[发明专利]一种高功率密度锂离子电池

说明书

【技术领域】

本发明锂离子电池技术领域，具体涉及一种高功率密度锂离子电池。

【背景技术】

目前锂离子电池以高能量密度、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、环境友好等优点，迅速成为多数电子类产品不可或缺的一部分。如，手机，笔记本，数码相机等。但锂离子电池的功率密度较低，大倍率电流放电正极材料克容量发挥低，同时循环性能差。限制了锂离子电池在很多方面的应用，如新能源汽车、太阳能、风能等领域。人们为了解决上述问题，提高了正极中导电剂的质量百分比，但这种方法会降低锂离子电池的能量密度。因此，寻找其他的解决途径，在不降低能量密度的前提下，提高了锂离子电池的功率密度非常有必要。

目前，锂离子电池行业提高功率的主要方法：(1)通过正极材料掺杂金属元素或颗粒表面改性等达到提高正极材料的导电率，公开号CN103296249A公开了“掺杂改性锂镍钴锰、制备方法及锂离子电池”，通过掺杂改性锂镍钴锰的二次颗粒由一次颗粒组成，二次颗粒为球状或类球状，一次颗粒的表面非均匀掺杂有纳米金属氧化物层；制备方法是在锂镍钴锰的前驱体合成阶段对其掺杂纳米金属氧化物而进行掺杂改性。采用本发明掺杂改性锂镍钴锰作为正极活性材料的锂离子电池，在充放电条件下，具有良好的循环性和热稳定性，可以有效满足锂离子电池的高能量密度、高功率密度；(2)提高负极材料导电率，公开号CN103178243A公开了“锂离子电池用石墨烯/金属复合负极材料及其制备方法”，通过化学刻蚀制备得到光栅结构的金属电极及氧化还原化学法制备得到石墨烯/二氧化钛复合粒子，并采用电化学沉积法在光栅结构的金属电极上沉积石墨烯/二氧化钛复合粒子，进一步热处理获得石墨烯/金属复合负极材料。本发明利用纳米二氧化钛粒子用作石墨烯堆叠的改性，金属光栅结构作为石墨烯载体，使之垂直于集流体排成阵列，这种结构既减小了锂离子在石墨烯片层之间的扩散距离,同时也使锂离子在石墨烯片层间的嵌入、脱出更加快速，因而所得复合材料作为锂离子电池负极时，具有高的比容量，优异的循环稳定性和倍率性能，有望用于高能量密度、高功率密度的锂离子电池负极材料；

实际正负极材料本身容量问题很小，也有能达到实际的功率效果潜力，但生产或制作电池的过程中，却往往材料的后处理及工艺工序确实人们最容易忽略的，其对材料容量发挥的影响也是非常大的，因此会造成本身材料性能良好，而在实际电池生产制作过程中容量发挥不正常，进而影响电池的整体性能，造成电池容量低，内阻大，功率密度低等情况。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种高功率密度锂离子电池，通过正负极片对应的铜箔和铝箔的处理和增加导电膜，提高了锂离子电池的导电率，进而提升了电池的大倍率放电性能，同时使用低分子量的正极粘结剂PVDF，使正负极片的厚度反弹更小，降低了极片厚度对离子传递产生的阻碍，减小了电池内阻，进一步提高了电池容量的发挥，促进了电池功率密度的提升。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一种高功率密度锂离子电池，包括正极片和负极片；所述正极片包括铝箔、正极导电剂和正极粘结剂；所述负极片包括铜箔和负极导电剂；所述正极粘结剂为PVDF，且分子量为30～70万；所述铜箔和所述铝箔在制作极片前先进行表面处理，然后在铝箔和铜箔表面附着一层导电膜，所述导电膜的厚度为1～5μm。

正极粘结剂目前市面上使用的PVDF的分子量均为70万分子量以上的，正极材料涂布成正极片再经过滚压，PVDF固化后，极片厚度反弹较大，而且PVDF的分子量越大，极片厚度滚压后和充放电后反弹值也越大，；而使用低分子量的PVDF，可以有效地减小正极片滚压后的反弹，也能减小电池充放电后极片的厚度反弹，从而减小极片厚度对锂离子迁移或电子传递的距离，较好的降低了电池的内阻，也减少了电池的发热量，提高了电池能量的利用率。

本发明的正极片在涂布正负极极片前，先在铝箔或铜箔上附着一层导电膜，该导电膜可以由重量比95～98:2～5的石墨烯和所述PVDF组成，且用静电喷涂货丝网印刷在铝箔上；也可以由石墨烯组成，且导电膜利用气相沉积法附着在铝箔上。因石墨烯的导电能力非常强，使用石墨烯作为导电膜，可以增加正极片的电导率，降低内阻，提高正极材料容量的发挥，进而达到提升电池容量的效果。

在附着导电膜之前，本发明对铜箔和铝箔的表面处理，处理方法包括以下步骤：

(1)除油：将铝箔或铜箔先放入0.5～2mol/L的碱溶液中浸泡10～30min，然后用去离子水冲洗；