一種電化學(xué)儲(chǔ)能器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電化學(xué)儲(chǔ)能器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 1991年，日本索尼公司創(chuàng)造性的采用炭材料作為鋰離子電池陽極材料，為鋰離子 電池領(lǐng)域帶來了革命性的變化；自此之后，鋰離子電池技術(shù)迅猛發(fā)展，在移動(dòng)電話、攝像機(jī)、 筆記本電腦以及其他便攜式電器上面大量運(yùn)用。鋰離子電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如電壓高、 體積小、質(zhì)量輕、比能力高、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長等，是二十一世紀(jì)理 想的移動(dòng)電器電源、電動(dòng)汽車電源以及儲(chǔ)電站用儲(chǔ)電器。然而，電動(dòng)汽車（EV)和儲(chǔ)能電站 (ES)使用的鋰電池，單電芯具有更高的容量和更大的體積尺寸，一旦發(fā)熱、著火燃燒會(huì)產(chǎn)生 嚴(yán)重的后果，因而需要更好的安全性。目前，解決電芯安全性問題的主要途徑有：設(shè)計(jì)安全 性能更可靠的電芯結(jié)構(gòu)、在電極膜片或者隔離膜上涂覆陶瓷層以及使用聚合物電解質(zhì)取代 傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)等。
[0003] 在電極膜片或者隔離膜上涂覆陶瓷層后，在濫用狀況下，陶瓷層可有有效的阻隔 正負(fù)極片之間電子導(dǎo)通，出現(xiàn)大電流放電發(fā)熱狀況，從而提高電芯的安全性能；但是，由于 增加了陶瓷處理層，不僅使得制造成本升高，而且增加了原材料成本（陶瓷、粘接劑等），同 時(shí)陶瓷層還增加了電芯厚度，降低了電芯的能量密度。
[0004] 聚合物凝膠電解質(zhì)是采用高分子量聚合物分散在碳酸酯溶劑中，通過高分子鏈段 和碳酸酯溶劑之間的相互作用（范德華力、氫鍵等）來包覆和鎖定碳酸酯溶劑，形成一種高 電導(dǎo)率的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)。由于碳酸酯分子被高分子鏈鎖定，聚合物凝膠電解質(zhì)中不存在游 離態(tài)的碳酸酯，因而不容易產(chǎn)生漏液和鼓脹現(xiàn)象，一般而言相對于液態(tài)電解質(zhì)，聚合物凝膠 電解質(zhì)不易發(fā)熱和燃燒，具有更好的安全性。但是，現(xiàn)階段的聚合物電解質(zhì)，往往會(huì)降低電 芯的倍率性能及低溫性能，限制了其在功率型器件以及低溫環(huán)境中使用的儲(chǔ)能器件上的應(yīng) 用。
[0005] 有鑒于此，確有必要開發(fā)一種新的儲(chǔ)能器件，兼具優(yōu)良的電化學(xué)性能、安全性能以 及低的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供的一種電化學(xué)儲(chǔ)能器件：包括 正極片、負(fù)極片、隔離膜、電解質(zhì)和密封部件，其中：負(fù)極片由集流體和涂層組成，單面涂層 厚度為hi;隔離膜布置于正極片和負(fù)極片之間，厚度為h2 ;則負(fù)極集流體在裁切過沖中的 拉絲長度al< 1. 2X(hl+h2)。使用該集流體的電化學(xué)儲(chǔ)能器件，在濫用（異物刺穿電芯） 時(shí)，正極集流體拉絲較短（不超過1. 2X(hl+h2))，負(fù)極片與正極片之間無電子通道或少量 電子通道，產(chǎn)熱較少，因此電芯具有更高的抗刺穿安全性能。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] 一種電化學(xué)儲(chǔ)能器件，包括正極片、負(fù)極片、隔離膜、電解質(zhì)和密封部件，其中：
[0009] 負(fù)極片由負(fù)極集流體和負(fù)極涂層組成，單面負(fù)極涂層的厚度為hi;
[0010] 隔離膜布置于正極片和負(fù)極片之間，其隔離膜的厚度為h2 ;
[0011] 負(fù)極集流體在裁切過沖中的拉絲長度al< 1. 2X(hl+h2);
[0012] 作為本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能器件的一種改進(jìn)，al〈(hl+h2)。
[0013] 作為本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能器件的一種改進(jìn)，al彡0. 8X(hl+h2)。
[0014] 作為本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能器件的一種改進(jìn)，所述負(fù)極集流體的材質(zhì)為金屬銅、金屬 鎳和銅合金中的至少一種，負(fù)極集流體的厚度h3小于或等于30ym;負(fù)極集流體上設(shè)置有 緩沖層，緩沖層設(shè)置于負(fù)極集流體的至少一個(gè)表面上；所述緩沖層是指介于涂敷層與基材 之間的功能層，如改善集流體與涂敷層之間粘接力的底涂層、減小集流體與涂敷層之間電 阻的底涂層以及為了改善電池安全性能而設(shè)置于集流體與涂敷層之間的功能層等。
[0015] 作為本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能器件的一種改進(jìn)，所述負(fù)極集流體的拉伸強(qiáng)度大于或等于 200MPa，負(fù)極集流體的延展率小于或等于8 %。
