[實(shí)用新型]基于復(fù)合鋰金屬負(fù)極的鋰離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721210703.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207368125U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟繁慧;鄭濤;劉婧;高凡;王欣全;張俊玉;周江;伍紹中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津力神電池股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/0525
• 分類號(hào): H01M10/0525;H01M4/64;H01M4/38
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 楊紅

本實(shí)用新型涉及一種基于復(fù)合鋰金屬負(fù)極的鋰離子電池，其特征是：包括鋰離子電池結(jié)構(gòu)和復(fù)合鋰金屬負(fù)極，所述復(fù)合鋰金屬負(fù)極采用通過(guò)原位壓制構(gòu)成無(wú)穿透孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合鋰金屬負(fù)極，所述復(fù)合鋰金屬負(fù)極由鋰金屬絲編織構(gòu)成網(wǎng)狀的復(fù)合鋰金屬負(fù)極的主體結(jié)構(gòu)，復(fù)合鋰金屬負(fù)極的主體結(jié)構(gòu)的外表面包覆有保護(hù)層，保護(hù)層構(gòu)成非穿透孔的復(fù)合鋰金屬負(fù)極支撐結(jié)構(gòu)。有益效果：本實(shí)用新型應(yīng)用于基于鋰金屬為負(fù)極的電池體系，鋰負(fù)極的保護(hù)層可導(dǎo)通鋰離子，在充放電過(guò)程中，鋰金屬保護(hù)層作為支撐結(jié)構(gòu)，降低鋰金屬的界面阻抗，同時(shí)防止鋰金屬粉化和避免鋰枝晶的產(chǎn)生。有益于改善基于鋰金屬負(fù)極的電池結(jié)構(gòu)形變。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于復(fù)合鋰金屬負(fù)極的鋰離子電池。

背景技術(shù)

消費(fèi)電子領(lǐng)域、儲(chǔ)能領(lǐng)域和新能源汽車領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池的能量密度提出了越來(lái)越高的要求，具有高能量密度兼具良好安全性能的鋰離子電池的需求及其迫切。

目前，金屬鋰被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是高能量密度電池的最終解決方案，為滿足高能量密度動(dòng)力電池安全性的要求，高能量密度鋰離子電池被業(yè)界廣泛看好，金屬鋰的理論比容量高，作為鋰離子電池的負(fù)極具有天然的優(yōu)勢(shì)。

循環(huán)過(guò)程中，金屬鋰負(fù)極溶解、生長(zhǎng)，造成本體體積改變，容易造成鋰金屬粉化或產(chǎn)生鋰枝晶，進(jìn)而影響庫(kù)倫效率和循環(huán)性能。另外，由于金屬鋰具有很高的活性，在傳統(tǒng)液態(tài)電解液中很難形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)，從而造成金屬鋰負(fù)極的循環(huán)效率降低。而在固態(tài)電池中，活性物質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì)的界面接觸較差，且在工作過(guò)程中，容易遭到破壞，所以低界面鋰離子傳輸阻抗的復(fù)合鋰金屬負(fù)極是全固態(tài)電池的一個(gè)關(guān)鍵的研究方向。

對(duì)于高能量密度電池正極，如硫正極的比容量高達(dá)1675mAh/g，但諸如此類正極，缺點(diǎn)明顯：鋰的多硫化合物溶于電解液，多硫化合物與鋰金屬負(fù)極反應(yīng)，易造成穿梭效應(yīng)，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失，影響循環(huán)性能。

因此，目前迫切需要開(kāi)發(fā)出一種技術(shù)，其具有獨(dú)立支撐的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，防止負(fù)極鋰金屬粉化，維持工作過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止形變，同時(shí)可以有效改善鋰金屬負(fù)極使用效率，避免鋰枝晶的產(chǎn)生，同時(shí)，在全固態(tài)電池的應(yīng)用中，可以降低界面鋰離子傳輸阻抗，在鋰硫電池中，保護(hù)負(fù)極表面活性位點(diǎn)，抑制穿梭效應(yīng)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于復(fù)合鋰金屬負(fù)極的鋰離子電池，應(yīng)用于液態(tài)鋰離子電池中，可以改善鋰金屬負(fù)極使用效率，抑制穿梭效應(yīng)，防止負(fù)極鋰金屬粉化，避免鋰枝晶的產(chǎn)生；另外，應(yīng)用于全固態(tài)電池中，除上述優(yōu)點(diǎn)外，還可降低界面鋰離子傳輸阻抗。

本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于復(fù)合鋰金屬負(fù)極的鋰離子電池，其特征是：包括鋰離子電池結(jié)構(gòu)和復(fù)合鋰金屬負(fù)極，所述復(fù)合鋰金屬負(fù)極采用通過(guò)原位壓制構(gòu)成無(wú)穿透孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合鋰金屬負(fù)極，所述復(fù)合鋰金屬負(fù)極由鋰金屬絲編織構(gòu)成網(wǎng)狀的復(fù)合鋰金屬負(fù)極的主體結(jié)構(gòu)，復(fù)合鋰金屬負(fù)極的主體結(jié)構(gòu)的外表面包覆有保護(hù)層，保護(hù)層構(gòu)成非穿透孔的復(fù)合鋰金屬負(fù)極支撐結(jié)構(gòu)。

所述復(fù)合鋰金屬負(fù)極片主體結(jié)構(gòu)的厚度為10‐4000微米。

所述鋰金屬絲直徑為10微米‐2000微米。

所述鋰金屬網(wǎng)的編織結(jié)構(gòu)為二維結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu)。

所述鋰金屬網(wǎng)的編織結(jié)構(gòu)為經(jīng)緯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、菱形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或赫格利斯結(jié)構(gòu)的二維結(jié)構(gòu)，或三維四向結(jié)構(gòu)、三維五向結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)。

所述保護(hù)層的材料采用Li3N型、LiPON或LiNbO3的一種或兩種以上的組合，保護(hù)層材料的剪切模量大于鋰金屬的剪切模量；保護(hù)層厚度為10納米-100微米。

所述正極與復(fù)合鋰金屬負(fù)極之間通過(guò)彎曲環(huán)繞的隔膜相隔構(gòu)成疊片式復(fù)合鋰金屬箔的液態(tài)鋰離子電池極組。