一种二次电池的制作方法

1.本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种二次电池。


背景技术：

2.锂离子电池因高能量密度、长寿命、无记忆效应、安全环保等特性，使其商业化得到了广泛的使用。而随着智能手环、智能手机、oled、ar/vr等可穿戴电子智能设备的普及与发展，导致设备的耗电量增加，续航能力大大缩短，严重影响人们的体验感，提升电池的续航能力成为了急需解决的问题。因此在对电池的能量密度要求越来越高的同时，对电池快速充电能力也提出了更高的要求，而目前市场上的锂离子电池很难满足大倍率的充电要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种二次电池，能够储存电解液，提高活性物质与集流体之间的浸润性，提高离子跃迁能力和速率；碳材料具有良好的导电性，降低离子迁移阻力，改善电池倍率。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种二次电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、负极片、隔膜以及电解液，所述正极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体至少一表面的正极活性材料层，所述负极片包括负极集流体和设置于所述负极集流体至少一表面的负极活性材料层，所述正极集流体和所述负极集流体为碳材料薄膜，所述碳材料薄膜具有多孔结构。
6.本发明采用多孔碳材料薄膜，能够储存电解液，使正/负极活性物质、集流体与隔膜之间的浸润性能更好，解决界面浸润问题，提高锂离子的跃迁能力与速率；本发明的碳材料薄膜导电性能优异，可进一步提升材料的导电性能，降低离子迁移过程中的阻力，提升充电性能；超薄负极涂层的制备，可缩短li离子迁移过程中的阻力，降低离子迁移的距离，从而提升其充电倍率。
7.作为本发明一种二次电池的一种改进，所述碳材料薄膜为碳纤维薄膜、聚四氟乙烯膜或碳纳米管膜金属复合膜中的一种。
8.作为本发明一种二次电池的一种改进，所述碳纤维薄膜的制备方法为：将二茂铁和噻吩按重量份数比为2～10:1～3混合溶解于溶剂中得到混合溶液，将混合溶液放置解炉裂中设置裂解温度为800～2000℃，裂解时间5～30min得到碳纤维薄膜。
9.作为本发明一种二次电池的一种改进，所述正极活性材料层包括具有核壳结构的正极活性材料。具有核壳结构的活性材料能够储存电解液，使正极活性物质、集流体、负极活性材料与隔膜之间的浸润性能更好，解决界面浸润问题，提高锂离子的跃迁能力与速率，碳材料导电性能优异，可进一步提升材料的导电性能，降低离子迁移过程中的阻力，从而改善电池倍率性能。优选地，正极集流体和负极集流体表面均设置有具有核壳结构的活性材
料。
10.作为本发明一种二次电池的一种改进，所述正极活性材料层中正极活性材料浓度由内向外减少。采用多次涂布技术或使用材料的密度不同，经过多模头涂布可实现浓度梯度的设置。
11.作为本发明一种二次电池的一种改进，所述正极活性材料的浓度梯度为1％～20％。正极活性材料层内侧的浓度较高，外侧的浓度较低。正极活性材料包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍锰酸锂、富锂锰以及磷酸铁锂中的一种或者几种。正极活性材料设置一定的浓度梯度，有利于离子的移动，提高性能。
12.作为本发明一种二次电池的一种改进，所述负极活性材料层包括碳基活性材料，硅基活性材料，锡基活性材料，含氮活性材料或合金类活性材料中的一种或多种负极活性材料。
13.作为本发明一种二次电池的一种改进，所述负极活性材料为纳米负极活性材料。通过高速分散器分散，使颗粒粒径达到100nm～20μm级别，分散设备转速10000r/min～30000r/min，负极材料的高速分散，是为了减小颗粒粒径，方便制备超薄涂层，充电时，缩短锂离子迁移距离，提升锂离子脱嵌速率，从而提升电池的大倍率充电问题。
14.作为本发明一种二次电池的一种改进，所述正极活性材料层和/或负极活性材料层的厚度为4μm～18μm。