[0016] 作為本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能器件的一種改進(jìn)，所述負(fù)極集流體的拉伸強(qiáng)度大于或等于 300MPa，負(fù)極集流體的延展率小于或等于6 %。
[0017] 作為本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能器件的一種改進(jìn)，所述負(fù)極涂層包括負(fù)極活性物質(zhì)、粘接 劑和導(dǎo)電劑，其質(zhì)量比例關(guān)系為100:0. 2~15:0. 1~15,且hi彡10ym，充電過程中負(fù)極 涂層的體積膨脹率大于或等于5%。
[0018] 作為本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能器件的一種改進(jìn)，所述負(fù)極活性物質(zhì)包括碳材料、含碳化 合物和非碳材料中的至少一種；導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電炭黑、超級(jí)導(dǎo)電炭、碳納米管、科琴黑和石 墨稀中的至少一種；所述粘接劑包括聚偏氟乙稀、十二烷基苯磺酸鈉和丁苯橡膠中的至少 一種。
[0019] 作為本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能器件的一種改進(jìn)，所述隔離膜為PP隔膜、PE隔膜、PP/PE復(fù) 合隔離膜以及對上述三類隔離膜進(jìn)行陶瓷處理后形成的隔離膜、進(jìn)行PVDF處理后形成的 隔離膜或進(jìn)行陶瓷-PVDF處理后形成的隔離膜。
[0020] 作為本發(fā)明電化學(xué)儲(chǔ)能器件的一種改進(jìn)，所述電化學(xué)儲(chǔ)能器件為電容器、鋰離子 電池、鋰硫電池、鈉離子電池或鎳氫電池。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明儲(chǔ)能器件具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 首先，由于本儲(chǔ)能器件負(fù)極集流體具有al彡1. 2X(hl+h2)的特征，在濫用（異物 刺穿電芯）時(shí)，負(fù)極集流體拉絲較短（不超過1.2X(hl+h2))，負(fù)極片與正極片之間無電子 通道或少量電子通道，產(chǎn)熱較少，因此電芯具有更高的抗刺穿安全性能。
[0023] 其次，本儲(chǔ)能器件所使用的負(fù)極集流體拉絲較短，強(qiáng)度高，其對電極膨脹的束縛能 力更強(qiáng)，因此其運(yùn)用于充放電過充中體積膨脹率不小于5%的負(fù)極材料時(shí)，制備出來的電化 學(xué)儲(chǔ)能器件循環(huán)后變形更少，體積膨脹率更低。
[0024] 最后，本發(fā)明制備出來的儲(chǔ)能器件，具有優(yōu)良的電化學(xué)性能；且制造成本低廉，工 藝簡單，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0026] 比較例1
[0027]負(fù)極片的制備：選擇拉伸強(qiáng)度為450MPa、延展率為3 %、厚度為12ym的改性銅箔 為負(fù)極集流體；以石墨為活性物質(zhì)、SBR為粘接劑、CMC為增稠劑、Sypper-P為導(dǎo)電劑按 照95 :2 :2 :1的質(zhì)量比例配制漿料，涂敷在上述負(fù)極集流體上，冷壓后形成的單面負(fù)極涂 層的厚度為15ym，之后制備成負(fù)極片，經(jīng)測試，制備成電極后，負(fù)極集流體的拉絲長度為 62um；
[0028] 裸電芯的制備：將正極片、負(fù)極片與厚度為16 ym的隔離膜組裝成裸電芯；
[0029] 成品電芯的制備：將上述裸電芯入袋（選擇鋁塑膜為包裝袋），之后干燥、注液、封 裝，靜置后待電解液充分浸潤，之后化成、除氣、整形得到成品電芯。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 與比較例1的不同之處在于：冷壓后形成的單面負(fù)極涂層的厚度為35. 7ym。
[0032] 其余與比較例1相同，不再贅述。
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 與比較例1的不同之處在于：冷壓后形成的單面負(fù)極涂層的厚度為46ym。
[0035] 其余與比較例1相同，不再贅述。
[0036] 實(shí)施例3
[0037] 與比較例1的不同之處在于：冷壓后形成的單面負(fù)極涂層的厚度為61. 5 ym。
[0038] 其余與比較例1相同，不再贅述。
[0039] 實(shí)施例4
[0040] 與比較例1的不同之處在于：冷壓后形成的單面負(fù)極涂層的厚度為72. 6ym。
[0041] 其余與比較例1相同，不再贅述。
[0042] 實(shí)施例5
[0043] 與實(shí)施例2的不同之處在于：冷壓后形成的單面負(fù)極涂層的厚度為44. 4ym。組 裝時(shí)選擇的隔離膜厚度為12ym。
[0044] 其余與實(shí)施例2相同，不再贅述。
[0045] 實(shí)施例6
[0046] 與實(shí)施例2的不同之處在于：冷壓后單面涂層厚度為44. 9ym。組裝時(shí)選擇的隔 離膜厚度為24ym。
[0047] 其余與實(shí)施例2相同，不再贅述。
[0048] 實(shí)施例7
[0049] 負(fù)極片的制備：選擇拉伸強(qiáng)度為200MPa、延展率為8 %、厚度為30ym的改性銅箔 為負(fù)極集流體；以石墨+硅混合物（質(zhì)量比為90:10)為活性物質(zhì)、SBR為粘接劑、CMC為 增稠劑、Sypper-P為導(dǎo)電劑