鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)及包含該結(jié)構(gòu)的電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，包括鎳層和包覆于所述鎳層的銅層，所述銅層包括第一銅層和第二銅層，所述鎳層設(shè)置于所述第一銅層和所述第二銅層之間。本實(shí)用新型采用在鎳層的上下表面各鍍一層銅層的方法來避免鎳與鋰離子的直接接觸，避免了發(fā)生合金化反應(yīng)，所以這樣負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)既能顯著改善高能量密度、各向同性的負(fù)極材料采用所帶來的變形問題，又能夠繼續(xù)保持原來銅集流體在負(fù)極中良好的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能。此外，本實(shí)用新型還公開了一種鋰離子電池。
【專利說明】鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)及包含該結(jié)構(gòu)的電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)及包含該結(jié)構(gòu)的電池。
【背景技術(shù)】
[0002]由于電子元件和應(yīng)用的集成度越來越高，消費(fèi)類電池產(chǎn)品對(duì)于鋰離子電池能量密度和電池性能提升的要求越來越迫切。在這種情況下，高能量密度的負(fù)極材料(360mAh/g的負(fù)極石墨以及> 360mAh硅碳陽極)已經(jīng)開始大規(guī)模的應(yīng)用到消費(fèi)類鋰離子電池產(chǎn)品中來；另外為了改善電池的循環(huán)膨脹性能和充放電倍率性能，各向同性的石墨材料已經(jīng)成為很多鋰電池制造廠商陽極材料的首選。
[0003]各向異性石墨充電過程中體積膨脹量主要分布在極片厚度方向(簡稱Z方向)，而在極片平面內(nèi)方向(簡稱X / Y方向)所產(chǎn)生的膨脹量很??；而各向同性石墨在充電過程中體積膨脹量均等的分散到各個(gè)方向，雖然在極片Z方向產(chǎn)生的膨脹量減小了，但是在X / Y方向的膨脹量大大增加。鋰離子電池極片厚度很薄，一般在200 u m以內(nèi)，Z方向的膨脹量很難在厚度方向上產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力；與此相比，X / Y平面內(nèi)的情況就完全不一樣，X/Y方向的尺寸則在104?105um尺度，所以X/Y方向的膨脹量很難得到釋放，導(dǎo)致X / Y平面內(nèi)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)X / Y平面內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力累計(jì)達(dá)到一定程度，極片局部區(qū)域?qū)l(fā)生失穩(wěn)起皺，產(chǎn)生電池變形的現(xiàn)象。高能量密度負(fù)極材料的使用雖然帶來了電池能量的提高，但是負(fù)極材料在充放電過程中的體積膨脹量(包括X / Y平面內(nèi)方向)也更大，所以將導(dǎo)致電池的變形問題更為嚴(yán)重。對(duì)于這種高能量密度、各向同性的負(fù)極材料采用所帶來的變形問題，目前主要是通過增強(qiáng)正極極片/隔膜/負(fù)極極片界面之間的粘結(jié)來改善。但是界面粘結(jié)的增強(qiáng)將導(dǎo)致鋰離子穿過隔膜界面的阻力增大，對(duì)電池的充放電倍率性能有一定的損失。另外，也有嘗試采用降低負(fù)極壓實(shí)密度的方法來改善變形問題，但是壓實(shí)密度的降低又會(huì)導(dǎo)致電池能量密度的損失。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，該負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)既能顯著改善高能量密度、各向同性的負(fù)極材料采用所帶來的變形問題，又能夠繼續(xù)保持原來銅集流體在負(fù)極中良好的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，該技術(shù)方案如下:一種鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，包括鎳層和包覆于所述鎳層的銅層，所述銅層包括第一銅層和第二銅層，所述鎳層設(shè)置于所述第一銅層和所述第二銅層之間。
