[發(fā)明專(zhuān)利]一種微型高能二次電池及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210979833.1
• 申請(qǐng)日: 2022-08-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115411383A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)偉偉;高鵬;孟占昆
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0587
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0587;H01M4/134;H01M10/052
• 代理公司: 天津諾德知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 12213
• 代理人: 欒志超

本發(fā)明提供一種微型高能二次電池，包括相互交疊的正極片、隔膜和負(fù)極片，隔膜設(shè)置于正極片和負(fù)極片中間，隔開(kāi)正極片和負(fù)極片，正極片設(shè)置有正極極耳，負(fù)極片設(shè)置有負(fù)極極耳。本發(fā)明解決目前現(xiàn)有技術(shù)中微型鋰離子電池性能難以提升的問(wèn)題，提供一種微型高能二次電池及其制備方法，該微型高能二次電池為復(fù)合鋰金屬卷繞電池，具備正極片、隔膜和負(fù)極片，通過(guò)卷繞的方式制備卷繞電芯，增大微型電池的空間利用率，實(shí)現(xiàn)微型電池的高能量供應(yīng)。該電池與傳統(tǒng)微型鋰離子電池相比，比能量更高、壽命更長(zhǎng)、功率更高、安全性能更好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種微型高能二次電池及其制備方法。

背景技術(shù)

在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，鋰離子電池由于其高電壓，高能量密度以及高安全等優(yōu)勢(shì)取代了傳統(tǒng)的鉛酸、鎳鎘等儲(chǔ)能體系，受到了廣泛關(guān)注?！?C”電子產(chǎn)品(計(jì)算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品(Consumer Electronic))和電動(dòng)(汽)車(chē)等的普及，更加增大了對(duì)高能量和高功率的儲(chǔ)能電源的需求。鋰離子電池(LIB)在各種智能領(lǐng)域、軍用領(lǐng)域等具有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，已成功應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)、醫(yī)療設(shè)備、智能手表、無(wú)人機(jī)和衛(wèi)星等領(lǐng)域，但現(xiàn)有的和廣泛使用的鋰離子電池技術(shù)在能量密度、循環(huán)壽命、成本和制造方面已達(dá)到其理論極限，性能難以有較大突破，在更高能量需求應(yīng)用領(lǐng)域受到了限制。

采用石墨負(fù)極和各種正極材料組成的“搖椅式”鋰離子電池經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其性能得到極大的提升，但現(xiàn)有微型鋰離子電池體系采用的石墨負(fù)極，其固有的嵌入脫出機(jī)制限制鋰離子電池能量密度的提升，石墨負(fù)極經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，其比容量潛力已經(jīng)得到最大限度地開(kāi)發(fā)，但石墨負(fù)極的質(zhì)量比容量?jī)H有372.0mAh/g，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)高能量密度儲(chǔ)能器件的需求。不同于傳統(tǒng)的“搖椅式”鋰離子電池，鋰金屬電池是通過(guò)鋰金屬的沉積/溶出過(guò)程達(dá)到存儲(chǔ)鋰離子和電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換的目的。鋰金屬電池目前被認(rèn)為是最有前途的下一代電池之一，其安全性、比容量、自放電率等性能均優(yōu)于鋰離子電池。因此，開(kāi)發(fā)比能量更高、壽命更長(zhǎng)、功率更高及安全性能更好的微型二次鋰(復(fù)合)金屬電池是當(dāng)前的主要任務(wù)。

為了突破高能量密度的限制，金屬鋰憑借其密度僅為0.53g/cm³，理論比容量高達(dá)3860mAh/g，同時(shí)其氧化還原電極電位低至-3.04V(vs.SHE)等優(yōu)點(diǎn)，被視為“圣杯”電極，是理想的負(fù)極材料，成為開(kāi)發(fā)下一代負(fù)極材料的首選，有望替代傳統(tǒng)鋰離子電池中的負(fù)極材料，如石墨碳負(fù)極材料，過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料，獲得高比容量的二次電池。盡管鋰金屬電池具有優(yōu)勢(shì)，但迄今為止仍存在一些問(wèn)題，由于鋰金屬的活潑性及“無(wú)載體”(“hostless”)特性，鋰金屬在充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生非均勻沉積，生成的枝晶可刺穿隔膜，造成電池短路，引起火災(zāi)甚至爆炸等安全事故。斷裂的鋰枝晶會(huì)形成死鋰，造成電池容量的衰減，進(jìn)一步消耗電解液，縮短鋰金屬二次電池使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是目前現(xiàn)有技術(shù)中微型鋰離子電池性能難以提升的問(wèn)題，提供一種微型高能二次電池及其制備方法，該微型高能二次電池為復(fù)合鋰金屬卷繞電池，具備正極片、隔膜和負(fù)極片，通過(guò)卷繞的方式制備卷繞電芯，增大微型電池的空間利用率，實(shí)現(xiàn)微型電池的高能量供應(yīng)。該電池與傳統(tǒng)微型鋰離子電池相比，比能量更高、壽命更長(zhǎng)、功率更高、安全性能更好。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種微型高能二次電池，

包括相互交疊的正極片、隔膜和負(fù)極片，所述隔膜設(shè)置于所述正極片和所述負(fù)極片中間，隔開(kāi)所述正極片和所述負(fù)極片，所述正極片設(shè)置有正極極耳，所述負(fù)極片設(shè)置有負(fù)極極耳。

進(jìn)一步地，所述正極片使用的材料包括鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元、鎳酸鋰或富鋰材料中的一種或幾種。

進(jìn)一步地，所述負(fù)極片使用的材料包括金屬鋰，或鋰銅復(fù)合、鋰鎂復(fù)合、鋰硼復(fù)合、鋰銀復(fù)合、鋰碳復(fù)合的一種或多種金屬或非金屬?gòu)?fù)合。