[發(fā)明專利]一種高能量密度高功率密度的鋰離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710600922.X
• 申請(qǐng)日: 2017-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN107565168A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐子福;張小海;張明慧;張寶鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安普瑞斯（無(wú)錫）有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/058
• 分類號(hào): H01M10/058;H01M4/80;H01M2/02;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/583;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高能量密度和高功率密度的鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子以其高能量密度、高工作電壓、長(zhǎng)循環(huán)壽命環(huán)保安全等優(yōu)點(diǎn)，一直以來(lái)在便攜式電子產(chǎn)品中得到大量普遍使用。隨著電子工業(yè)不斷發(fā)展，便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品功能越來(lái)越完善強(qiáng)大，尤其是智能手機(jī)、平板電腦的出現(xiàn)，其功能強(qiáng)大，元器件繁多，對(duì)電量需求較大，充放次數(shù)頻繁，對(duì)隨機(jī)匹配到的電池能量密度，循環(huán)壽命，安全性能要求越來(lái)越高。

目前市場(chǎng)上對(duì)于高體積比能量和高功率密度的鋰離子電池需求日益增多，對(duì)低能量密度的電池會(huì)漸漸減少。傳統(tǒng)的電池使用公知的材料和電壓平臺(tái)，對(duì)電池的能量密度提升比較緩慢。

本發(fā)明在目前市場(chǎng)技術(shù)的情況下，提升了鋰離子電池的體積比能量、重量比能量和放電時(shí)的高功率密度，在電池技術(shù)提升上優(yōu)勢(shì)明顯，在生產(chǎn)和市場(chǎng)上具有廣泛的應(yīng)用意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高能量密度和高功率密度的鋰離子電池，采用該發(fā)明的電池設(shè)計(jì)和制備方法得到的電池能量密度和功率密度都明顯提升。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種高能量密度高功率密度的鋰離子電池，包括使用膜或殼體包裝的鋰離子電池，其中正極材為鋰的金屬層狀化物，負(fù)極材為層狀物或非層狀物；其中正極、負(fù)極均使用高粘度漿料或固液形態(tài)狀的活性物質(zhì)；

正極金屬基材為多孔規(guī)則有序的排列結(jié)構(gòu)，孔的直徑為0.2～2mm，孔密度為 18～300pcs/cm²，孔為對(duì)稱或非對(duì)稱排列；孔排列的方向與金屬基材長(zhǎng)邊垂直線的夾角為25～90 度；正極金屬基材寬度10～300mm、長(zhǎng)度20～3000mm；

負(fù)極金屬基材為多孔規(guī)則有序的排列結(jié)構(gòu)，孔的直徑為0.2～2mm，孔密度為 18～300pcs/cm2，孔為對(duì)稱或非對(duì)稱排列；孔排列的方向與金屬基材長(zhǎng)邊垂直線的夾角為25～90 度；負(fù)極金屬基材寬度10～300mm、長(zhǎng)度20～3000mm；

所述正極和負(fù)極兩種極性基材上排布的孔為排列方向相交叉的相反方向。

所述鋰離子電池的電解液為有機(jī)溶劑與鋰鹽的混合物，所述鋰離子電池的隔離膜為高分子有機(jī)PE膜或陶瓷涂覆膜。

正負(fù)極反向規(guī)則分布的多孔基材，除了對(duì)活性物料的填充外，極片在碾壓時(shí)延展得到縮小，填料區(qū)因沒有金屬基體，反應(yīng)的離子可以通過(guò)此區(qū)域進(jìn)行反應(yīng)，在電化學(xué)反應(yīng)中增加了鋰子通道的多樣性，制備得到的鋰離子電池在體積比能量及重量比能量和放電功率密度方面都有極大的提升。

進(jìn)一步的，所述鋰離子電池為鋁塑膜、金屬殼或塑料殼體包裝。

進(jìn)一步的，所述正極材為鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰。

進(jìn)一步的，所述負(fù)極材為石墨、硅碳材料或硅納米線。

進(jìn)一步的，正極使用的高粘度漿料粘度5000～100000CP。

進(jìn)一步的，負(fù)極使用的高粘度漿料粘度2000～100000CP。

進(jìn)一步的，所述正極金屬基材為鋁箔。

進(jìn)一步的，所述負(fù)極金屬基材為銅箔。

有益效果：

1.本發(fā)明中正極使用鋰的金屬化合物、負(fù)極使用石墨、硅碳或硅納米線材料，電解液使用有機(jī)溶劑與鋰鹽的混合物，其中大部份材料已成熟化，具有極強(qiáng)的市場(chǎng)應(yīng)用性。

2.本發(fā)明中正、負(fù)極使用高粘度漿料或固液形態(tài)狀的活性物質(zhì)，在目前涂覆技術(shù)上不存在應(yīng)用困難的情況。

3.本發(fā)明中正負(fù)極使用特殊設(shè)計(jì)要求的規(guī)則分布多孔金屬基體，其中多孔位置在空間上得到充分的利用，主要是其重量減少的同時(shí)電極活性物質(zhì)得以填充。填充活性物發(fā)揮出效果對(duì)電池的體積比和重量比能量都有明顯的提升，因?yàn)槭褂枚嗫子行蛘?fù)反向?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)，在電化學(xué)反應(yīng)時(shí)鋰離子會(huì)通過(guò)多孔電極材料傳輸?shù)綄?duì)面，給鋰離子提供了大量的通道增加了反應(yīng)活性，提升了體積比能量和重量比能量及放電功率密度。

4.本發(fā)明得到的鋰離子電池的體積比能量和重量比能量都較高，對(duì)目前市場(chǎng)上對(duì)于高能量的電池的需求可以得到一定的提升和滿足。

附圖說(shuō)明

圖1：正極(或負(fù)極)金屬基材結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：負(fù)極(或正極)金屬基材結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3：下墊裝置的側(cè)視剖視圖。

圖4：對(duì)比例及實(shí)施例0.2C體積比能量圖。

圖5：對(duì)比例及實(shí)施例0.2C重量比能量圖。

圖6：對(duì)比例及實(shí)施例0.2C放電容量圖。

圖7：對(duì)比例及實(shí)施例2C放電容量圖。