[0006]所述第一銅層包覆于所述鎳層的上表面及周沿，所述第二銅層包覆于所述鎳層的下表面。
[0007]所述第一銅層包覆于所述鎳層的上表面，所述第二銅層包覆于所述鎳層的下表面及周沿。[0008]目前商用鋰離子電池所用的負(fù)極集流體材料主要為銅，而電解態(tài)銅的屈服強(qiáng)度只有70MPa，電解態(tài)鎳的屈服強(qiáng)度為150MPa，所以當(dāng)集流體的主體材料換為鎳后，集流體屈服強(qiáng)度將顯著提高。負(fù)極集流體屈服強(qiáng)度提高后，將能夠改善電池的變形，前面已經(jīng)提到電池的變形主要是通過負(fù)極極片局部區(qū)域的失穩(wěn)來實(shí)現(xiàn)的，負(fù)極集流體屈服強(qiáng)度提高后，電池如果要變形，則需要更大的內(nèi)應(yīng)力，否則無法使集流體塑性延伸而發(fā)生局部區(qū)域的失穩(wěn)(或者說彎曲起皺)，也就說，負(fù)極集流體屈服強(qiáng)度的提升能夠抬高了電池變形的門檻值；當(dāng)采用鎳做為負(fù)極集流體的主要材料時(shí)電池變形的門檻值也將得到顯著抬高，電池的變形問題將得到顯著改善。
[0009]所述鎳層的厚度為2?12 u m，不能太薄，太薄會(huì)導(dǎo)致集流體抗屈服的絕對(duì)強(qiáng)度值下降；也不能太厚，否則會(huì)導(dǎo)致能量密度損失。鎳不能單獨(dú)做為集流體材料，在0.5?1.5V范圍內(nèi)，鎳與鋰將發(fā)生合金化反應(yīng)；另外鎳的導(dǎo)電性沒有銅好，單獨(dú)用鎳做集流體會(huì)增加電池的內(nèi)阻。
[0010]所述鎳層的厚度為5?7 u m。
[0011]所述第一銅層和所述第二銅層的厚度均為I?2 u m，以能夠完整覆蓋鎳層為設(shè)計(jì)原則，但是也不能設(shè)計(jì)太厚，太厚會(huì)導(dǎo)致集流體整體厚度偏厚。
[0012]所述第一銅層和所述第二銅層的厚度均為1.5 u m。
[0013]所述第一銅層的表面和所述第二銅層的表面均包覆有鍍鉻層或鍍絡(luò)合物層，為提高上述負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)的抗氧化性。
[0014]本實(shí)用新型還提供一種鋰離子電池，包括正極極片、負(fù)極極片、設(shè)置于所述正極極片和所述負(fù)極極片之間的隔膜以及電解液，所述負(fù)極極片采用的集流體結(jié)構(gòu)為上述的鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型包括鎳層和包覆于所述鎳層的銅層，所述銅層包括第一銅層和第二銅層，所述鎳層設(shè)置于所述第一銅層和所述第二銅層之間。本實(shí)用新型采用在鎳層的上下表面各鍍一層銅層的方法來避免鎳與鋰離子的直接接觸。避免了發(fā)生合金化反應(yīng)，所以這樣負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)既能顯著改善高能量密度、各向同性的負(fù)極材料采用所帶來的變形問題，又能夠繼續(xù)保持原來銅集流體在負(fù)極中良好的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型及其有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施例不限于此。
[0018]實(shí)施例1，如圖1所示，一種鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，包括鎳層I和包覆于鎳層I的銅層，銅層包括第一銅層2和第二銅層3，鎳層I設(shè)置于第一銅層2和第二銅層3之間。
[0019]優(yōu)選的，第一銅層2包覆于鎳層I的上表面及周沿，第二銅層3包覆于鎳層I的下表面。
[0020]第一銅層2和第二銅層3的厚度均為2 u m，鎳層I厚度為12 u m。[0021]第一銅層2的表面和第二銅層3的表面包覆有鍍鉻層(圖未示)。
[0022]一種鋰離子電池，包括正極極片、負(fù)極極片、設(shè)置于正極極片和負(fù)極極片之間的隔膜以及電解液，負(fù)極極片采用的集流體結(jié)構(gòu)為上述的鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)。
