[發明專利]金屬鋰復合結構負極與鋰鹽類正極匹配的鋰離子電池

無效

• 申請號: 201110186184.1
• 申請日: 2011-07-05
• 公開（公告）號: CN102280657A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 賈殷秋;楊毅;賈志杰;楊新建
• 申請（專利權）人: 武漢市弘陽科技發展有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/134
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍

技術領域

本發明涉及鋰離子電池，具體地說涉及一種金屬鋰復合結構負極與鋰鹽類正極匹配的鋰離子電池。

背景技術

鋰鹽類正極材料，如鈷酸鋰、磷酸亞鐵鋰、錳酸鋰、鈷鎳錳酸鋰等，是當前鋰離子電池常用的正極材料，尤其是前兩者，使用量很大。然而這些正極材料容量密度都比較低，而且匹配的負極材料——石墨球的容量密度，尤其是體積容量密度更低，使得整個鋰離子電池容量比較低。有很多學者正在研究大容量的負極材料，希望借此提高整個電池的容量。其中比較典型的是錫及錫基負極材料。但是由于鋰在錫基材料中擴散效率比在石墨中擴散效率低，因此也降低了電池的大電流性能。其次，錫基材料插鋰時膨脹嚴重，降低循環壽命，尤其是采用涂覆法時，壽命很短。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述背景技術存在的不足，提出一種具有大容量的金屬鋰復合結構負極與鋰鹽正極匹配的鋰離子電池。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：金屬鋰復合結構負極與鋰鹽正極匹配的鋰離子電池，其特征在于：

1)正極采用鋰離子電池所用的常規鋰鹽正極材料制備的薄板；

2)采用金屬鋰片作為鋰離子電池負極核心材料，在金屬鋰片與離子膜相對的外表面包覆有阻隔鋰枝晶朝阻隔層方向長大、防止刺穿離子膜作用的阻隔層，在阻隔層中設有能導通電解液的孔洞。

3)正極與負極重疊在一起，之間設有離子膜。

優選地，所述正極薄板是以導電耐腐蝕金屬網為骨架，將鋰鹽與粘結劑混均后，附著在骨架上形成的。

優選地，所述正極薄板還可以是在鋁箔上涂覆一層鋰鹽形成的。

優選地，所述負極金屬鋰片上開設有用于接收正極充出鋰的孔洞或凹槽。

優選地，所述阻隔層與負極金屬鋰片之間設有用于接收正極充出鋰的間隙。

優選地，所述負極金屬鋰片質量要求其容量大于正極總容量30-50％，以保持電池工作中負極金屬鋰片不被消耗盡。

優選地，所述負極采用兩片阻隔層夾住金屬鋰片的結構，該負極被兩層正極夾在中間，形成一負極兩正極排列方式。

在上述方案中，所述正極采用鋰離子電池所用的鋰鹽正極材料最好為錳酸鋰、鈷酸鋰或磷酸亞鐵鋰。

本發明采用大容量的金屬鋰復合結構負極，這種負極的核心材料是金屬鋰，具有超大容量，采用常規鋰離子電池所用的鋰鹽(如鈷酸鋰、磷酸亞鐵鋰、錳酸鋰、鈷鎳錳酸鋰等)作為正極材料。以錳酸鋰作為正極材料的電池為例，現有錳酸鋰電池(石墨球負極)工作平臺為4V(參見圖8、圖9)。本發明由于負極核心材料為金屬鋰，可以提供多余的鋰供給錳酸鋰正極，以插鋰/脫插的方式進入到錳酸鋰中。由于錳酸鋰中氧化錳固有特性，除了有4V工作平臺外，還會形成一個2.8V的工作平臺。此平臺即為插鋰/脫插平臺(4V平臺為常規的嵌鋰/脫嵌平臺)，而且此平臺放出的能量約為4V平臺的1.0倍左右。結果本發明使錳酸鋰正極容量增加1.0倍左右。參見圖6、圖7

本發明所述金屬鋰復合結構負極可以兩面使用，即一層負極匹配兩層正極。這種負極其整體容量(主要指體積容量)密度很大；而且金屬鋰不存在插鋰/脫插過程(此過程中，鋰擴散受到材料晶格中原子作用力阻礙)，其大電流性能也達到最佳，因此可有效提高電池容量。經申請人測試，與上述現有錳酸鋰電池相比，本發明所述的錳酸鋰電池容量可提高280％左右。

以下結合附圖所示實施例詳細描述本發明，以便本領域技術人員理解。

附圖說明

圖1是本發明所述電池結構示意圖；

圖2是本發明所述電池內部截面示意圖；

圖3是圖2的俯視解剖示意圖；

圖4是本發明所述負極金屬鋰片示意圖；

圖5是本發明所述負極截面圖；

圖6是本發明所述錳酸鋰電池的充放電第一循環曲線圖；

圖7是本發明所述錳酸鋰電池的充放電兩次循環曲線圖；

圖8是現有錳酸鋰電池的充放電第一循環曲線圖；

圖9是現有錳酸鋰電池的充放電兩次循環曲線圖。

在圖中，1-正極，2-離子膜，3-阻隔層，4-金屬鋰，5-孔洞。

具體實施方式

實施例1：金屬鋰復合結構負極與磷酸亞鐵鋰配合的鋰離子電池

參見圖1至圖5，制造要點：