一种轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池，所述自卷绕锂电池由双涂敷轻量化集流体电极和隔膜层经全自动卷绕机卷绕形成电芯再注入电解液后形成电池；所述双涂敷轻量化集流体电极由绝缘层和负极、正极构成；所述绝缘层为高分子聚和物膜，第一导电层和第二导电层分别附着于所述绝缘层的两个表面上；负极材料层和正极材料层分别涂敷于所述第一导电层和第二导电层上；所述绝缘层的厚度为2～50μm，所述第一导电层和第二导电层的厚度分别为50～2500nm，所述负极材料层和正极材料层厚度为50

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池由基本单元结构卷绕或者叠加构成，基本单元结构为正极、隔膜、负极、电解质。正极、负极、电解质间发生电化学反应，将化学能转化为电能输出，隔膜在正、负极中间防止电池内部发生短路。锂离子电池上的关键组件为集流体，所谓集流体就是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是作为正负极的金属箔，如铜箔、铝箔。
[0003]在锂电池充放电环节中，正级活性颗粒物内部结构的电子在各个颗粒物间传送后，必须集流到集流体上，再通过外界电源电路传送到负级，进行一个完整的充放电循环过程。因而集流体起到的作用为降低电池的内电阻，提升电池的库伦效率、循环稳定性和倍数性。传统集流体中，用铜箔做负极，铝箔做正极。目前市场上的锂电池所用的铜箔比较厚，而且锂离子电池基本单元结构较多，组装工艺复杂，导致锂离子电池整体较重，因此，改进集流体制备工艺、增加锂电池比容量是锂电池领域的研究趋势。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池及其制备方法。
[0005]本专利技术提供的一种轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池，由双涂敷轻量化集流体电极和隔膜层经全自动卷绕机卷绕形成电芯再注入电解液后形成电池；所述双涂敷轻量化集流体电极由绝缘层和负极、正极构成；所述负极由负极材料层和第一导电层组成；所述正极由正极材料层和第二导电层组成；所述绝缘层、第一导电层、第二导电层组成轻量化集流体；其中，所述绝缘层为高分子聚和物膜，具有相对的两个表面，所述第一导电层和第二导电层通过原子沉积、旋涂、蒸镀或者溅镀分别附着于所述绝缘层的两个表面上；所述负极材料层和正极材料层分别涂敷于所述第一导电层和第二导电层上；所述隔膜层涂敷在所述正极或负极表面上；所述第一导电层和第二导电层为金属层，所述金属为铝、铜、锡、锌、合金、不锈钢其中一种或数种；所述绝缘层的厚度为2～50μm，所述第一导电层和第二导电层的厚度分别为50～2500nm，所述负极材料层和正极材料层厚度为50
‑
1000μm，所述隔膜层厚度为10
‑
200μm。
[0006]进一步，所述轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池的制备方法包括如下步骤：
[0007]步骤一、将第一导电层材料通过原子沉积、旋涂、蒸镀或者溅镀附着于所述绝缘层的一侧；再将第二导电层材料通过原子沉积、旋涂、蒸镀或者溅镀附着于所述绝缘层的另一侧，形成轻量化集流体；
[0008]步骤二、将所述负极材料层涂敷于第一导电层的表面形成负极，将所述正极材料层涂敷于第二导电层的表面形成正极，获得双涂敷轻量化集流体电极；将所述双涂敷轻量
化集流体电极置于80℃真空烘箱中烘干；
[0009]步骤三、将步骤二获得的双涂敷轻量化集流体电极一侧涂敷上隔膜层材料浆料，再将其置于80℃真空烘箱中烘干，得到双涂敷电极
‑
隔膜复合结构；然后取出辊压，裁剪为小片，两侧分别刮去部分浆料，焊上正极耳、负极耳，通过全自动卷绕机卷绕制成电芯；
[0010]步骤四、将步骤三获得的电芯放入铝塑膜壳中，三面封口，再放入80℃真空烘箱中烘干，取出后在惰性气氛下注入电解液，用热封机封口，化成，抽出产生的气体，再次热封，得到所述轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池。
[0011]进一步，所述绝缘层为单层或为两层以上的高分子聚合物膜，材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛、脲醛、环氧、聚酯其中之一。
[0012]进一步，所述正极材料层的材料为锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物、锂钛氧化物、锂锰镍复合氧化物、锂锰镍钴复合氧化物其中一种或数种，或具有LiMPO4(M＝Fe、Mn、Ni)的橄榄石型结晶结构的材料。
[0013]进一步，所述负极材料层的材料为铝、硅、锡的合金或氧化物、石墨、焦炭、玻璃状碳、有机高分子化合物的烧成体、中间相微碳珠其中一种或数种。
[0014]进一步，所述隔膜层为单层高分子聚合物膜或两层以上高分子聚合物复合膜，所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛、脲醛、环氧聚酯其中一种或数种。
[0015]进一步，所述电解液为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ
‑
丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、二甲醚四甘醇、乙二醇二甲醚、1,3
‑
二氧戊烷、链状烷基酯类有机溶剂、腈类有机溶剂、氟类有机溶剂其中之一。
[0016]进一步，所述正极材料层采用LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2材料。
