一種碳膜鋰離子電池負(fù)極及生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種碳膜鋰離子電池負(fù)極及生產(chǎn)方法，碳膜既可以作為負(fù)極集流體又可以作為負(fù)極活性物質(zhì)。所述碳膜可以是中間相碳膜，即有機(jī)高分子材料在800℃到2000℃碳化形成的碳膜，碳含量在90%以上；也可以是石墨膜，中間相碳膜在2000℃以上高溫石墨化形成的石墨膜，碳含量在99%以上；還可以是復(fù)合碳膜，中間層為石墨，外層為中間相碳。
【專利說(shuō)明】
一種碳膜鋰離子電池負(fù)極及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及到鋰離子電池，特別是鋰離子電池的負(fù)極。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池的負(fù)極主要包括負(fù)極集流體、負(fù)極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、負(fù)極添加劑。負(fù)極集流體一般為銅箔，負(fù)極活性物質(zhì)一般為碳材料，粘結(jié)劑一般為有機(jī)高分子粘結(jié)劑，添加劑一般為導(dǎo)電劑。其中只有負(fù)極活性物質(zhì)參與電池充放電化學(xué)過(guò)程，其他物質(zhì)都只有輔助功能。提高鋰離子電池的比能量需要提高鋰離子電池負(fù)極的質(zhì)量比容量，負(fù)極集流體銅箔所占的質(zhì)量比重過(guò)大，不利于鋰離子電池負(fù)極的質(zhì)量比容量的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種新的鋰離子電池負(fù)極，不需要銅集流體，可以大大提升鋰離子電池負(fù)極的質(zhì)量比容量，進(jìn)而提高鋰離子電池的質(zhì)量比能量。本發(fā)明采用碳膜作為鋰離子電池的負(fù)極，碳膜既可以作為負(fù)極集流體又可以作為負(fù)極活性物質(zhì)。所述碳膜可以是中間相碳膜，即有機(jī)高分子材料在800 °C到2000 0C碳化形成的碳膜，碳含量在90%以上;也可以是石墨膜，中間相碳膜在2000°C以上高溫石墨化形成的石墨膜，碳含量在99%以上;還可以是復(fù)合碳膜，中間層為石墨，外層為中間相碳。
[0004]中間相碳膜負(fù)極的生產(chǎn)流程主要包括碳源原料在高溫高密度的液體表面形成碳源原料薄層，碳源原料薄層加熱到800°C?2000°C碳化形成固體碳膜，固體碳膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。所述碳源原料可以是石油瀝青，也可以是煤瀝青，還可以是其他有機(jī)高分子材料。所述高溫高密度液體可以是熔融金屬，如錫、鉛、鉛錫合金等;也可以是熔融無(wú)機(jī)化合物，如硅酸鈉、氧化鉀、硝酸鉀等;還可以是熔融無(wú)機(jī)混合物，如熔融鹽、熔融玻璃等。
[0005]石墨膜負(fù)極的生產(chǎn)流程主要包括碳源原料在高溫高密度的液體表面形成碳源原料薄層;碳源原料薄層加熱，在800°C?2000°C碳化形成固體碳膜;固體碳膜進(jìn)一步加熱，在2000°C以上高溫石墨化形成的石墨膜;石墨膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。所述碳源原料可以是石油瀝青，也可以是煤瀝青，還可以是其他有機(jī)高分子材料。所述高溫高密度液體可以是熔融金屬，如錫、鉛、鉛錫合金等;也可以是熔融無(wú)機(jī)化合物，如硅酸鈉、氧化鉀、硝酸鉀等;還可以是熔融無(wú)機(jī)混合物，如熔融鹽、熔融玻璃等。
[0006]復(fù)合碳膜負(fù)極的生產(chǎn)流程主要包括碳源原料在高溫高密度的液體表面形成碳源原料薄層;碳源原料薄層加熱，在800°C?2000°C碳化形成固體碳膜；固體碳膜進(jìn)一步加熱，在2000 °C以上高溫石墨化形成的石墨膜;在石墨膜的兩面涂覆碳源原料，涂覆碳源原料的石墨膜重新加熱，涂覆碳源原料在800°C?2000°C碳化與石墨膜形成復(fù)合碳膜;復(fù)合碳膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。所述碳源原料可以是石油瀝青，也可以是煤瀝青，還可以是其他有機(jī)高分子材料或它們的組合。所述高溫高密度液體可以是熔融金屬，如錫、鉛、鉛錫合金等;也可以是熔融無(wú)機(jī)化合物，如硅酸鈉、氧化鉀、硝酸鉀等;還可以是熔融無(wú)機(jī)混合物，如熔融鹽、熔融玻璃等。
