

【技术特征摘要】
1.一种柔性高电压锂离子电池，包括正极、负极、隔膜电解质，其特征在于，正极采用的集流体为柔性石墨膜和激光打孔柔性石墨膜中的一种，正极采用的活性物质为高电压镍锰酸锂材料；负极采用激光打孔柔性石墨膜。2.根据权利要求1所述的一种柔性高电压锂离子电池，其特征在于，所述的柔性石墨膜和激光打孔柔性石墨膜的厚度都为0.01微米~1000微米。3.根据权利要求1所述的一种柔性高电压锂离子电池，其特征在于，所述的激光打孔石墨膜的孔直径为1微米...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔光磊，许高洁，韩鹏献，王晓，韩晓琪，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37