专利名称：锂离子电池及其正极集流体的制作方法
技术领域：
本发明属于锂离子电池领域，尤其是一种具有良好安全性能的锂离子电池及其正 极集流体。
背景技术：
随着现代社会和科技的发展，摄像机、笔记本电脑、便携式DVD和数码相机等移动 设备有了越来越广泛的应用。锂离子电池作为一种绿色环保电池，具有高能量密度、高工作 电压和长使用寿命等优点，因此在各种移动设备中得到广泛应用。锂离子电池一般包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及 电解液。其中，正极片包括由铝箔制成的正极集流体和分布在正极集流体上的正极活性物 质，负极片包括负极集流体和分布在负极集流体上的负极活性物质。在锂离子电池的各种性能中，安全性能是最受关注的一项性能指标。为了提高锂 离子电池的安全性能，现有技术已提出了各种技术方案。但是，近年来仍然发生了多起由于 电池失效引起的飞机着火、笔记本电脑着火等安全事故，给锂离子电池厂家带来了巨大的 经济损失，也严重影响了使用者的生命和财产安全。有鉴于此，确有必要提供一种具有良好安全性能的锂离子电池。
发明内容
经过反复试验和综合分析得知内部短路是造成锂离子电池发生失效的主要原 因，而电池内部的短路中最容易导致电池热失控的模式是正极集流体铝箔和充电的负极之 间的短路，因此降低因正极集流体铝箔和充电的负极之间的短路引起的电池热失控有着重 要的意义。但是，现有技术的锂离子电池通常采用铝箔作为正极集流体，其熔点约为660°C。 当锂离子电池发生内部短路时，铝箔正极集流体的熔融时间较长，使得电池的温度升高，影 响了锂离子电池的安全性能。本发明目的在于提供一种具有良好安全性能的锂离子电池及其正极集流体。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池的正极集流体，其是由铝 合金材料制成，熔点为580 650°C。相对于现有技术，本发明锂离子电池的正极集流体具有以下优点正极集流体由 铝合金材料制成，熔点约为580 650°C，低于纯铝正极集流体的熔点。当锂离子电池内发 生正极集流体和充电的负极石墨发生短路时，铝合金正极集流体可以在较低温度下熔断， 使短路变成断路，因此可显著降低因正极集流体与负极石墨短路引起的电池热失控现象发 生的几率，改善锂离子电池的安全性能。作为本发明锂离子电池的正极集流体的一种改进，所述由铝合金材料制成的正极 集流体的熔点为600 640°C。作为本发明锂离子电池的正极集流体的一种改进，所述铝合金材料含有1. Owt%Si 和 Fe，0. 05wt% Cu，0. 05wt% Mn，0. Iwt % Zn，0. 05wt% Ti，0. 15wt %其他合金元素和余 量的Al。作为本发明锂离子电池的正极集流体的一种改进，所述由铝合金材料制成的正极 集流体的熔点为580 610°C。作为本发明锂离子电池的正极集流体的一种改进，所述铝合金材料含有 0. 5-0. 9wt % Si，0. 6-1. Owt % Fe，0. Iwt % Cu，0. 2wt % Mn，0. 05wt % Mg，0. 05wt % Cr, 0. Iwt% Ζη,Ο. 08wt% Ti，0. 15衬％其他合金元素和余量的Al。作为本发明锂离子电池的正极集流体的一种改进，所述由铝合金材料制成的正极 集流体的熔点为607 650°C。作为本发明锂离子电池的正极集流体的一种改进，所述铝合金材料含有0. 25wt% Si，0. 4wt% Fe，0. Iwt % Cu，0. Iwt % Mn, 2. 2-2. 8wt % Mg，0· 15-0. 35wt % Cr,0. Iwt % Zn, 0. 15衬％其他合金元素和余量的Al。为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种锂离子电池，其包括正极片、负极 片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液，其中，正极片包括正极集流体和分 布在正极集流体上的正极活性物质，负极片包括负极集流体和分布在负极集流体上的负极 活性物质，其中，正极集流体为前述铝合金正极集流体。
具体实施例方式下面结合具体实施例，对本发明锂离子电池及其正极集流体进行详细说明，但本 发明的实施例不限于此。需要说明的是，除正极集流体外，本发明各个实施例中的锂离子电 池所用的其他材料均与现有技术锂离子电池所用的材料相同。实施例实施例1表1实施例 1铝合金正极集流体的成分(重量百分比，Wt% )
