[發明專利]鋰離子電池及其凝膠電解質以及其制備方法

有效

• 申請號: 201310391965.3
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103456991A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 黃世霖;洪響;鐘開富;王寶君;閆傳苗;申蘭耀;湛英杰
• 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: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/058
• 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，尤其涉及一種鋰離子電池及其凝膠電解質以及其制備方法。

背景技術

由于具有長使用壽命以及很高的能量密度和工作電壓，近年來鋰離子電池在筆記本電腦，智能手機，數碼相機等消費電子類產品中已得到了廣泛的應用。然而隨著這些電子產品小型化，智能化的發展，鋰離子電池的能量密度被提出了更高的要求。

提高鋰離子電池工作電壓是提高鋰離子電池能量密度的最有效途徑之一。然而由于傳統碳酸酯類電解液較低的氧化分解電位（4V左右），以此組裝而成的鋰離子電池工作電壓受到了嚴格限制。即使一些電解液添加劑某種程度上能減緩此類電解液的氧化分解并提高電池的工作電壓到4.4V左右，然而由于電解液本身的電化學不穩定性，以此組裝的電池循環性能往往不夠理想。此外，工作電壓的升高也給鋰離子電池的安全可靠性提出了更高的要求。普通碳酸酯類電解液由于其較高的蒸汽壓及易燃性，成為鋰離子電池最大的安全隱患。

專利US20060088767A1和專利US2011212359A1提出使用離子液體作為鋰離子電池電解液以提高其工作電壓。此類電解液由于其較高的分解電位（>4.5V），與高電位的正極有很好的兼容性。且由于它們較低的蒸汽壓與不易燃性，能大大提高鋰離子電池的安全性能。然而根據發明人的研究，由于離子液體還原電位較高，它們在低電位負極表面會發生劇烈的還原反應，其還原產物會極大增加電池的內阻從而降低電池的倍率和循環性能。專利US2005196676A1提出以有機高分子聚合物將離子液體凝膠化進一步提高離子液體作為電解質在鋰離子二次電池中使用的安全性。然而同樣由于離子液體的高還原電位，此凝膠電解質與低電位負極材料兼容性很差。

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了一種鋰離子電池及其凝膠電解質以及其制備方法，其能提高凝膠電解質與正負極片的兼容性，能有效提高鋰離子電池的工作電壓、能量密度、以及循環壽命。

為了實現上述目的，在本發明的第一方面，本發明提供了一種鋰離子電池凝膠電解質，用于間隔在正極極片和負極極片之間，所述鋰離子電池凝膠電解質包括：正極凝膠電解質層，一側鄰接正極極片，所述正極極片具有高電位正極活性材料，正極凝膠電解質層的氧化電位在4.5V（vs?Li/Li⁺）以上；負極凝膠電解質層，一側鄰接負極極片而另一側另接正極凝膠電解質層的另一側，負極極片具有低電位負極活性材料，所述負極凝膠電解質層的還原電位在0.2V（vs?Li/Li⁺）以下。

為了實現上述目的，在本發明的第二方面，本發明提供了一種鋰離子電池，其包括：正極極片，具有高電位正極活性材料；負極極片，具有低電位負極活性材料；以及凝膠電解質，間隔于負極極片和正極極片之間，所述凝膠電解質為根據本發明第一方面所述的鋰離子電池凝膠電解質。

為了實現上述目的，在本發明的第三方面，本發明提供了一種鋰離子電池的制備方法，用于制備根據權利要求本發明第二方面所述的鋰離子電池，包括步驟：將對應的聚合物與鋰鹽分別溶于塑化劑的有機溶劑溶液中，配制成正極凝膠電解質層用漿料；將正極凝膠電解質層用漿料涂覆于含有正極活性材料的正極極片上，以形成正極凝膠電解質層，之后在保護氣氛下干燥處理得到正極凝膠電解質層和正極極片的復合體；將對應的聚合物與鋰鹽分別溶于塑化劑的有機溶劑溶液中，配制成負極凝膠電解質層用漿料；將負極凝膠電解質層用漿料涂覆于含有負極活性材料的負極極片上，以形成負極凝膠電解質層，之后在保護氣氛下干燥處理得到負極凝膠電解質層和負極極片的復合體；將正極凝膠電解質層和正極極片的復合體與負極凝膠電解質層和負極極片的復合體熱輥壓復合在一起，之后裁切成電芯單元；將多個電芯單元疊加組成電芯；以及將電芯封裝，以形成鋰離子電池。

本發明的有益效果如下：

本發明所述的凝膠電解質與高電位正極活性材料以及低電位負極活性材料均有很好的兼容性，使用此電解質的電池同時使用高電位正極材料以及低電位負極材料，使用此凝膠電解質能有效提高鋰離子電池的工作電壓、能量密度、以及循環壽命。

附圖說明

圖1為根據本發明的鋰離子電子鋰離子電池凝膠電解質的設置方式的結構示意圖。

其中，附圖標記說明如下：

1?正極極片

2?負極極片

3?鋰離子電池凝膠電解質

??31?正極凝膠電解質層

??32?負極凝膠電解質層

具體實施方式