锂离子电池的制作方法

1.本实用新型涉及电池领域，尤其是涉及一种锂离子电池。


背景技术：

2.可充电锂离子电池通常包括一个或多个电化学电池单元，该一个或多个电化学电池单元中的每一个具有负极、正极以及用于在负极与正极之间传导锂离子的电解质。由液体电解质溶液润湿的多孔隔膜设置在负极与正极之间，以在允许离子自由流动的同时，使电极在物理上彼此分离，并彼此电绝缘。负极以及正极中的每一个通常承载在金属集流器上，或连接至该金属集流器。集流器可经由可中断外部电路彼此连接，在电池的充电及放电期间，电子可通过该可中断外部电路从一个电极传递至另一电极，与此同时，锂离子沿着相反的方向迁移穿过电化学电池单元。
3.在放电期间，负极含有相对高浓度的插入锂，该插入锂氧化生成锂离子及电子。锂离子通过电解质（即穿过多孔隔膜）从负极（阴极）行进至正极（阳极）。与此同时，电子通过外部电路从负极传递至正极。锂离子通过电化学还原反应同化到正极材料中。电池可在其可用电量部分或全部放电之后通过外部电源进行再充电，这可逆转在放电期间发生的电化学反应。
4.在再充电期间，正极中的插入锂氧化生成锂离子及电子。锂离子经由电解质（即穿过多孔隔膜）从正极行进至负极，且电子通过外部电路传递至负极。锂阳离子在负极处被还原为元素锂，并储存在负极材料中以重新使用。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种锂离子电池，其中，正极集流体和负极集流体的接触表面积增大，从而降低了正极集流体和负极集流体的导电内阻，从而增大了正极集流体和负极集流体的导电能力。此外，通过在正极集流体和负极集流体上分别涂覆导电材料，能够进一步降低其导电内阻，增大其导电能力。
6.根据本实用新型的一个方面，提供了一种锂离子电池，包括：正极集流体，所述正极集流体的表面上设置有正极活性材料；负极集流体，所述负极集流体的表面上设置有负极活性材料，并且所述负极集流体与所述正极集流体相对布置；布置在所述正极活性材料和所述负极活性材料之间的隔膜和电解质；与所述正极集流体电接触的正极柱；与所述负极集流体电接触的负极柱；以及外壳，所述外壳封装所述正极集流体、所述负极集流体、所述隔膜和电解质，并且其中，所述正极柱和所述负极柱穿过所述外壳；其中，所述正极集流体和所述负极集流体的表面包括有序和/或随机的纹理结构。
7.可选地，在一些实施例中，在所述正极集流体和所述正极活性材料之间，以及在所述负极集流体和所述负极活性材料之间，分别设置有厚度在0.5微米至2微米的范围内的导电材料层。
8.可选地，在一些实施例中，所述导电材料层由石墨烯和/或碳纳米管形成。
9.可选地，在一些实施例中，所述正极集流体由厚度在12微米至25微米的范围内的铝箔制成。
10.可选地，在一些实施例中，所述负极集流体由厚度在6微米至18微米的范围内的铜箔制成。
11.可选地，在一些实施例中，所述正极活性材料包括锰酸锂（limn2o4）、钴酸锂（licoo2）和磷酸铁锂（lifepo4）中的至少一种。
12.可选地，在一些实施例中，所述负极活性材料包括石墨、石墨和硅的混合物、二氧化钛（tio2）和钛酸锂（li4ti5o12）中的至少一种。
13.可选地，在一些实施例中，所述纹理结构包括位于所述表面中的多个凹坑。
14.可选地，在一些实施例中，所述多个凹坑中的每一个凹坑具有大于零且小于或等于5微米的深度和大于零且小于或等于100微米的开口直径。
15.可选地，在一些实施例中，对所述正极集流体和所述负极集流体的表面以及所述多个凹坑的表面还包括通过表面粗糙化处理获得的随机的纹理结构。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为根据本实用新型实施例的锂离子电池的结构示意图；
18.图2为图1所示的锂离子电池中的集流体的结构示意图；
19.图3为图2所示的集流体沿平面f进行剖切且沿方向a-a观察到的剖视图；以及
20.图4示意性地示出了图2所示的集流体经受了表面粗糙化处理之后的情形。
21.需要指出的是，附图仅用于对本实用新型的实施例进行说明，因此其不必按照比例绘制，并且附图中相同的附图标记指示相同或相似的部件、元件和部分。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.根据本实用新型的一个方面，提供了一种锂离子电池。如图1所示，锂离子电池100可以包括：正极集流体101，所述正极集流体的表面上设置有正极活性材料102；负极集流体104，所述负极集流体的表面上设置有负极活性材料107，并且负极集流体104与正极集流体101相对布置；布置在正极活性材料102和负极活性材料107之间的隔膜和电解质103；与正极集流体101电接触的正极柱106；与负极集流体104电接触的负极柱105；以及外壳108，所述外壳封装正极集流体101、负极集流体104、隔膜和电解质103，并且其中，正极柱106和负极柱105穿过所述外壳108；其中，正极集流体101和负极集流体104的表面包括有序和/或随机的纹理结构。隔膜和电解质103以连续的“几”形在正极集流体101和负极集流体104之间
