[发明专利]一种全固体离子传导动力的锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及能源，特别是一种全固体离子传导动力的锂电池。

背景技术

锂离子电池自20世纪90年代初实现商业化以来，因其自身的优越性能而得到了迅速的发展，已经在交通、移动通信、笔记本电脑以及数码电子产品等多个领域中得到了广泛的应用。但是目前主要使用的锂离子电池的电解液主要是含有可燃性液体有机物，这给锂离子电池在使用中带来了很大的安全隐患，在一定程度上限制了其应用范围的继续扩大。虽然聚合物电解质在一定程度上缓解了这个问题，然而由于聚合物电解质本身在使用过程中容易出现“脱水现象”以及与锂或其他高电位插层材料的电化学性能不稳定等问题决定了这种材料并不是一种完美的解决方案。而使用不可燃的锂离子传导的固体电解质不仅能排除电池内部短路和液体电解质泄漏的问题，还能彻底解决由于电解液造成的安全隐患问题。LiFePO₄电池做为现今首选的动力电池，其能量密度在100Wh/Kg左右，其性能远远不能满足交通工具的要求。21世纪能源和环境是国家可持续发展的战略问题，随着人类经济和科技的发展，对能源的需求日益增大，石化类不可再生燃料的急速减少，开发安全、环保、高效的新能源是目前的当务之急。

目前，已知的锂硫电池技术均采用有机液体做为电解液，在充放电过程中，硫正极活性材料极易溶解于电解液中，降低了电解液的电导率和正极活性物质的利用率，影响了锂硫电池的循环性能和安全性能。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种全固体离子传导动力的锂电池，可有效解决现有技术能量密度和功率密度低，使用寿命短的问题。

本发明解决的技术方案是，包括正极、负极和外壳，正极、负极置于外壳内，外壳上分别有和正极相连的正极柱及和负极相连的负极柱，正极是由铝箔和涂覆于铝箔之上的2-10微米厚的纳米碳/硫复合材料构成的正极片，所述的正极、负极之间有LiPON固体电解质膜，LiPON固体电解质膜是由Li₃PO₄·12H₂O在N气的保护下，磁控溅射沉积在正极片之上的2-10微米厚的LiPON薄膜；所述的负极为在真空10^-2-10^-5Pa和Ar气流量20-50sccm的气氛围中，用真空热蒸发法将金属锂沉积在LiPON固体电解质膜上构成，厚度为2-10微米；所述的正极片是以质量比计的：纳米碳/硫复合材料︰导电炭黑︰粘结剂＝80︰10︰10的比例混合，均匀地涂覆在铝箔上，经常规干燥、辊压、切片制成正极片；所述的纳米碳/硫复合材料是由纳米碳和硫纳米颗粒以质量比30︰70进行真空混合，然后在球磨机中球磨1-3小时，放入高压釜内，在200℃下保温8-15小时，再冷却至室温，即成。

本发明结构简单，易于生产，使用效果好，能量密度、功率密度大，充放电倍率高，使用寿命长，是能源上的创新。

附图说明

图1为本发明的结构剖面主视图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1给出，本发明的锂电池包括正极1、负极3和外壳4，正极1、负极3置于外壳4内，外壳上分别有和正极相连的正极柱5及和负极相连的负极柱6，正极是由铝箔和涂覆于铝箔之上2-10微米厚的纳米碳/硫复合材料构成的正极片，所述的正极、负极之间有LiPON固体电解质膜2，LiPON固体电解质膜2是由Li₃PO₄·12H₂O在N气的保护下，磁控溅射沉积在正极片之上的2-10微米厚的LiPON薄膜；所述的负极为在真空10^-2-10^-5Pa和Ar气流量20-50sccm的气氛围中，用真空热蒸发法将金属锂沉积在LiPON固体电解质膜上构成，厚度为2-10微米；所述的正极片是以质量比计的：纳米碳/硫复合材料︰导电炭黑︰粘结剂PVDF＝80︰10︰10的比例混合，均匀地涂覆在铝箔上，经常规干燥、辊压、切片制成正极片；所述的纳米碳/硫复合材料是由纳米碳和硫以质量比30-70︰70-30进行真空混合，然后在球磨机中球磨1-3小时，放入高压釜（高压釜为常用化工设备，如：江苏朔耕石化装备有限公司生产的高压釜）内，在200℃下保温8-15小时，再冷却至室温，即成。