本實(shí)用新型涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種無隔膜的鋰離子電池。

背景技術(shù)：

目前的鋰離子電池的結(jié)構(gòu)主要包括正極片、負(fù)極片，在任意相鄰的正極片以及負(fù)極片之間通過隔膜間隔分離。隔膜作為目前鋰離子電池的重要組成部分，隔膜是一種具有納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的高分子功能材料，其主要作用是將電池正負(fù)極隔開、吸收電解液、只允許鋰離子通過、不允許電子通過。

如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201520888975.2的中國(guó)專利公開了一種高容量低成本錳酸鋰離子電池電芯，包括三塊高度相同、寬度相同的平板狀單體錳酸鋰離子電池電芯，所述三塊單體錳酸鋰離子電池電芯層疊設(shè)置，所述每塊單體錳酸鋰離子電池電芯均由隔膜、正極片及其正極耳、負(fù)極片及其負(fù)極耳構(gòu)成，所述隔膜位于正極片和負(fù)極片之間，所述正極片、負(fù)極片及隔膜向同一方向逐層卷繞，所述正極耳與正極片電接觸，所述負(fù)極耳與負(fù)極片電接觸；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，制作方便，降低了成本和短路的風(fēng)險(xiǎn)，提高了安全性，有利于生產(chǎn)高容量、大電流的錳酸鋰離子電池。

但是，本實(shí)用新型人在進(jìn)行研究過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子電池存在如下的缺陷：由于制造工藝的限制，隔膜作為對(duì)電池容量貢獻(xiàn)較小的部分，其占據(jù)鋰離子電池較多的體積，導(dǎo)致鋰離子電池的體積能量密度受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種無隔膜的鋰離子電池。本實(shí)用新型的鋰離子電池不設(shè)有隔膜，大幅提高了鋰離子電池電芯內(nèi)部的空間利用率，從而提高鋰離子電池的體積能量密度。

本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案為：一種無隔膜的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極，電解液，所述正極、負(fù)極交錯(cuò)疊層；所述負(fù)極包括負(fù)極集流體、涂覆于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料層；所述正極包括正極集流體、涂覆于所述正極集流體表面的正極材料層；所述正極和負(fù)極中至少其一的表面設(shè)有復(fù)合凝膠固化膜。

在本實(shí)用新型中，所述復(fù)合凝膠固化膜由漿料固化而成。所述漿料包括A組份和B組份；所述A組份包括4-10重量份偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、10-20重量份二氧化硅、6-8重量份埃洛石管、3-5重量份海藻酸鈉、40-60重量份乙醇、80-100重量份水；所述B組份包括1-3重量份氯化鈣、40-60重量份水。

本實(shí)用新型不設(shè)有隔膜，以涂覆于極片表面的復(fù)合凝膠固化膜代替隔膜，大大提高了電芯的體積利用率，從而提高鋰離子電池的體積能量密度。形成該復(fù)合凝膠固化膜的漿料中，二氧化硅和埃洛石管作為無機(jī)材料，具有良好了絕緣性和耐熱性，電芯在高溫下不會(huì)發(fā)生復(fù)合凝膠固化膜收縮或熔融的情況。并且埃洛石管為一種中空的管狀結(jié)構(gòu)，具有多孔性，對(duì)電解液具有良好浸潤(rùn)性，可以降低內(nèi)阻，提高電池性能。海藻酸鈉與氯化鈣反應(yīng)后生成固體凝膠，能夠吸附大量的電解液，進(jìn)一步降低內(nèi)阻。

通過上述技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的無隔膜化，電池制備工藝簡(jiǎn)單，降低了電池成本，同時(shí)由于涂覆的隔膜與極片結(jié)合更緊密，有利于提高電池的安全性能和電化學(xué)性能，比較適合電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車使用，這些有益效果對(duì)鋰離子電池在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用起到了良好的促進(jìn)作用。

作為優(yōu)選，所述復(fù)合凝膠固化膜設(shè)于負(fù)極表面。

作為優(yōu)選，所述負(fù)極材料層為多孔聚酰亞胺負(fù)極層。

所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層由聚酰亞胺負(fù)極漿料固化而成；所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層的厚度為50-200微米；所述聚酰亞胺負(fù)極漿料包括70-83重量份聚酰亞胺、15-20重量份導(dǎo)電劑、2-10重量份粘結(jié)劑、1-3重量份致孔劑、40-80重量份有機(jī)溶劑；其中聚酰亞胺、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的總和為100重量份。