SiFe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 其他 Al 熔点(’C)
Si+ Fe=1.0 0.05 0.05 -- -- 0.1 0.05 0.15 余量 600-640正极片的制备将锂镍钴锰(NMC)、导电碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质 量比96 1.7 2. 3混合均勻，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均勻得到具有 一定流动性的正极浆料；将正极浆料分别涂布在由表1所列成分的1200铝合金材料制成 的铝合金正极集流体的两面，烘干成具有一定柔韧度的正极片；然后，经过冷压、分条，再用 4mmX0. Imm的铝片制成的正极极耳焊接在铝箔上制得正极片。负极片的制备将石墨A2、导电碳粉(Super-P)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶 (SBR)乳液按质量比95. 5 1.5 1.5 1. 5加入去离子水中混合并搅拌均勻，得到具有 一定流动性的负极浆料；将负极浆料涂布在9um厚的负极集流体金属铜箔的两面，烘干成 具有一定柔韧度的负极片；然后，经过冷压、分条，再用4mmX0. Imm的镍片制成的负极极耳 焊接在铜箔上后，制得负极片。锂离子电池的制备将按照前述工艺制好的正极片、负极片和本领域常用的聚乙 烯隔离膜通过卷绕制成18650型裸电芯，经过入壳、焊底、滚槽、真空干燥、注电解液、Al极 耳焊接、封口、套热塑管、化成、陈化等工艺，制得成品锂离子电池。实施例2表2实施例2 铝合金正极集流体的成分(重量百分比，wt% ) 正极片的制备将锂镍钴锰(NMC)、导电碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质 量比96 1.7 2. 3混合均勻，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均勻得到具有 一定流动性的正极浆料；将正极浆料分别涂布在由表2所列成分的8011铝合金材料制成 的铝合金正极集流体的两面，烘干成具有一定柔韧度的正极片；然后，经过冷压、分条，再用 4mmX0. Imm的铝片制成的正极极耳焊接在铝箔上制得正极片。负极片的制备将石墨A2、导电碳粉(Super-P)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶 (SBR)乳液按质量比95. 5 1.5 1.5 1. 5加入去离子水中混合并搅拌均勻，得到具有 一定流动性的负极浆料；将负极浆料涂布在9um厚的负极集流体金属铜箔的两面，烘干成具有一定柔韧度的负极片；然后，经过冷压、分条，再用4mmX0. Imm的镍片制成的负极极耳 焊接在铜箔上后，制得负极片。锂离子电池的制备将按照前述工艺制好的正极片、负极片和本领域常用的聚乙 烯隔离膜通过卷绕制成18650型裸电芯，经过入壳、焊底、滚槽、真空干燥、注电解液、Al极 耳焊接、封口、套热塑管、化成、陈化等工艺，制得成品锂离子电池。实施例3表3实施例3 铝合金正极集流体的成分(重量百分比，wt% ) 正极片的制备将锂镍钴锰(NMC)、导电碳粉(Super-P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比96 1.7 2. 3混合均勻，加入N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均勻得到具有 一定流动性的正极浆料；将正极浆料分别涂布在由表3所列成分的5052铝合金材料制成 的铝合金正极集流体的两面，烘干成具有一定柔韧度的正极片；然后，经过冷压、分条，再用 4mmX0. Imm的铝片制成的正极极耳焊接在铝箔上制得正极片。负极片的制备将石墨A2、导电碳粉(Super-P)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶 (SBR)乳液按质量比95. 5 1.5 1.5 1. 5加入去离子水中混合并搅拌均勻，得到具有 一定流动性的负极浆料；将负极浆料涂布在9um厚的负极集流体金属铜箔的两面，烘干成 具有一定柔韧度的负极片；然后，经过冷压、分条，再用4mmX0. Imm的镍片制成的负极极耳 焊接在铜箔上后，制得负极片。锂离子电池的制备将按照前述工艺制好的正极片、负极片和本领域常用的聚乙烯隔离膜通过卷绕制成18650型裸电芯，经过入壳、焊底、滚槽、真空干燥、注电解液、Al极 耳焊接、封口、套热塑管、化成、陈化等工艺，制得成品锂离子电池。