[发明专利]锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于化学电源领域，涉及一种锂离子电池。

背景技术

化学电源的能量存贮于电极之中，而电极的存在形式通常是固体。在锂离子电池体系中，目前用于手机、数码相机、笔记本电脑等小型电子产品中的所谓“液态锂离子电池”，其正负电极均由固体活性物质加上导电剂和粘结剂等成分，粘接于金属箔上而成，这里的正极和负极均以固态形式存在。其电解液为液态的有机溶剂，为区别于采用固态电解质的锂离子电池，而将该种电解液呈液态的锂离子电池称为“液态锂离子电池”。由此可见所谓液态锂离子电池其实是一种电解液呈液态而正负极呈固态的锂离子电池。用水溶液替代有机溶剂电解液的锂离子电池，其正负极也均是固体，为区别于有机电解液锂离子电池体系，该类电池特称为“水溶液锂离子电池”。

固态电极的电池制作工艺非常复杂，包括混料、涂布、压制、绕卷等40多道工序。

发明内容

本发明目的在于提供一种以液体为负极或正极的锂离子电池体系，由于该体系中一个电极呈固态，而另一个电极呈液态，故将该锂离子电池体系称为半液锂离子电池。本发明的半液锂离子电池制备方便；能适应不同形状电器要求，有效利用电器的空间，方便地进行电池组的组合，从而可以应用于交通、储能、医疗以及小型电子产品领域。

本发明提供的一种负极呈液态，正极呈固态的半液锂离子电池，其基本组成如下：

(1)正极：由活性物质、粘结剂、导电剂混合后粘接于集流体上而成，其活性物质为锂-过渡金属的氧化物、卤化物、硫化物、硫酸盐-氟化物的复合物、磷酸盐、碳酸盐、草酸盐中的一种或多种的复合物。

优选锰酸锂、钴-镍-锰三元材料或磷酸铁锂。

(2)负极：由过渡金属离子溶解于溶剂中组成，过渡金属可以是钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锡、铅等中的一种或多种，或其含氧复杂离子例如硫酸氧钒等，或其氨、硫氰酸根、氰酸根、硫代硫酸根的配合物，若其配合物存在，则优选其配合物。

过渡金属离子的价态可以是+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7等价态，优选处于高价态且可以在溶剂中稳定存在的离子。

其溶剂可以是水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、酒精、甲醇、二甲亚砜、乙醚、乙酸乙酯、四氢呋喃、二氧五环、二氧六环、丙酮、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、r-丁内酯等中的一种或多种，优选碳酸酯类溶剂的混合物和水，更优选水。

负极还包含集流体，集流体可以是不锈钢、镍、钛、铂、钯、金、银、铜等金属或导电石墨，优选不锈钢、导电石墨和铅。

负极中可以包含促进液体循环的装置，该装置可以同集流体集成为一体，也可以单独存在。

(3)隔膜：可以是无机锂离子导电膜、中性离子膜、阳离子交换膜或阴离子交换膜，可以是单层膜，也可以是多层复合膜。优选无机锂离子导电膜、磺酸锂或淀粉与聚丙烯/聚乙烯形成的多层复合膜。

(4)电解液：溶质为锂盐，可以是锂的卤化物、硫酸盐、硝酸盐、草酸盐、醋酸盐、亚硫酸盐、磷酸盐、氢氧化物等。溶剂可以是水、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、酒精、甲醇、二甲亚砜、乙醚、乙酸乙酯、四氢呋喃、二氧五环、二氧六环、丙酮、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、r-丁内酯等中的一种或多种，优选碳酸酯类溶剂的混合物和水，更优选水。正极和负极的电解液可以相同，也可以不同。电解液可以通过加入凝胶化剂而呈凝胶态，凝胶添加剂可以是淀粉及其衍生物，明胶、聚丙烯酸酯及其衍生物、醋酸酯类、缩甲基纤维素类以及相关的吸水树脂，或加入聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸酯及其衍生物等，优选加入聚丙烯酸树脂、淀粉、缩甲基纤维素盐。

(5)外壳：正极外壳材质可以是金属、无机物陶瓷、塑料、橡胶、树脂等高分子材料或金属与上述高分子材料组成的复合材料。优选不锈钢、铝合金、铝塑复合材料、聚丙烯、聚乙烯、PET树脂等。负极外壳可以同正极外壳材质相同，也可以不同，两者之间用隔膜分开。负极外壳为适应设备需求，可以有不同的形状，例如管状、盒状、球状、多面体状，以及上述多种形状的组合。

本发明还提供了一种正极呈液态、负极呈固态的半液锂离子电池，其基本组成如下：

(1)正极：由过渡金属离子溶解于溶剂中组成，过渡金属可以是钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锡、铅等中的一种或多种，或其含氧复杂离子如硫酸氧钒等，或其氨、硫氰酸根、氰酸根、硫代硫酸根等的配合物，若其配合物存在，则优选其配合物。

离子的价态可以是+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7等价态，优选处于低价态且可以在溶剂中稳定存在的离子。