[0007]一種鋰離子電池，主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液及外殼組成。正極可以是鈷酸鋰正極也可以是磷酸鐵鋰正極，還可以是三元材料正極或者錳酸鋰正極；負(fù)極為碳膜負(fù)極，碳膜可以是中間相碳膜也可以是石墨相碳膜，還可以是復(fù)合碳膜。
【附圖說(shuō)明】
[0008]附圖1為復(fù)合碳膜的示意圖，其中11—石墨層，12—中間相層。
[0009]附圖2為石墨碳膜負(fù)極生產(chǎn)流程的示意圖，其中31—碳源原料投入生產(chǎn)，32—碳源原料在高溫高密度液體表面形成碳源原料液體薄層，33—碳源原料液體薄層加熱碳化形成中間相碳膜，34—中間相碳膜加熱高溫石墨化形成石墨化碳膜，35—石墨化碳膜的取出，36—石墨化碳膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。
[0010]附圖3為復(fù)合碳膜負(fù)極生產(chǎn)流程的示意圖，其中51—石墨碳膜投入生產(chǎn)，52—碳源原料在石墨碳膜上涂覆，53—涂覆的碳源原料加熱碳化與石墨碳膜一起形成復(fù)合碳膜，54—復(fù)合碳膜的取出，55—復(fù)合碳膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例一
將石油瀝青加到融液槽，石油瀝青在融液槽的熔錫表面形成瀝青薄層;瀝青薄層加熱在1000°C左右碳化，形成中間相碳膜；中間相碳膜進(jìn)一步加熱，在2000°C以上高溫石墨化形成的石墨膜;石墨膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。
[0012]實(shí)施例二
將煤瀝青加到融液槽，煤瀝青在融液槽的恪鉛表面形成瀝青薄層；瀝青薄層加熱在1000°C左右碳化，形成中間相碳膜；中間相碳膜進(jìn)一步加熱，在2000°C以上高溫石墨化形成的石墨膜;石墨膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。
[0013]實(shí)施例三
將石油瀝青加到融液槽，石油瀝青在融液槽的熔錫表面形成瀝青薄層;瀝青薄層加熱在2000°C左右碳化形成碳膜;碳膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。
[0014]實(shí)施例四
將石油瀝青加到融液槽，石油瀝青在融液槽的熔錫表面形成瀝青薄層;瀝青薄層加熱在1000°C左右碳化，形成中間相碳膜；中間相碳膜進(jìn)一步加熱，在2000°C以上高溫石墨化形成的石墨膜;在石墨膜的兩面涂覆粘膠，涂覆粘膠的石墨膜重新加熱，粘膠在1000°c碳化與石墨膜一起形成復(fù)合碳膜;復(fù)合碳膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。
[0015]實(shí)施例五
將煤石油瀝青加到融液槽，煤瀝青在融液槽的熔鉛表面形成瀝青薄層;瀝青薄層加熱在1000°C左右碳化，形成中間相碳膜；中間相碳膜進(jìn)一步加熱，在2000°C以上高溫石墨化形成的石墨膜;在石墨膜的兩面涂覆煤瀝青，涂覆瀝青的石墨膜重新加熱，瀝青在1000°c碳化與石墨膜一起形成復(fù)合碳膜;復(fù)合碳膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。
[0016]實(shí)施例六
將石油瀝青加到融液槽，石油瀝青在融液槽的熔錫表面形成瀝青薄層;瀝青薄層加熱在1000°C左右碳化，形成中間相碳膜；中間相碳膜進(jìn)一步加熱，在2000°C以上高溫石墨化形成的石墨膜;在石墨膜的兩面涂覆粘膠，涂覆粘膠的石墨膜重新加熱，粘膠在1000°c碳化與石墨膜一起形成復(fù)合碳膜;復(fù)合碳膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。復(fù)合碳膜鋰離子電池負(fù)極與錳酸鋰鋰離子電池正極及隔膜、電解液、外殼一起裝配成鋰離子電池。
[0017]實(shí)施例七
