[发明专利]一种双极性集流体及由其组装的双极性固态锂二次电池

说明书

本发明属于化学电源领域，具体涉及一种双极性集流体及由其组装的双极性固态锂二次电池。所述双极性集流体由聚合物和碳材料组成，所用聚合物材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸树脂，所用碳材料为炭黑、碳纳米管或Super P。所述双极性固态锂二次电池由锂电池用固态电解质膜和包括上述双极性集流体的双极性电极交替叠加得到。本发明采用聚合物‑碳材料复合导电膜作为双极性集流体，容易大面积制备以及调控厚度，而且两者均是低密度材料，同样厚度的情况下，质量要低于金属铝以及金属铜，由其制得的电池的能量密度更高；此外，所述双极性固态锂二次电池的电压可根据需要调整叠层组装层数来调控，能够进一步优化电池堆的空间和降低总质量。

技术领域

本发明属于化学电源领域，具体涉及一种双极性集流体及由其组装的双极性固态锂二次电池。

背景技术

锂离子电池具有高的能量密度以及功率密度，因而成为汽车动力电池的首选。但是当前商业化锂离子电池采用易燃易挥发的有机液态电解液为离子传导介质，使得锂离子电池存在严重的安全隐患，当电池在滥用的条件下容易引起电池的起火爆炸等事故。而采用固体电解质替代易燃有机电解液，有望彻底解决锂电池的安全性问题。

动力电池为了确保电池大的输出功率，动力电池堆需要串联多个电池单体。而电池单体的连接部位面积小会导致阻抗过大进而降低电流的输出能力，同时外部连接会占用电池的空间以及增加电池堆的重量。因此，外部串联会降低电池的能量密度和功率密度。作为解决方案之一就是采用双极性集流体，实现电池的内部串联，因为固态电池采用的固态电解质中不含有电解液，没有液体流动导致正负极液接短路的情形出现。而双极性集流体最大的难点在于需要满足在低电压下对金属锂负极稳定以及在高电压下对正极材料稳定的同时，还要保持高的电子电导率以及离子电导率绝缘的条件，这些苛刻的使用条件限制了双极性集流体的开发和应用。

在公开号为CN101076915B的发明专利中也提到了一种双极性电池，其实施例中采用的双极性集流体材质为不锈钢箔，其单位面积质量非常大，会影响电池的比能量密度。虽然也提到可以采用热塑性聚合物和金属粉末复合制备集流体，但是这些大部分的金属都能与锂反应形成合金，对金属锂的电化学稳定性较差。而且发明中采用的凝胶电解质是含有一定量的有机溶剂，在实际电池中并不能够完全避免液接短路的现象出现。此外，申请号为CN200910101378的发明中采用聚氨酯树脂和炭黑组成的高分子聚合物涂层导电膜，但其实施例中的芳香族聚氨酯材料及其复合体系对锂不稳定，且专利中没有涉及关于聚合物-碳材料作为锂电池集流体的应用。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种双极性集流体，这个双极性集流体在固态电池体系中可以同时实现集流体集流的功能以及内部串联连接的功能。

本发明的另一目的在于提供包括所述双极性集流体的双极性固态锂二次电池。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种双极性集流体，由聚合物和导电碳材料组成，所用聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸树脂，所用的导电碳材料为炭黑、碳纳米管或Super P，其制备方法为公知的熔融复合，浇铸成膜等方式，导电碳材料含量为10～25wt％。

一种双极性固态锂二次电池，由如下步骤制备得到：

(1)制备只含有正极层的电极：将锂电池正极浆料涂覆到厚度为10～100μm的所述双极性集流体上，烘干后获得只含正极层的电极，正极层单位面积重量为3～20mg/cm2，裁片备用。烘干温度优选为50～100℃。