[發明專利]全固態聚合物鋰電池

有效

• 申請號: 201410778069.7
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN105742713B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 洪響;湛英杰;鐘開富
• 申請（專利權）人: 東莞新能源科技有限公司;寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才;王冬華

本發明公開了一種全固態聚合物鋰電池，其包括負極片、正極片和間隔于負極片和正極片之間的全固態聚合物電解質膜，負極片以由鋰與K、Ru、Cs、Fr、Mg、Ca、Sr、Ba中的一種或多種金屬形成的鋰合金作為負極材料，鋰合金中鋰金屬的質量含量比例為70％～99.9％，其他金屬的質量含量比例之和為0.1％～30％。與現有技術相比，本發明所使用的鋰合金負極材料與全固態聚合物電解質間具有很好的相容性和界面穩定性，因此使用其制作的全固態聚合物鋰電池的循環性能與現有全固態聚合物鋰電池相比有顯著地提高。

技術領域

本發明屬于全固態聚合物鋰電池領域，更具體地說，本發明涉及一種循環壽命較長的全固態聚合物鋰電池。

背景技術

目前，商業化的鋰離子電池負極活性材料主要是石墨，但是，石墨的質量比容量有限，體積比容量提高的空間也非常小，嚴重地限制了鋰電池的重量能量密度和體積能量密度的進一步提升。隨著消費電子產品和電動汽車技術的發展，開發具有更高能量密度的電池體系已成為當務之急。

鋰金屬具有很高的質量(3860Ah/KG)和體積(2050Ah/L)能量密度，可以用作鋰電池的負極材料，例如，采用鋰金屬作為負極、采用有機系和水系雙電解質體系作為電解質，組裝出的新型電池體系就具有極高的能量密度。然而，這種新電池體系需要使用高導離子性隔膜分離有機和水系雙電解質體系，制造復雜且成本很高，不利于大規模應用。此外，由于這種電池體系同時含有高化學活性鋰金屬負極和水系電解液，很容易由于電池結構破壞而產生劇烈的化學反應，本身也具有很大地隱患。

為了解決使用鋰金屬負極帶來的安全風險，一個思路是使用不易燃燒的全固態電解質替代液態電解液。例如，有人提出使用聚環氧乙烯類或聚硅氧烷類聚合物作為鋰電池的固態電解質，由于這些聚合物電解質的高熱穩定性(高于300℃)，即使使用鋰金屬作為負極材料，組裝的電池仍然具有很好的安全性能。但是，由于鋰金屬負極與全固態聚合物電解質界面間的副反應，此類電池循環過程中存在比較嚴重地容量衰減問題。雖然有研究人員試圖通過在鋰金屬表面使用物理或化學沉積方法鍍上一層緩沖層來保護鋰金屬負極，以提升鋰金屬電池的循環性能，但是這類方法操作復雜，成本高昂，不利于鋰金屬負極的大批量生產和大規模應用。另一方面，在鋰金屬表面鍍層的方法會大幅度增加電池內阻，以致嚴重影響到電池容量及倍率性能。

有鑒于此，確有必要提供一種能夠解決上述問題的方案，以有效提高全固態聚合物鋰電池的循環壽命。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種全固態聚合物鋰電池，其具有良好的循環性能，而且循環性能的提高沒有影響到電池的其他性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種全固態聚合物鋰電池，其包括負極片、正極片和間隔于負極片和正極片之間的全固態聚合物電解質膜，負極片以由鋰與K、Ru、Cs、Fr、Mg、Ca、Sr、Ba中的一種或多種金屬形成的鋰合金作為負極材料，鋰合金中鋰金屬的質量含量比例為70％～99.9％，其他金屬的質量含量比例之和為0.1％～30％。

作為本發明全固態聚合物鋰電池的一種改進，所述鋰合金中鋰金屬的質量含量比例優選為90％～99％，其他金屬的質量含量比例之和為1％～10％。

本發明對合金中的鋰含量比例進行限制是因為：鋰含量過低會降低負極的能量密度，鋰含量過高則會降低其與全固態聚合物電解質膜之間的界面穩定性。

作為本發明全固態聚合物鋰電池的一種改進，所述鋰合金優選為Li-Cs合金。

作為本發明全固態聚合物鋰電池的一種改進，所述全固態聚合物鋰電池以所述鋰合金制成的金屬片作為負極片，鋰合金同時作為負極活性材料和集流體使用。