[0023]采用360mAh/g的高容量各向同性石墨做為本實(shí)施例的陽極材料，按照陽極配方(石墨:CMC:SBR:SP=96%: 1.0%:2.0%: 1.0%)攪拌制備得到陽極漿料，然后將陽極漿料在集流體上涂布制備得到陽極極片，然后將陽極極片冷壓，再和已經(jīng)處理的陰極極片、隔膜、包裝袋組裝成電芯；注入電解液，然后化成后，就制備得到我們最終的成品電芯。
[0024]實(shí)施例2,與實(shí)施例1不同的是:本實(shí)施例的第一銅層2包覆于鎳層I的上表面，第二銅層3包覆于鎳層I的下表面及周沿，第一銅層2和第二銅層3的厚度均為I u m，鎳層I厚度為4 u m。
[0025]優(yōu)選的，第一銅層2的表面和第二銅層3的表面包覆有鍍絡(luò)合物層(圖未示)。
[0026]其它的與實(shí)施例1相同，這里不再重復(fù)。
[0027]實(shí)施例3，與實(shí)施例2不同的是:本實(shí)施例的第一銅層2和第二銅層3的厚度均為1.5 u m，鎳層I厚度為2 u m。
[0028]其它的與實(shí)施例2相同，這里不再重復(fù)。
[0029]實(shí)施例4，與實(shí)施例3不同的是:本實(shí)施例的第一銅層2和第二銅層3的厚度均為
1.5 u m，鎳層I厚度為7 u m。
[0030]其它的與實(shí)施例3相同，這里不再重復(fù)。
[0031]對(duì)比例1，與實(shí)施例1不同的是:本對(duì)比例采用目前商用的單層銅箔作為負(fù)極集流體，銅層的厚度皆為18 um。
[0032]其它的與實(shí)施例1相同，這里不再重復(fù)。
[0033]對(duì)比例I，與對(duì)比例I不同的是:本對(duì)比例的銅層的厚度為8 u m。
[0034]其它的與對(duì)比例I相同,這里不再重復(fù)。
[0035]取100個(gè)成品電芯，在溫度為45度，0.7C/0.5C的條件循環(huán)500次，在第1次循環(huán)，第100次循環(huán)和第500次循環(huán)這三個(gè)節(jié)點(diǎn)下觀察變形電芯的比例，測試結(jié)果為如表1。
[0036]表1為所有實(shí)施例和對(duì)比例中測試電芯變形比例對(duì)比:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括鎳層和包覆于所述鎳層的銅層，所述銅層包括第一銅層和第二銅層，所述鎳層設(shè)置于所述第一銅層和所述第二銅層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一銅層包覆于所述鎳層的上表面及周沿，所述第二銅層包覆于所述鎳層的下表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一銅層包覆于所述鎳層的上表面，所述第二銅層包覆于所述鎳層的下表面及周沿 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鎳層的厚度為2~12 u m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鎳層的厚度為5~7 urn。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一銅層和所述第二銅層的厚度均為I~2 u m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一銅層和所述第二銅層的厚度均為1.5 u m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一銅層的表面和所述第二銅層的表面均包覆有鍍鉻層或鍍絡(luò)合物層。
9.一種鋰離子電池，包括正極極片、負(fù)極極片、設(shè)置于所述正極極片和所述負(fù)極極片之間的隔膜以及電解液，其特征在于:所述負(fù)極極片采用的集流體結(jié)構(gòu)為權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的鋰離子電池負(fù)極集流體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01M10/0525GK203398222SQ201320371868
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】李白清, 張盛武, 游從輝, 蔡芬敏, 張柏清 申請(qǐng)人:東莞新能源科技有限公司