聚酰亞胺為一種特種工程塑料，其具有耐高溫（400℃以上）、耐腐蝕、機(jī)械性能好、合成簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，其分子鏈中含有大量?；鶊F(tuán)，由于?；哂卸嘀匮趸瘧B(tài)，在一定條件下，可以同金屬離子如鋰離子、鈉離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因而聚酰亞胺可以作為鋰離子電池的負(fù)極材料。本實(shí)用新型以傳統(tǒng)鋰離子電池正極材料為正極，以高分子量聚酰亞胺作為負(fù)極材料，依靠聚酰亞胺分子中的?；l(fā)生電化學(xué)氧化-還原反應(yīng)完成能量轉(zhuǎn)移。使用聚酰亞胺作為負(fù)極材料，不存在石墨類材料首次充電SEI成膜過程中對(duì)容量的損耗，也不存在SEI的不斷修復(fù)及溶劑分子共插入而導(dǎo)致電池容量衰減問題。在本實(shí)用新型中，多孔聚酰亞胺負(fù)極層為多孔狀，能夠依靠孔隙吸收電解液以進(jìn)一步降低負(fù)極鋰離子傳導(dǎo)阻礙。

并且，在本實(shí)用新型中，多孔聚酰亞胺負(fù)極層與復(fù)合凝膠固化膜相配合，具有額外的有益效果：由于負(fù)極多孔聚酰亞胺負(fù)極層為高分子材料，與復(fù)合凝膠固化膜的漿料中的粘結(jié)劑形成較強(qiáng)的結(jié)合力，因而復(fù)合凝膠固化膜能夠緊密的粘接在多孔聚酰亞胺負(fù)極層上，不會(huì)發(fā)生將漿料涂覆在傳統(tǒng)負(fù)極上出現(xiàn)的脫落或掉粉等問題。正是由于復(fù)合凝膠固化膜與多孔聚酰亞胺負(fù)極層能夠緊密的貼合，使得復(fù)合凝膠固化膜與負(fù)極之間的接觸界面更加緊密，有利降低鋰離子傳導(dǎo)的界面阻抗，提高電池倍率充放電性能。而且多孔聚酰亞胺負(fù)極層由于是塑料材質(zhì)，具有更好的韌性，在電池制作過程中將負(fù)極卷曲或彎折時(shí)，不易斷裂，附著在負(fù)極上的復(fù)合凝膠固化膜也不易脫落。

作為優(yōu)選，所述負(fù)極集流體為銅箔，所述正極集流體為鋁箔。

作為優(yōu)選，所述負(fù)極集流體為表面涂覆有導(dǎo)電涂層的銅箔。

在銅箔上預(yù)涂有導(dǎo)電涂層，導(dǎo)電底涂層可以提高聚酰亞胺與銅箔集流體之間的粘結(jié)效果，并且進(jìn)一步克服聚酰亞胺導(dǎo)電性不佳的缺點(diǎn)。

作為優(yōu)選，所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層的孔隙率為5-20%，孔徑為5-50微米。

作為優(yōu)選，所述復(fù)合凝膠固化膜的單層厚度為10-30微米，所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層的厚度為50-200微米；所述正極集流體的厚度為50-200微米；所述銅箔的厚度為8-12微米，所述正極集流體的厚度為8-12微米，，所述導(dǎo)電涂層的厚度為1.5-2.5微米。

與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的鋰離子電池不設(shè)有隔膜，大幅提高了鋰離子電池電芯內(nèi)部的空間利用率，從而提高鋰離子電池的體積能量密度。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例4的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例5的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記為：負(fù)極集流體1、負(fù)極材料層2、正極集流體3、正極材料層4、復(fù)合凝膠固化膜5、導(dǎo)電涂層6。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種無隔膜的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極，電解液，且不設(shè)有隔膜。所述正極、負(fù)極交錯(cuò)疊層；所述負(fù)極包括負(fù)極集流體1、涂覆于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料層2；所述正極包括正極集流體3、涂覆于所述正極集流體表面的正極材料層4；所述負(fù)極表面設(shè)有復(fù)合凝膠固化膜5。所述負(fù)極材料層為多孔聚酰亞胺負(fù)極層。所述負(fù)極集流體為銅箔，所述正極集流體為鋁箔。

所述復(fù)合凝膠固化膜的單層厚度為20微米，所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層的厚度為125微米，所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層的孔隙率為15%，孔徑為5-50微米；所述正極材料層的厚度為125微米，所述銅箔的厚度為10微米，所述鋁箔的厚度為10微米。

所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層由聚酰亞胺負(fù)極漿料固化而成；所述聚酰亞胺負(fù)極漿料包括76重量份分子量為350000左右的聚酰亞胺、18重量份導(dǎo)電碳黑、6重量份SBR、2重量份PEG1000、60重量份NMP。

