一种高能量密度锂离子电池电芯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高能量密度锂离子电池电芯及其制备方法。该电芯包括基体层、复合正极层、复合隔膜层、复合负极层，隔离层以及正/负极集电区；复合隔膜层中掺杂有锂快离子导体，提高了电芯的离子电导率，同时又具有较好的热稳定性和抗刺穿强度，提高了电池的安全性；复合正/负极层采用正/负极活性层-导电层-正/负极活性层三层夹心结构，其中的导电层采用碳纤维、碳纳米管等导电纤维交错排列，既增强了涂层强度，防止涂层交界处断裂，又增加了涂层的导电性。本发明专利技术同时使用了喷涂技术、新型集流技术以及锂快离子导体材料，三者的有机结合能够将电芯的能量密度、充放电倍率性大大改善以及降低制备成本，且工艺简单，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
，特别涉及锂离子电池电芯及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池是上世纪九十年代研制出并开始实现商品化的，它的出现称得上是在二次电池历史上的一次飞跃，在随后的十几年中，其商品化进程取得了突飞猛进的发展。锂离子电池的应用范围也因而不断拓展，从信息产业到能源交通，从太空到水下，锂离子电池进入了人类社会的各个领域。锂离子二次电池具有比容量高、工作电压高、工作温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无记忆效应、无污染、重量轻、安全性能好等优点，因而广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等移动设备。随着科技的发展，各种采用锂离子电池的数码产品更新升级速度很快，产品大都趋于便携化、经济化，则高能量密度锂离子电池成为锂离子电池产业发展的一个很重要的方向。能量密度是指一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度是由电池的理论能量密度以及非活性材料所占的比重决定的，则减少非活性材料所占的比重不失为提高电池能量密度的一条有效途径。对于多层复合的超薄锂离子电池，超薄和较高的安全性是其隔膜制备过程中需要考虑的两大问题，普通的刮涂或者流延方法已经不能满足要求，而喷涂方式显示出其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池电芯，包括基体层（2）、复合正极层（3）、复合负极层（4）、复合隔膜层（5）、正极集电区（6）、负极集电区（8）和隔离层（10）；其中：所述基体层（2）是电芯的最外层，包围电芯主体；电芯主体按复合正极层（3）、复合隔膜层（5）、复合负极层（4）和复合隔膜层（5）的顺序依次反复层叠粘接而成；在电芯主体的两侧分别分布有正极集电区（6）和负极集电区（8）；所述正极集电区（6）与复合正极层（3）连接，但与复合负极层（4）通过隔离层（10）隔开；所述负极集电区（8）与复合负极层（4）连接，但与复合正极层（3）通过隔离层（10）隔开；所述复合隔膜层（5）由包含锂快离子导体粉体的无机材料粉体和...

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电芯，包括基体层(2)、复合正极层(3)、复合负极层(4)、复合隔膜层(5)、正极集电区(6)、负极集电区(8)和隔离层(10);其中:所述基体层(2)是电芯的最外层，包围电芯主体；电芯主体按复合正极层(3)、复合隔膜层(5)、复合负极层(4)和复合隔膜层(5)的顺序依次反复层叠粘接而成；在电芯主体的两侧分别分布有正极集电区(6)和负极集电区(8);所述正极集电区(6)与复合正极层(3)连接，但与复合负极层(4)通过隔离层(10)隔开；所述负极集电区(8)与复合负极层(4)连接，但与复合正极层(3)通过隔离层(10)隔开；所述复合隔膜层(5)由包含锂快离子导体粉体的无机材料粉体和水性粘合剂组成；所述复合正极层(3)和复合负极层(4)均采用活性层-导电层-活性层的三层夹心结构，其中导电层中导电纤维交错排列。2.按权利要求1所述的锂离子电池电芯，其特征在于，所述复合正极层(3)是由正极活性层-导电层-正极活性层粘接构成的夹芯结构，厚度为50-200 μ m ;其中，正极活性层由正极活性材料、导电粉体和水性粘合剂组成，三者的质量比为正极活性材料:导电粉体:水性粘合剂=80-94: 2-10: 4-10。3.按权利要求1所述的锂离子电池电芯，其特征在于，所述复合隔膜层(5)厚度为5-30 μ m,由包含锂快离子导体粉体的无机材料粉体和水性粘合剂组成，其中，无机材料粉体:水性粘合剂的质量比为9-0.6，而无机材料粉体中锂快离子导体粉体的质量百分比为25%-100%。4.按权利要求1所述的锂离子电池电芯，其特征在于，所述隔离层(10)由包含锂快离子导体粉体的无机材料粉体和水性粘合剂组成，其中，无机材料粉体:水性粘合剂的质量比为9-0.6，而无机材料粉体中锂快离子导体粉体的质量百分比为25%-100%。5.按权利要求1所述的锂离子电池电芯，其特征在于，所述复合负极层(4)是由负极活性层-导电层-负极活性层粘接构成的夹芯结构，厚度为50-200 μ m ;其中，负极活性层由负极活性材料、导电粉体和水性粘合剂组成，三者的质量比为负极活性材料:导电粉体:水性粘合剂=85-95: 1-3: 4-10。6.权利要求1 5任一所述的锂离子电池电芯的制备方法，包括以下步骤: 1)将一基体薄膜清洁后，在其不导电面喷涂制备复合正极层； 2)在复合正极层的一侧制备隔离层，使隔离层的上表面与复合正极层的上表面平齐，隔离层完全覆盖复合正极层的该侧端面； 3)在复合正极层上喷涂制备复合隔膜层，复合隔膜层的一侧与步骤2)制备的隔离层的外端面对齐，另一侧则在复合正极层上留出正极集电区的制备空间； 4)在复合隔膜层上喷涂制备复合负极层，在靠近正极集电区侧的复合隔膜层上留出复合负极层与正极集电区之间的隔离层的制备空间； 5)在复合负极层上喷涂制备复合隔膜层，该复合隔膜层靠近正极集电区一侧与复合负极层的端面对齐，另一侧则在复合负极层上留出负极集电区的制备空间； 6)在步骤4)制备复合负极层时留出的隔离层制备空间内制备隔离层，该隔离层的上表面与步骤5)制备的复合隔膜层的上表面平齐，隔离层的一侧与步骤4)制备的复合负极层紧密连接，另一侧与步骤3)制备的复合隔膜层的端面对齐； 7)在复合正极层上留出的正极集电区制备空间内制备正极集电区，该正极集电区与步骤6)制备的隔离层紧密连接，其上表面与步骤5)制备的复合隔膜层的上表面平齐，正极集电区内布有...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永翀，李琪，张萍，韩立，王秋平，
申请(专利权)人：北京好风光储能技术有限公司，中国科学院电工研究所，
类型：发明
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