[發明專利]鋰離子電池重復單元、鋰離子電池及其使用方法、電池模組和汽車

有效

• 申請號: 201910621851.0
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN112216812B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 李世彩;王蒙;甘永青;江正福;焦曉朋
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/0566;H01M10/0585;H01M10/44
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 耿超

本公開涉及一種鋰離子電池重復單元、鋰離子電池及其使用方法、電池模組和汽車，重復單元包括按照層疊方向依次層疊設置的正極、第一隔膜和負極，負極包括在充電時彼此無電接觸的第一負極和第二負極；第一負極包括活性材料層、導體層和絕緣層，導體層含有無機多孔導電材料，絕緣層含有第一無機化合物；負極中，活性材料層、導體層、絕緣層、第二負極、絕緣層、導體層和活性材料層按照所述層疊方向依次層疊設置。本公開的鋰離子電池的能量密度較高，且能夠克服現有電池中鋰枝晶導致的安全問題。

技術領域

本公開涉及電池領域，具體地，涉及一種鋰離子電池重復單元、鋰離子電池及其使用方法、電池模組和汽車。

背景技術

目前市場應用各種電池一般有兩種類型：一是以燃料流液電池或液流電池為代表的將儲能活性物質與提供化學反應場所的電堆分離的能量轉換器件；二是以正極、隔膜、負極均勻疊片或卷繞形成，活性物質分布在正極和負極形成存儲能量和功率為整體的能量轉換器件。而鋰離子電池就屬于典型的第二種類型，其正極、隔膜、負極三者均勻相向排列。其中正極包括正極集流體和正極材料，正極材料又可分為正極活性物質材料、正極電子導電添加劑材料和正極離子導電材料；隔膜包括兩部分，即電子阻隔部分和離子導通部分；負極與正極類似，包括負極集流體和負極材料，負極材料又可分為負極活性物質材料、負極電子導電添加劑材料和負極離子導電材料。

傳統的鋰離子電池的正極材料和負極材料的化學組成和結構幾乎都是均一的，也有少量使用混合材料，但即使是使用混合材料，在電池內部同一時間、同一區域離子和電子的濃度基本一致，目的是為了確保電化學反應及功率等參數的平穩性。

為了提升能量密度，就必須盡可能地提高電池中正極活性物質材料的電壓和容量，負極活性物質材料則需要盡可能地降低電壓和提高容量。目前傳統商用負極活性物質材料一般是石墨，包括天然石墨和人造石墨，這兩者的平均電壓(vs.Li)都是0.15V。理論容量都是372mAh/g。因此為了尋找更低電壓和更高容量的負極活性物質材料，世界范圍內進行了大量的科學研究。鋰金屬就是其中最有潛力的一個材料，其電壓是目前所有化學物質中最低的；其理論容量達到3860mAh/g，10倍于石墨負極材料。

但是金屬鋰遲遲無法得到應用，最大的問題在于其在循環過程中，形成大量枝晶，直至整個鋰金屬平面層全部轉化為枝晶形態。這種枝晶形態會產生兩個嚴重的問題：一是穿刺透過隔膜，將正負極連接起來，造成短路，引起嚴重的安全事故；二是枝晶由于其表面積巨大，生成時即與電解質發生原位化學反應，在其表面形成一層電子絕緣薄膜，這種薄膜造成了這些晶體之間相互電子絕緣，只要根系一旦斷裂，整條枝晶即變成了電子絕緣體，失去電化學活性，表現為電池容量隨循環不斷快速降低。三是枝晶極其蓬松，需要擠占大量空間，從而造成電池體積膨脹，電池循環性能迅速衰減。

發明內容

本公開的目的是提供一種鋰離子電池重復單元、鋰離子電池及其使用方法、電池模組和汽車，以解決現有技術中電池能量密度低的問題、鋰枝晶導致的安全問題以及電池在高溫環境中安全性問題、自放電問題和電解液消耗問題。

為了實現上述目的，本公開第一方面：所述重復單元包括按照層疊方向依次層疊設置的正極、第一隔膜和負極，所述負極包括在充電時彼此無電接觸的第一負極和第二負極；所述第一負極包括活性材料層、導體層和絕緣層，所述導體層含有無機多孔導電材料，所述絕緣層含有第一無機化合物；所述負極中，所述活性材料層、所述導體層、所述絕緣層、所述第二負極、所述絕緣層、所述導體層和所述活性材料層按照所述層疊方向依次層疊設置。

可選地，所述無機多孔導電材料為多孔金屬材料、多孔碳材料和多孔氧化物材料中的一種或幾種。

可選地，所述多孔金屬材料為金屬網或泡沫金屬；所述多孔金屬材料為銅、鎳、鎂、鋁、錳、鐵、鈦和鋅中的一種或幾種；

所述多孔碳材料為多孔碳球、多孔碳纖維、多孔碳納米管和多孔碳布中的一種或幾種；