延伸，包围正极集流体101和负极集流体104，并将正极集流体101和负极集流体104彼此隔开。需要理解的是，在本文中，“有序的纹理结构”是指在集流体的表面上通过具有特定形状和构造的微结构按照一定的规律布置成阵列的形式而形成的纹理结构，如下文中将参照图2描述的那样；而“随机的纹理结构”是指在集流体的表面上通过没有特定形状和构造的微结构以无特定规律方式任意布置而形成的纹理结构。因此，在本文中，“随机的纹理结构”也包括通过合适的表面粗糙化处理在集流体的表面上形成粗糙化表面所具有的纹理结构。
24.在本实用新型的一些实施例中，正极集流体101可以由厚度在12微米至25微米的范围内的铝箔制成。在本实用新型的另一些实施例中，负极集流体104可以由厚度在6微米至18微米的范围内的铜箔制成。在本实用新型的锂离子电池100中，通过对正极集流体101进行表面处理，使得其表面积在原来的基础上增加了至少1.5倍，从而降低了铝箔的导电内阻，增加了其导电能力；此外，通过对负极集流体104进行表面处理，使得其表面积在原来的基础上增加了至少1.3倍，从而降低了铜箔的导电内阻，增加了其导电能力。由此，有利于实现锂离子电池100的快充快放能力。
25.在本实用新型的一些实施例中，在正极集流体101和正极活性材料102之间可以设置厚度在0.5微米至2微米的范围内的导电材料层。可选地，在负极集流体104和负极活性材料107之间，也可以设置厚度在0.5微米至2微米的范围内的导电材料层。在本实用新型的一些实施例中，所述导电材料层由石墨烯和/或碳纳米管形成。
26.铝的电阻率为2.83
×
10-8ωm，铜的电阻率为1.75
×
10-8ωm，而石墨烯或碳纳米管具有更小的电阻率。因此，通过设置由石墨烯和/或碳纳米管形成的导电材料层，能够进一步减小正极集流体101和负极集流体104的导电内阻，增大它们的导电能力。
27.可选地，在一些实施例中，正极活性材料102可以包括锰酸锂（limn2o4）、钴酸锂（licoo2）和磷酸铁锂（lifepo4）中的至少一种。
28.可选地，在一些实施例中，负极活性材料107可以包括石墨、石墨和硅的混合物、二氧化钛（tio2）和钛酸锂（li4ti5o12）中的至少一种。
29.参见图2，其示意性地示出了图1所示的锂离子电池中的集流体101、104的结构。如图2所示，集流体101、104具有第一表面301和相反的第二表面302。第一表面301上可设置有多个圆形的凹坑303，以形成该表面上的纹理结构。容易理解的是，凹坑303的形状也可以是任何合适的其他形状，例如三角形、矩形、椭圆形等等，本文对凹坑303的形状不作具体限制。可选地，在一些实施例中，第二表面302上也可以设置有多个凹坑303。
30.参见图3并结合参见图2，图3中示出了图2中的集流体101、104沿平面f剖切且沿方向a-a观察到的剖视图。如图3所示，每个凹坑303具有一定的深度h和开口直径w。可选地，在一些实施例中，深度h可以在大于零且小于等于5微米的范围内，开口直径w可以大于零且小于100微米的范围内。需要指出的是，图2、图3仅仅示出了集流体表面上的纹理结构一种示例性实施例，但根据本实用新型的集流体表面上的纹理结构并不局限于此。例如，第一表面301和/或第二表面302上还可替代地或附加地设置以下各项中的至少一项：多个凸起、多个凹凸条纹、多个网格。
31.参见图4，其示意性地示出了对图2所示的集流体101、104进行表面粗糙化处理之后的情形。在第一表面301和/或第二表面302上具有多个凹坑303的情况下，可以通过合适的化学试剂对集流体101、104进行表面粗糙化处理，以使第一表面301、第二表面302以及多
个凹坑303的表面被粗糙化以附加地获得随机的纹理结构，从而可以进一步增大集流体101、104的比表面积，降低其导电内阻，增加其导电能力。可选地，在一些实施例中，化学试剂可以是盐酸或硫酸。
32.本实用新型的说明书和权利要求中使用的措词“一”应当被理解为表示“至少一个”，除非清楚地给出相反的指示。
