[發(fā)明專利]一種帶有碳纖維布阻擋層的鋰電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610225228.X
• 申請(qǐng)日: 2016-04-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105680065A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐海濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 唐海濤
• 主分類號(hào): H01M6/16
• 分類號(hào): H01M6/16
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰電池，特別涉及一種帶有碳纖維布阻擋層的鋰電池。

背景技術(shù)

電池(Battery)指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容 器的部分空間，能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。具有正極、負(fù)極之分。隨著科技的進(jìn)步，電 池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置。如太陽(yáng)能電池。電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢(shì)、容量、比能 量和電阻。利用電池作為能量來(lái)源，可以得到具有穩(wěn)定電壓，穩(wěn)定電流，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定供電， 受外界影響很小的電流，并且電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，充放電操作簡(jiǎn)便易行，不受外界氣 候和溫度的影響，性能穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代社會(huì)生活中的各個(gè)方面發(fā)揮有很大作用。

電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢(shì)、容量、比能量和電阻。電動(dòng)勢(shì)等于單位正電荷由負(fù)極通 過(guò)電池內(nèi)部移到正極時(shí)，電池非靜電力(化學(xué)力)所做的功。電動(dòng)勢(shì)取決于電極材料的化學(xué) 性質(zhì)，與電池的大小無(wú)關(guān)。電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時(shí)作單位。 在電池反應(yīng)中，1千克反應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實(shí)際比能量要 比理論比能量小。因?yàn)殡姵刂械姆磻?yīng)物并不全按電池反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)電池內(nèi)阻也要引起電動(dòng) 勢(shì)降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。電池的面積越大，其內(nèi)阻越小。電池的能量 儲(chǔ)存有限，電池所能輸出的總電荷量叫做它的容量，通常用安培小時(shí)作單位，它也是電池的 一個(gè)重要參數(shù)。原電池制成后即可以產(chǎn)生電流，但在放電完畢即被廢。

在化學(xué)電池中，化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁强侩姵貎?nèi)部自發(fā)進(jìn)行氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)的 結(jié)果，這種反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行。負(fù)極活性物質(zhì)由電位較負(fù)并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的還原 劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳?xì)浠衔锏取Ｕ龢O活性物質(zhì)由電位較正并在電解 質(zhì)中穩(wěn)定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及 其鹽類，含氧酸及其鹽類等。電解質(zhì)則是具有良好離子導(dǎo)電性的材料，如酸、堿、鹽的水溶 液，有機(jī)或無(wú)機(jī)非水溶液、熔融鹽或固體電解質(zhì)等。當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，兩極之間雖然有電位 差(開(kāi)路電壓)，但沒(méi)有電流，存儲(chǔ)在電池中的化學(xué)能并不轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)外電路閉合時(shí)，在 兩電極電位差的作用下即有電流流過(guò)外電路。同時(shí)在電池內(nèi)部，由于電解質(zhì)中不存在自由電 子，電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質(zhì)與電解質(zhì)界面的氧化或還原反應(yīng)，以及反應(yīng)物和反應(yīng) 產(chǎn)物的物質(zhì)遷移。電荷在電解質(zhì)中的傳遞也要由離子的遷移來(lái)完成。因此，電池內(nèi)部正常的 電荷傳遞和物質(zhì)傳遞過(guò)程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時(shí)，電池內(nèi)部的傳電和傳質(zhì) 過(guò)程的方向恰與放電相反；電極反應(yīng)必須是可逆的，才能保證反方向傳質(zhì)與傳電過(guò)程的正常 進(jìn)行。因此，電極反應(yīng)可逆是構(gòu)成蓄電池的必要條件。G為吉布斯反應(yīng)自由能增量(焦)；F 為法拉第常數(shù)＝96500庫(kù)＝26.8安·小時(shí)；n為電池反應(yīng)的當(dāng)量數(shù)。這是電池電動(dòng)勢(shì)與電池反 應(yīng)之間的基本熱力學(xué)關(guān)系式，也是計(jì)算電池能量轉(zhuǎn)換效率的基本熱力學(xué)方程式。實(shí)際上，當(dāng) 電流流過(guò)電極時(shí)，電極電勢(shì)都要偏離熱力學(xué)平衡的電極電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為極化。電流密度 (單位電極面積上通過(guò)的電流)越大，極化越嚴(yán)重。極化現(xiàn)象是造成電池能量損失的重要原 因之一。極化的原因有三：①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化；②由電極-電 解質(zhì)界面層中電荷傳遞過(guò)程的阻滯造成的極化稱為活化極化；③由電極-電解質(zhì)界面層中傳 質(zhì)過(guò)程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應(yīng)面積、減小電流密 度、提高反應(yīng)溫度以及改善電極表面的催化活性。

鋰電池與使用支持鹽的水溶液作為電解質(zhì)的以往的水溶液系電池相比，由于電壓高并且 能量密度大，所以容易實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化。再者，鋰電池與水溶液系電池相比，自放電等 引起的劣化較少，從而長(zhǎng)期可靠性非常高。因此，鋰電池被用于小型電子設(shè)備的主電源、備 用電源等各種用途。

在具有代表性的鋰電池中，負(fù)極活性物質(zhì)使用金屬鋰或其合金，正極活性物質(zhì)使用二氧 化錳等金屬氧化物，進(jìn)而含有有機(jī)電解質(zhì)。有機(jī)電解質(zhì)一般含有非水溶劑和溶質(zhì)。非水溶劑 例如可以使用碳酸亞丙酯(PC)、γ-丁內(nèi)酯(GBL)等高介電常數(shù)溶劑、1，2-二甲氧基乙 烷(DME)、3-甲基四氫呋喃(Me-THF)等低沸點(diǎn)并且低粘度的溶劑等。支持鹽例如可以使用高 氯酸鋰(LiClO4)、四氟硼酸鋰(LiBF4)等。這些電解質(zhì)有的顯堿性，有的顯酸性，長(zhǎng)時(shí)間 不用電池，容易與阻擋層的表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)。造成鋰電池的損壞。

發(fā)明內(nèi)容