[發明專利]高能量密度鋰離子電池

有效

• 申請號: 201310336418.5
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103401016A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 黃世霖;牛少軍;何東銘
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技有限公司;寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨;劉春成

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種高能量密度鋰離子電池。

背景技術

由于鋰離子電池具有能量密度高、使用壽命長、綠色環保等特點，被廣泛應用于手機、筆記本電腦、數碼相機等便攜式電子產品，在電動汽車等領域也有很好的應用前景。隨著應用范圍的擴大，對鋰離子電池的性能也提出了更高的要求，尤其是隨著智能手機的普及，對高能量密度鋰離子電池的需求日趨加劇。

目前采用碳基材料作為鋰離子電池的負極活性材料，其首次效率較低，只能達到90%且理論克容量只有372mAh/g。隨著對體積能量密度和質量能量密度要求的提高，碳基材料已經無法滿足目前的需求。業內對硅基材料研究表明，雖然其理論克容量達到4200mAh/g，但是首次效率只有50～60%。

于2006年9月6日公開的中國專利申請公開號CN1830110A公開了一種預鋰化基質材料的方法，該方法在鋰離子電池正極或負極基質材料中加入鋰金屬，使基質材料預鋰化，補償鋰離子電池在使用過程中負極的鋰離子損耗，從而提升電池首次效率和能量密度。但是通過這種方法將鋰金屬加入電解液后，反應速度很快；在負極補鋰時，導致形成的SEI膜不穩定，同時負極材料容易破裂；在正極補鋰時，普遍采用的負極活性物質鈷酸鋰耐過度嵌鋰的能力差，顆粒破裂，性能降低；此外殘留在電極表面的一些鋰金屬顆粒和鋰金屬反應的副產物會刺穿隔離膜而造成電池的安全隱患。

發明內容

鑒于背景技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種高能量密度鋰離子電池，其能提高鋰離子電池的首次效率和能量密度。

本發明的另一目的在于提供一種高能量密度鋰離子電池，其具有耐過度嵌鋰的能力可防止補鋰過程中由于過度嵌鋰對正極活性材料造成的破壞。

本發明的又一目的在于提供一種高能量密度鋰離子電池，其能控制正極補鋰層向正極極片補鋰時的嵌鋰速度和嵌鋰的均勻性，進而保護正極極片。

本發明的又一目的在于提供一種高能量密度鋰離子電池，其能抑制補鋰后殘留的金屬顆粒刺穿隔離膜，進而減少安全隱患。

為了實現上述目的，本發明提供了一種高能量密度鋰離子電池，其包括正極極片、負極極片、隔離膜、介于正極極片和隔離膜之間的正極補鋰層、電解液、位于正極極片與正極補鋰層之間的第一聚合物導電層、位于正極補鋰層與隔離膜之間的第二聚合物導電層，其中，正極極片包括正極集流體以及正極膜，負極極片包括負極集流體以及負極膜，正極極片的正極膜至少含有具有高首次效率性能的第一正極活性材料和具有耐過度嵌鋰性能的第二正極活性材料。

本發明的有益效果如下：

首先，采用了正極補鋰層以補充負極極片在首次充電過程中消耗的不可逆鋰，提高鋰離子電池的首次效率和能量密度；

其次，采用耐過度嵌鋰的正極活性材料，可防止補鋰過程中由于過度嵌鋰對正極活性材料造成的破壞；

最后，采用了聚合物導電層來減緩正極補鋰層對正極極片嵌鋰速度，同時可有效地抑制補鋰后殘留的金屬顆粒、充放電過程中形成的鋰枝晶刺穿隔離膜，進而減少安全隱患，降低鋰離子電池微短路造成的自放電。

附圖說明

圖1為根據本發明的高能量密度鋰離子電池的實施例1的裸電芯單層的截面示意圖；

圖2為根據本發明的高能量密度鋰離子電池的實施例2的裸電芯單層的截面示意圖；

圖3為根據本發明的高能量密度鋰離子電池的實施例3的裸電芯單層的截面示意圖；

圖4為根據本發明的高能量密度鋰離子電池的實施例4的裸電芯單層的截面示意圖；

圖5為根據本發明的高能量密度鋰離子電池的實施例5的裸電芯單層的截面示意圖；

圖6為對比例1的裸電芯單層的截面示意圖；

圖7為對比例2的裸電芯單層的截面示意圖；

圖8為對比例3的裸電芯單層的截面示意圖；

圖9為根據本發明的高能量密度鋰離子電池中的聚合物導電層的組成示意圖(其中，第一聚合物導電層和第二聚合物導電層均可以統稱為聚合物導電層，以便于參照該圖來說明圖1至圖5的情況，其中離子導電材料以白色填充的幾何形狀來表示，而電子導電材料以黑色填充的幾何形狀來表示)。

其中，附圖標記說明如下：

具體實施方式

下面詳細說明根據本發明的高能量密度鋰離子電池以及實施例。

首先參照附圖來說明根據本發明的高能量密度鋰離子電池。