[0017]进一步，所述负极材料层采用石墨负极材料。
[0018]优选地，所述轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池的制备方法包括如下步骤：
[0019]步骤一、将纯度99.8％的铝材溅镀到10μm厚的PET膜的一侧作为第二导电层，厚度300nm；再将纯度99.8％的铜材溅镀到10μm厚的PET膜的另一侧作为第一导电层，厚度300nm；形成轻量化集流体；；
[0020]步骤二、将石墨负极材料通过刮涂涂敷于铜材制备的第一导电层的表面形成负极；将LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2正极材料通过刮涂涂敷于铝材制备的第二导电层的表面形成正极，获得双涂敷轻量化集流体电极；将所述双涂敷轻量化集流体电极置于80℃真空烘箱中烘干；
[0021]步骤三、将步骤二获得的双涂敷轻量化集流体电极一侧涂敷上PVDF
‑
HFP(聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯)浆料，将其置于80℃真空烘箱中烘干，得到双涂敷电极
‑
隔膜复合结构；然后取出辊压，裁剪为小片，两侧分别刮去部分浆料，焊上正极耳、负极耳，通过全自动卷绕机卷绕制成电芯；
[0022]步骤四、将步骤三获得的电芯放入铝塑膜壳中，三面封口，再放入80℃真空烘箱中烘干，取出后在惰性气氛下注入电解液，用热封机封口，化成，抽出产生的气体，再次热封，得到所述轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池。
[0023]本专利技术的有益效果在于：
[0024]1.本专利技术获得的轻量化集流体双涂敷电极，集流体自重低，增大了电池容量密度；
[0025]2.相较于金属、泡沫镍、碳纤维集流体的材料及制作成本，本专利技术中的高分子材料聚合物绝缘层及超薄金属导电层复合结构可以显著降低集流体制造成本；
[0026]3.本专利技术使用轻量化集流体，同时优化电池结构单元卷绕、堆叠方式，减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池，其特征在于，由双涂敷轻量化集流体电极（9）和隔膜层（6）经全自动卷绕机卷绕形成电芯再注入电解液后形成电池；所述双涂敷轻量化集流体电极（9）由绝缘层（1）和负极（7）、正极（8）构成；所述负极（7）由负极材料层（4）和第一导电层（2）组成；所述正极（8）由正极材料层（5）和第二导电层（3）组成；所述绝缘层（1）、第一导电层（2）、第二导电层（3）组成轻量化集流体；其中，所述绝缘层（1）为高分子聚和物膜，具有相对的两个表面，所述第一导电层（2）和第二导电层（3）通过原子沉积、旋涂、蒸镀或者溅镀分别附着于所述绝缘层（1）的两个表面上；所述负极材料层（4）和正极材料层（5）分别涂敷于所述第一导电层（2）和第二导电层（3）上；所述隔膜层（6）涂敷在所述正极或负极表面上；所述第一导电层（2）和第二导电层（3）为金属层，所述金属为铝、铜、锡、锌、合金、不锈钢其中一种或数种；所述绝缘层（1）的厚度为2～50 μm，所述第一导电层（2）和第二导电层（3）的厚度分别为50～2500 nm，所述负极材料层和正极材料层厚度为50
‑
1000 μm，所述隔膜层厚度为10
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200 μm。2.根据权利要求1所述轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池，其特征在于，所述轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池的制备方法包括如下步骤：步骤一、将第一导电层（2）材料通过原子沉积、旋涂、蒸镀或者溅镀附着于所述绝缘层（1）的一侧；再将第二导电层（3）材料通过原子沉积、旋涂、蒸镀或者溅镀附着于所述绝缘层（1）的另一侧，形成轻量化集流体；步骤二、将所述负极材料层（4）涂敷于第一导电层（2）的表面形成负极（7），将所述正极材料层（5）涂敷于第二导电层（3）的表面形成正极（8），获得双涂敷轻量化集流体电极（9）；将所述双涂敷轻量化集流体电极（9）置于80℃真空烘箱中烘干；步骤三、将步骤二获得的双涂敷轻量化集流体电极（9）一侧涂敷上隔膜层（6）材料浆料，再将其置于80℃真空烘箱中烘干，得到双涂敷电极
‑
隔膜复合结构（10）；然后取出辊压，裁剪为小片，两侧分别刮去部分浆料，焊上正极耳、负极耳，通过全自动卷绕机卷绕制成电芯；步骤四、将步骤三获得的电芯放入铝塑膜壳中，三面封口，再放入80℃真空烘箱中烘干，取出后在惰性气氛下注入电解液，用热封机封口，化成，抽出产生的气体，再次热封，得到所述轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池。3.根据权利要求1所述轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池，其特征在于，所述绝缘层（1）为单层或为两层以上的高分子聚合物膜，材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛、脲醛、环氧、聚酯其中之一。4.根据权利要求1所述轻量化集流体双涂敷电极自卷绕锂电池，其特征在于，所述正极材料层（5）的材料为锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物、锂钛氧化物、锂锰镍复合氧化物、锂锰镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金保，杨阳，杨慧雅，
申请(专利权)人：赵金保，
类型：发明
国别省市：