33.说明书和权利要求中所使用的短语“和/或”应当被理解为表示如此结合的元素的“任意一个或两个”，即在某些情况下连接地呈现而在其他情况下分离地呈现的元素。用“和/或”列出的多个元素应当被以相同的方式解释，即“一个或多个”如此结合的元素。除了由“和/或”分句特别表示的元素之外，其他元素可以可选地被呈现，无论与所特定标识的元素是相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，当结合开放式语言（比如“包括”）使用时“a和/或b”的引用在一个实施例中仅仅指a（可选地包括除了b之外的元素）；在另一个实施例中，仅仅指b（可选地包括除了a之外的元素）；在又一个实施例中指a和b二者（可选地包括其他元素）；等等。
34.说明书和权利要求中使用的关于一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应当被理解为表示选自元素列表中的任意一个或多个的至少一个元素，但是不必包括元素列表内特别列出的每个元素中的至少一个并且不排除元素的列表中的元素的任意组合。该定义还允许可以可选地呈现除了元素列表内特别标识的短语“至少一个”所指的元素之外的元素，无论是否与特别标识的那些元素相关。因此，作为非限制性实例，“a和b的至少一个”（或，等价地，“a或b的至少一个”或等价地，“a和/或b的至少一个”）在一个实施例中可以指至少一个a，可选地包括不止一个a，且没有b存在（且可选地包括除b之外的元素）；在另一个实施例中，指至少一个b，可选地包括不止一个b，且没有a存在（且可选地包括a之外的元素）；在又一个实施例中，是指至少一个a（可选地包括不止一个a）和至少一个b（可选地包括不止一个b）（且可选地包括其他元素）；等等。
35.在权利要求中以及在上述说明书中，所有过渡性短语比如“包括”、“含有”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“支撑”、“由
…
组成”等等被理解为开放式的，即表示包括但不限于此。只有过渡性短语“由
…
构成”和“基本由
…
构成”分别是封闭或半封闭的过渡性短语。
36.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括：正极集流体，所述正极集流体的表面上设置有正极活性材料；负极集流体，所述负极集流体的表面上设置有负极活性材料，并且所述负极集流体与所述正极集流体相对布置；布置在所述正极活性材料和所述负极活性材料之间的隔膜和电解质；与所述正极集流体电接触的正极柱；与所述负极集流体电接触的负极柱；以及外壳，所述外壳封装所述正极集流体、所述负极集流体、所述隔膜和电解质，并且其中，所述正极柱和所述负极柱穿过所述外壳；其中，所述正极集流体和所述负极集流体的表面包括有序和/或随机的纹理结构。2.如权利要求1所述的锂离子电池，其中，在所述正极集流体和所述正极活性材料之间，以及在所述负极集流体和所述负极活性材料之间，分别设置有厚度在0.5微米至2微米的范围内的导电材料层。3.如权利要求2所述的锂离子电池，其中，所述导电材料层由石墨烯和/或碳纳米管形成。4.如权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述正极集流体由厚度在12微米至25微米的范围内的铝箔制成。5.如权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述负极集流体由厚度在6微米至18微米的范围内的铜箔制成。6.如权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述纹理结构包括位于所述表面中的多个凹坑。7.如权利要求6所述的锂离子电池，其中，所述多个凹坑中的每一个凹坑具有大于零且小于或等于5微米的深度和大于零且小于或等于100微米的开口直径。8.如权利要求6所述的锂离子电池，其中，对所述正极集流体和所述负极集流体的表面以及所述多个凹坑的表面还包括通过表面粗糙化处理获得的随机的纹理结构。

技术总结
本实用新型涉及一种锂离子电池，包括：正极集流体，所述正极集流体的表面上设置有正极活性材料；负极集流体，所述负极集流体的表面上设置有负极活性材料，并且所述负极集流体与所述正极集流体相对布置；布置在所述正极活性材料和所述负极活性材料之间的隔膜和电解质；与所述正极集流体电接触的正极柱；与所述负极集流体电接触的负极柱；以及外壳，所述外壳封装所述正极集流体、所述负极集流体、所述隔膜和所述电解质，并且其中，所述正极柱和所述负极柱穿过所述外壳；其中，所述正极集流体和所述负极集流体的表面包括有序和/或随机的纹理结构。结构。结构。


技术研发人员：托马斯
受保护的技术使用者：托马斯
技术研发日：2021.07.05
技术公布日：2022/5/25