15.作为本发明一种二次电池的一种改进，所述正极片和/或负极片的厚度为10μm～50μm。本发明的负极涂层较薄，可缩短锂离子迁移过程中的阻力，降低离子迁移的距离，从而提升其充电倍率。
16.相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的一种二次电池，能够储存电解液，提高活性物质与集流体之间的浸润性，提高离子跃迁能力和速率；碳材料具有良好的导电性，降低离子迁移阻力，改善电池倍率。
具体实施方式
17.下面结合具体实施方式和对比例，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
18.实施例1
19.一种二次电池的制备方法，包括如下步骤：
20.步骤一、将具有核壳结构的钴酸锂、聚偏氟乙烯、导电石墨按重量份数为93:2.5:3.5混合加入200ml的溶剂n-甲基吡咯烷酮中，配制得固含量为45％的正极浆料，将正极浆料搅拌均匀，采用多模多涂布，均匀涂覆在正极集流体表面，形成具有浓度梯度的核壳结构的正极活性材料层，面密度为150g/m2～200g/m2，正极活性材料层的厚度为10μm，然后把涂覆后的正极极片进行干燥和辊压，干燥的温度为100℃，时间为2h，辊压压力5t，得到厚度为40μm的正极片。
21.步骤二、将导电碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯、导电剂碳纳米管cnts按重量份数为85:6:4混合，加入高速分散器分散，调节分散设备转速10000r/min，使颗粒粒径达到300nm，分散后加入300ml的溶剂去离子水中，搅拌均匀，配制得到固含量为40％的负极浆料，将负极浆料多模多涂布，均匀涂覆在碳纤维薄膜的负极集流体表面，得到厚度为10μm，面密度为
15g/m2的负极活性材料涂层，把涂覆后的负极极片进行干燥和辊压，干燥的温度为100℃，时间为2.5h，辊压压力0.3t，得到厚度为30μm的负极片。
22.步骤三、将模切好的负极极片、聚丙烯隔膜、正极极片的按照顺序卷绕组装成电芯单体，并通过焊接极耳引出，正极极片与负极极片之间通过隔膜隔开，极耳采用铆焊的方式，将带极耳胶的金属极耳焊接于，最后通过顶&侧封将铝塑膜与裸电芯焊接在一起，得到电芯；
23.步骤四、将电芯放置于真空干燥箱中，真空干燥30h，然后测试电芯水分，水分小于120ppm时，在充满氩气或氮气的惰性气体的手套箱中注入电解液，抽气封口后，再通过二次注液，补偿损失电解液后，制得电池。
24.一种二次电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、负极片、隔膜以及电解液，所述正极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体至少一表面的正极活性材料层，所述负极片包括负极集流体和设置于所述负极集流体至少一表面的负极活性材料层，所述正极集流体和所述负极集流体为碳材料薄膜，所述碳材料薄膜具有多孔结构。
25.其中，正极集流体和负极集流体均为碳纤维薄膜集流体，所述碳纤维薄膜的制备步骤如下：使用溶剂将二茂铁和噻吩按重量份2:1混合溶解于溶剂中，制得混合溶液，该溶剂由甲醇和正己烷混合而成，甲醇与正己烷的体积比为20：1；混合溶液中二茂铁的浓度为12mg/ml，噻吩的浓度为5μl/ml；将混合溶液经裂解炉裂解，裂解温度为1800℃，时间为25min，得到碳纤维薄膜集流体，将碳纤维薄膜通过拉伸的方式收集在用润湿液润湿的基底表面，润湿液为30％体积的乙醇水溶液。
26.实施例2
27.与实施例1的区别在于：正极集流体和负极集流体均为碳纤维薄膜集流体，所述碳纤维薄膜的制备步骤如下：使用溶剂将二茂铁和噻吩按重量份3:1混合溶解于溶剂中，制得混合溶液，该溶剂由甲醇和正己烷混合而成，甲醇与正己烷的体积比为15：1；混合溶液中二茂铁的浓度为10mg/ml，噻吩的浓度为6μl/ml；将混合溶液经裂解炉裂解，裂解温度为1500℃，时间为20min，得到碳纤维薄膜集流体。
