[发明专利]一种一体化二次电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种一体化二次电池，包括一体化电池主体、电池壳体和电解液，一体化电池主体包括依次设置的正极、多孔隔膜和负极；多孔隔膜包括相对设置的第一表面和第二表面；正极包括设置在第一表面上的正极活性材料层和设置在正极活性材料层上的正极集流体；负极设置在第二表面上，负极包括金属膜层，金属膜层同时作为负极集流体和负极活性材料；电解液填充于正极与负极之间。本发明提供的一体化二次电池，由于正极集流体直接设置在正极活性材料表面上，使得正极集流体与正极活性材料之间具有良好的接触，可以有效降低电池的接触电阻，进而提高电池的倍率性能；此外，本发明的一体化二次电池结构简单。本发明还提供了一体化二次电池的制备方法。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，特别是涉及一种一体化二次电池及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有工作电压高、能量和功率密度大、重量轻、寿命长、无记忆效应、自放电效应低等优点，已广泛应用于各种电子设备，如手机、数码相机、笔记本电脑、电动工具、无人机、电动汽车等。近年来，随着电动工具、车模、航模、船模、无人机、电动汽车等产业的快速发展，对锂离子电池的性能要求越来越高。因为，这些设备不仅要求锂离子电池具有高的能量密度和使用寿命，而且要求锂离子电池满足大电流充放电的高倍率性能。而一般商用锂离子电池倍率性能较差，通常仅可以达到3C，导致充放电时间长，大电流放电性能差，设备无法实现瞬间或持续的高功率输出；而且大电流放电会导致电池内部温度短时间急剧升高，存在热失控的安全风险，将造成电池使用寿命锐减。

锂离子电池低的倍率性能主要是充放电过程中低的电子和离子传输速度造成的，为了解决这一问题，研究人员尝试了多种方法，如：设计具有高的离子扩散系数的活性材料、采用纳米材料缩短电子和离子的扩散距离、构建三维网络结构为电子和离子的扩散提供有效路径，以及添加导电剂(石墨烯、碳纳米管等)和包覆导电层(通常为碳层)等等。虽然这些方法可以提高电极材料的倍率性能，但是由于电池结构以及制备工艺的限制，还是难以使全电池实现超高倍率性能。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种一体化二次电池，该电池中，由于正极集流体直接设置在正极活性材料表面，使得正极集流体与正极活性材料之间具有良好的接触，可以有效降低电池的接触电阻，进而提高电池的倍率性能。

具体地，第一方面，本发明提供了一种一体化二次电池，包括一体化电池主体、电池壳体和电解液，所述一体化电池主体包括依次设置的正极、多孔隔膜和负极；所述多孔隔膜包括相对设置的第一表面和第二表面；所述正极包括设置在所述第一表面上的正极活性材料层和设置在所述正极活性材料层上的正极集流体；所述负极设置在所述第二表面上，所述负极包括金属膜层，所述金属膜层同时作为负极集流体和负极活性材料；所述电解液填充于所述正极与所述负极之间。

其中，所述金属膜层通过沉积的方式设置在所述第二表面上。

其中，所述正极活性材料层通过涂覆的方式设置在所述第一表面上；所述正极集流体通过沉积的方式设置在所述正极活性材料层上。

其中，所述金属膜层在其厚度方向上具有三维多孔结构，多孔孔径大小为20nm-100μm。

其中，所述金属膜层的材质为金属材料，所述金属材料包括铝、铜、铁、锡、锌、镍、锰、钛和铅中的任意一种，或含有至少一种上述金属元素的合金，或含有至少一种上述金属元素的复合材料。

其中，所述多孔隔膜包括一自所述第二表面向所述多孔隔膜内部延伸形成的混合层，所述混合层的孔洞中附着有所述金属材料，所述混合层的厚度为20nm-10μm。

其中，所述金属膜层的厚度为0.1μm-300μm。

其中，所述正极集流体的厚度为0.1μm-300μm，所述正极活性材料层的厚度为10μm-100μm。

其中，所述正极活性材料包括碳材料、硫化物、氮化物、氧化物、碳化物、以及上述各材料的复合物中的一种或多种。