將石油瀝青加到融液槽，石油瀝青在融液槽的熔錫表面形成瀝青薄層;瀝青薄層加熱在1000°C左右碳化，形成中間相碳膜；中間相碳膜進(jìn)一步加熱，在2000°C以上高溫石墨化形成的石墨膜;石墨膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。石墨碳膜鋰離子電池負(fù)極與磷酸鐵鋰鋰離子電池正極及隔膜、電解液、外殼一起裝配成鋰離子電池。
[0018]實(shí)施例八
將煤瀝青加到融液槽，煤瀝青在融液槽的恪鉛表面形成瀝青薄層；瀝青薄層加熱在1000°C左右碳化，形成中間相碳膜；中間相碳膜進(jìn)一步加熱，在2000°C以上高溫石墨化形成的石墨膜;石墨膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。石墨碳膜鋰離子電池負(fù)極與三元鋰離子電池正極及隔膜、電解液、外殼一起裝配成鋰離子電池。
[0019]實(shí)施例九
將煤瀝青加到融液槽，煤瀝青在融液槽的恪錫表面形成瀝青薄層；瀝青薄層加熱在1000°C左右碳化，形成中間相碳膜；中間相碳膜進(jìn)一步加熱，在2000°C以上高溫石墨化形成的石墨膜;在石墨膜的兩面涂覆粘膠，涂覆粘膠的石墨膜重新加熱，粘膠在1000°c碳化與石墨膜一起形成復(fù)合碳膜;復(fù)合碳膜按一定的形狀與尺寸加工成鋰離子電池負(fù)極。復(fù)合碳膜鋰離子電池負(fù)極與三元鋰離子電池正極及隔膜、電解液、外殼一起裝配成鋰離子電池。
[0020]上述實(shí)施例只是本發(fā)明的部分應(yīng)用，不同的原料、不同的工藝可以有許多的組合，都可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明生產(chǎn)碳膜鋰離子電池負(fù)極，碳膜鋰離子電池負(fù)極可以與各種鋰離子電池正極及其他零部件組合生產(chǎn)各種鋰離子電池。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳膜鋰離子電池負(fù)極，其特征在于碳膜既是負(fù)極活性物質(zhì)同時(shí)又是負(fù)極集流體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極，其特征在于碳膜已經(jīng)石墨化，其碳含量大于99%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極，其特征在于碳膜為復(fù)合碳膜，中間層是已經(jīng)石墨化的石墨層，其碳含量大于99%;外層為中間相碳層，其碳含量大于90%。4.一種鋰離子電池負(fù)極的生產(chǎn)方法，其特征在于生產(chǎn)主要包括三個(gè)過(guò)程，一是碳源原料在高密度液體表面形成薄層，二是碳源材料薄層加熱固化形成碳膜，碳膜的碳含量大于90%，三是碳膜按一定的尺寸與形狀加工成鋰離子電池負(fù)極。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電池負(fù)極的生產(chǎn)方法，其特征在于碳膜形成后進(jìn)一步高溫石墨化形成石墨膜，其碳含量大于99%。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池負(fù)極的生產(chǎn)方法，其特征在于石墨化的碳膜進(jìn)一步在石墨膜的兩面涂覆碳源原料，加熱碳化碳源原料形成復(fù)合碳膜，中間層為石墨層，外層為中間相碳層。7.—種鋰離子電池，其特征在于鋰離子電池的負(fù)極是權(quán)利要求1所述的碳膜負(fù)極。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池，其特征在于鋰離子電池的負(fù)極是權(quán)利要求2所述的碳膜負(fù)極。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池，其特征在于鋰離子電池的負(fù)極是權(quán)利要求3所述的碳膜負(fù)極。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池，其特征在于鋰離子電池的碳膜負(fù)極表面涂覆有無(wú)機(jī)隔離層。
【文檔編號(hào)】H01M10/0525GK105826517SQ201610419103
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】周虎, 周思齊
【申請(qǐng)人】周虎