将上述实施例1至3中的锂离子电池进行重物撞击Impact (UL1642)测试，测试后 将电池拆解并做断面分析。断面分析结果表明与负极膜片相接触的铝合金正极集流体都 经过熔融、冷却形成了铝珠，使得正极集流体与负极膜片的短路成为断路，有效降低了电池 热失控的几率。此外，本发明铝合金正极集流体的强度能够满足电池制作中的涂布、连续碾 压、分条和卷绕的需求。由于正极集流体只是做为膜片和电流的载体，并不参与电池中正负 极材料的充放电过程中的化学反应，因此对电池的电性能并没有影响。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可以对上述实施方 式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式
，对本 发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。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。
权利要求
一种锂离子电池的正极集流体，其特征在于所述正极集流体是由铝合金材料制成，熔点为580～650℃。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的正极集流体，其特征在于所述由铝合金材料 制成的正极集流体的熔点为600 640°C。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池的正极集流体，其特征在于所述铝合金材料含 有 1. 0wt% Si 和 Fe，0. 05wt% Cu，0. 05wt% Mn，0. lwt% Zn，0. 05wt% Ti，0. 15wt%其他合 金元素和余量的Al。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的正极集流体，其特征在于所述由铝合金材料 制成的正极集流体的熔点为580 610°C。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池的正极集流体，其特征在于所述铝合金材料含 有 0. 5-0. 9wt % Si,0. 6-1. Owt % Fe，0. lwt % Cu，0. 2wt % Mn，0. 05wt % Mg，0. 05wt % Cr, 0. lwt% Zn，0. 08wt% Ti，0. 15胃1%其他合金元素和余量的Al。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池的正极集流体，其特征在于所述由铝合金材料 制成的正极集流体的熔点为607 650°C。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池的正极集流体，其特征在于所述铝合金材料含 有 0. 25wt% Si，0. 4wt% Fe，0. lwt % Cu，0. lwt % Mn，2. 2-2. 8wt % Mg，0. 15-0. 35wt % Cr, 0. lwt% Zn，0. 15 1%其他合金元素和余量的Al。
8.—种锂离子电池，其包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜， 以及电解液，其中，正极片包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极活性物质，负极片 包括负极集流体和分布在负极集流体上的负极活性物质，其特征在于所述正极集流体为 权利要求1至7中任一项所述的正极集流体。
全文摘要
本发明公开了一种锂离子电池的正极集流体，其是由铝合金材料制成，熔点为580～650℃。本发明锂离子电池的正极集流体是由铝合金材料制成，熔点约为580～650℃，低于纯铝正极集流体的熔点。当锂离子电池内发生正极集流体和充电的负极石墨发生短路时，铝合金正极集流体可以在较低温度下熔断，使短路变成断路，因此可显著降低因正极集流体与负极石墨短路引起的电池热失控现象发生的几率，改善锂离子电池的安全性能。此外，本发明还公开了一种采用本发明铝合金正极集流体的锂离子电池。
文档编号H01M4/66GK101841040SQ20101018314
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者史册, 张介威, 李厚萍, 王淼, 程文强, 苏树发 申请人:东莞新能源科技有限公司