28.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
29.实施例3
30.与实施例1的区别在于：正极集流体和负极集流体均为碳纤维薄膜集流体，所述碳纤维薄膜的制备步骤如下：使用溶剂将二茂铁和噻吩按重量份5:1混合溶解于溶剂中，制得混合溶液，该溶剂由甲醇和正己烷混合而成，甲醇与正己烷的体积比为13：2；混合溶液中二茂铁的浓度为30mg/ml，噻吩的浓度为8μl/ml；将混合溶液经裂解炉裂解，裂解温度为1200℃，时间为30min，得到碳纤维薄膜集流体。
31.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
32.实施例4
33.与实施例1的区别在于：正极集流体和负极集流体均为碳纤维薄膜集流体，所述碳纤维薄膜的制备步骤如下：使用溶剂将二茂铁和噻吩按重量份6:1混合溶解于溶剂中，制得混合溶液，该溶剂由甲醇和正己烷混合而成，甲醇与正己烷的体积比为13：1；混合溶液中二茂铁的浓度为20mg/ml，噻吩的浓度为5μl/ml；将混合溶液经裂解炉裂解，裂解温度为1600
℃，时间为26min，得到碳纤维薄膜集流体。
34.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
35.实施例5
36.与实施例1的区别在于：正极集流体和负极集流体均为碳纤维薄膜集流体，所述碳纤维薄膜的制备步骤如下：使用溶剂将二茂铁和噻吩按重量份5:1混合溶解于溶剂中，制得混合溶液，该溶剂由甲醇和正己烷混合而成，甲醇与正己烷的体积比为13：2；混合溶液中二茂铁的浓度为30mg/ml，噻吩的浓度为4μl/ml；将混合溶液经裂解炉裂解，裂解温度为2000℃，时间为10min，得到碳纤维薄膜集流体。
37.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
38.实施例6
39.与实施例1的区别在于：正极集流体和负极集流体均为碳纤维薄膜集流体，所述碳纤维薄膜的制备步骤如下：使用溶剂将二茂铁和噻吩按重量份5:1混合溶解于溶剂中，制得混合溶液，该溶剂由甲醇和正己烷混合而成，甲醇与正己烷的体积比为13：2；混合溶液中二茂铁的浓度为30mg/ml，噻吩的浓度为4μl/ml；将混合溶液经裂解炉裂解，裂解温度为1200℃，时间为30min，得到碳纤维薄膜集流体。
40.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
41.对比例1
42.与实施例1的区别在于：所述正极集流体和负极集流体为市售的聚四氟乙烯膜。
43.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
44.性能测试
45.将实施例1-6以及对比例1制备出的二次电池进行性能测试，测试结果如下表1。
46.1、在25℃下，将锂离子二次电池以1c恒流充电至4.25v，之后以4.25v恒压充电至电流为0.05c，静置5min，然后以1c恒流放电至2.8v，此为一个充放电循环过程，此次的放电容量为首次循环的放电容量。将锂离子二次电池按照上述方法进行200次循环充放电测试，记录每一次循环的放电容量，结果记录表1。循环容量保持率(％)＝第200次循环的放电容量/首次循环的放电容量
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100％。
47.2、吸液量测试：测试时将隔膜样品裁成一定尺寸，在常温下浸润于电解液中0.5h，浸润前后单位面积隔膜样品的重量差即为吸液量，结果记录表1。
48.表1
[0049][0050]
由上表1可以得出，由本发明制备方法制得的二次电池相对于现有技术具有更好的容量保持率和吸液量，在200次充放电循环后容量保持率达到88％，吸液量达到1.85mg/cm2，相对于对比例1容量保持率提高了12％，吸液量提高了242％。
[0051]
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。