所述復(fù)合凝膠固化膜由漿料固化而成；所述漿料包括A組份和B組份；所述A組份包括7重量份偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、15重量份二氧化硅、7重量份埃洛石管、4重量份海藻酸鈉、50重量份乙醇、90重量份水；所述B組份包括2重量份氯化鈣、50重量份水。上述漿料的涂覆方法為，將組份A先涂覆于多孔聚酰亞胺負(fù)極層的表面，然后滴加B組分，交聯(lián)反應(yīng)后成型，烘干、固化后即可。

實(shí)施例2

如圖2所示，一種無隔膜的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極，電解液，且不設(shè)有隔膜。所述正極、負(fù)極交錯(cuò)疊層；所述負(fù)極包括負(fù)極集流體1、涂覆于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料層2；所述正極包括正極集流體3、涂覆于所述正極集流體表面的正極材料層4；所述負(fù)極的表面設(shè)有復(fù)合凝膠固化膜5。正極集流體為鋁箔，負(fù)極集流體為表面涂覆有導(dǎo)電涂層6的銅箔。所述負(fù)極材料層為多孔聚酰亞胺負(fù)極層。

所述復(fù)合凝膠固化膜的單層厚度為10微米，所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層的厚度為50微米，多孔聚酰亞胺負(fù)極層的孔隙率為20%，孔徑為5-50微米；所述銅箔的厚度為8微米，導(dǎo)電涂層厚度為1.5微米，所述正極集流體的厚度為9微米。

所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層由聚酰亞胺負(fù)極漿料固化而成；所述聚酰亞胺負(fù)極漿料包括70重量份分子量為900000左右的聚酰亞胺、20重量份導(dǎo)電纖維、10重量份PVDF、1重量份PEG4000、40重量份DMAC。

所述復(fù)合凝膠固化膜由漿料固化而成；所述漿料包括A組份和B組份；所述A組份包括4重量份偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、10重量份二氧化硅、6重量份埃洛石管、3重量份海藻酸鈉、40重量份乙醇、80重量份水；所述B組份包括1重量份氯化鈣、40重量份水。

實(shí)施例3

如圖3所示，一種無隔膜的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極，電解液，且不設(shè)有隔膜。所述正極、負(fù)極交錯(cuò)疊層；所述負(fù)極包括負(fù)極集流體1、涂覆于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料層2；所述正極包括正極集流體3、涂覆于所述正極集流體表面的正極材料層4；所述正極的表面設(shè)有復(fù)合凝膠固化膜5。正極集流體為鋁箔，負(fù)極集流體為銅箔。

所述復(fù)合凝膠固化膜的單層厚度為30微米，所述銅箔的厚度為12微米，鋁箔厚度為12微米，正極材料層厚度為200微米，負(fù)極材料層的厚度為200微米。

所述復(fù)合凝膠固化膜由漿料固化而成；所述漿料包括A組份和B組份；所述A組份包括8重量份偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、16重量份二氧化硅、7重量份埃洛石管、4重量份海藻酸鈉、45重量份乙醇、95重量份水；所述B組份包括2重量份氯化鈣、45重量份水。

實(shí)施例4

如圖4所示，一種無隔膜的鋰離子電池，包括正極、負(fù)極，電解液，且不設(shè)有隔膜。所述正極、負(fù)極交錯(cuò)疊層；所述負(fù)極包括負(fù)極集流體1、涂覆于所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料層2；所述正極包括正極集流體3、涂覆于所述正極集流體表面的正極材料層4；所述正極和負(fù)極的表面設(shè)有復(fù)合凝膠固化膜5。正極集流體為鋁箔，負(fù)極集流體為表面涂覆有導(dǎo)電涂層6的銅箔。所述負(fù)極材料層為多孔聚酰亞胺負(fù)極層。

所述復(fù)合凝膠固化膜的單層厚度為20微米，所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層的厚度為200微米，多孔聚酰亞胺負(fù)極層的孔隙率為5%，孔徑為5-50微米；正極材料層的厚度為200微米；所述銅箔的厚度為12微米，導(dǎo)電涂層厚度為2.5微米，所述正極集流體的厚度為12微米。

所述復(fù)合凝膠固化膜由漿料固化而成；所述漿料包括A組份和B組份；所述A組份包括8重量份偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、16重量份二氧化硅、7重量份埃洛石管、4重量份海藻酸鈉、45重量份乙醇、95重量份水；所述B組份包括2重量份氯化鈣、45重量份水。

所述多孔聚酰亞胺負(fù)極層由聚酰亞胺負(fù)極漿料固化而成；所述聚酰亞胺負(fù)極漿料包括83重量份分子量為1500000左右的聚酰亞胺、15重量份碳納米管、2重量份SBR、3重量份碳酸氫銨、80重量份DMAC。

本實(shí)用新型中所用原料、設(shè)備，若無特別說明，均為本領(lǐng)域的常用原料、設(shè)備；本實(shí)用新型中所用方法，若無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效變換，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。