[发明专利]一种高分子膜集流体及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种高分子膜集流体及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池相比其它二次电池具有高电压、高能量密度、长循环寿命和安全性能好等优势，成为应用最广泛的可充电电池，例如作为便携式电子产品电源、电动汽车等大型移动设备的动力电池。然而，现有锂离子电池仍然存在电池能量密度低、体积和重量大及价格高等问题，无法满足未来对电池的使用需求。因此，亟需开发新型锂电池单体或者锂电池材料，进而提高锂离子电池的综合性能。

集流体是锂离子电池的重要组成部分。目前锂离子电池用的集流体材料通常为厚度在5～30微米的铜箔或者铝箔。但铜箔和铝箔由于脆性及韧性低，致使锂离子电池生产过程中，容易发生断裂、破边等不良现象，同时铜箔和铝箔在裁切过程中容易产生毛刺，毛刺现象可能导致电池内部产生短路；由于铜和铝的密度相对较大，铜箔和铝箔的集流体一般具有较大的重量，可占整个锂离子电池单体重量的20%左右，从而使锂离子电池的能量密度较小；铜和铝还易被腐蚀，进一步影响了锂离子电池的使用寿命。

现有技术有将铜/铝镀在塑料上或者在铝箔表面镀铜作为集流体来提高电池能量密度、让电池轻量化。但上述技术方案存在导电性差或者镀铜/铝层容易从塑料上脱落或者加工方式复杂，成本较高，且均对锂离子电池能量密度的提升效果较小。

发明内容

针对现有技术中存在的以上问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、安全可靠的高分子膜集流体，采用密度较小的高分子膜集流体替代传统的铜箔或铝箔集流体，可大幅减小集流体的厚度和重量，进而对采用高分子膜集流体的锂离子电池的体积比能量密度和重量比能量均有大幅提高，实现电池轻量化；同时高分子膜集流体便于加工制作、可靠性高及成本较低，还可有效消除由于毛刺现象导致电池内部短路的可能性。

为了实现上述目的，本发明采用以下具体的技术方案：

本发明提供一种高分子膜集流体，其特征在于：包括无孔结构的高分子膜，所述高分子膜内掺杂有导电物质，所述高分子膜集流体为离子绝缘且电子导通，所述高分子膜集流体上设置有正极活性物质和/或负极活性物质。

进一步地，所述高分子膜通过湿法制膜、干法拉伸制膜、纤维丝编织制膜或无纺布法制膜加工，其材料为单层聚丙烯（PP）、单层聚乙烯（PE）、双层PP/PE、双层PP/PP 、三层PP/PE/PP、PET、PI、芳纶和植物纤维中的任一种。

进一步地，所述导电物质为石墨烯、Super P、单壁或者多壁碳纳米管、碳纤维、导电高分子材料和导电石墨中的任一种或多种。

进一步地，所述无孔结构通过在高分子膜加工时直接形成或通过在有孔式高分子膜的孔中填充物质形成。

进一步地，所述填充物质为非离子导电材料。

进一步地，所述导电物质在所述高分子膜中均匀分布。

进一步地，所述高分子膜集流体的厚度为0.5-50μm。

进一步地，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、富锂锰、镍锰材料、磷酸铁锂、磷酸铁、二氧化锰、镍钴锰、镍钴铝三元材料或含硫材料中的任一种或多种。

进一步地，所述负极活性物质为锂金属、碳材料、钛酸锂、硅材料或锡材料中的任一种或多种。

本发明还提供一种锂离子电池，包括正极、负极、集流体、隔膜及电解质，其特征在于：所述集流体为上述的高分子膜集流体。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种结构简单、安全可靠的高分子膜集流体，采用密度较小的高分子膜集流体替代传统的铜箔或铝箔集流体，一方面可大幅减小集流体的厚度和重量，进而对采用高分子膜集流体的锂离子电池的体积比能量密度和质量比能量密度均有大幅提高，实现电池轻量化；另一方面便于加工制作、可靠性高及成本较低，还可有效消除由于毛刺现象导致电池内部短路的可能性，具有性能优越、实用性强和成本低廉等突出优点。总之，本发明提出了一种结构简单、实用性强的高分子膜集流体及锂离子电池，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明高分子膜集流体的示意图；

图2为本发明应用高分子膜集流体的锂离子电池的结构示意图；

其中，图中的附图标记说明如下：

1正负极集流体单元、1-1正极、1-2负极、1-3高分子膜集流体、2隔膜。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。