[发明专利]高能量密度锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种高能量密度锂离子电池。

背景技术

由于锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长、绿色环保等特点，被广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子产品，在电动汽车等领域也有很好的应用前景。随着应用范围的扩大，对锂离子电池的性能也提出了更高的要求，尤其是随着智能手机的普及，对高能量密度锂离子电池的需求日趋加剧。

目前采用碳基材料作为锂离子电池的负极活性材料，其首次效率较低，只能达到90%且理论克容量只有372mAh/g。随着对体积能量密度和质量能量密度要求的提高，碳基材料已经无法满足目前的需求。业内对硅基材料研究表明，虽然其理论克容量达到4200mAh/g，但是首次效率只有50～60%。

于2006年9月6日公开的中国专利申请公开号CN1830110A公开了一种预锂化基质材料的方法，该方法在锂离子电池正极或负极基质材料中加入锂金属，使基质材料预锂化，补偿锂离子电池在使用过程中负极的锂离子损耗，从而提升电池首次效率和能量密度。但是通过这种方法将锂金属加入电解液后，反应速度很快；在负极补锂时，导致形成的SEI膜不稳定，同时负极材料容易破裂；在正极补锂时，普遍采用的负极活性物质钴酸锂耐过度嵌锂的能力差，颗粒破裂，性能降低；此外残留在电极表面的一些锂金属颗粒和锂金属反应的副产物会刺穿隔离膜而造成电池的安全隐患。

发明内容

鉴于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高能量密度锂离子电池，其能提高锂离子电池的首次效率和能量密度。

本发明的另一目的在于提供一种高能量密度锂离子电池，其具有耐过度嵌锂的能力可防止补锂过程中由于过度嵌锂对正极活性材料造成的破坏。

本发明的又一目的在于提供一种高能量密度锂离子电池，其能控制正极补锂层向正极极片补锂时的嵌锂速度和嵌锂的均匀性，进而保护正极极片。

本发明的又一目的在于提供一种高能量密度锂离子电池，其能抑制补锂后残留的金属颗粒刺穿隔离膜，进而减少安全隐患。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高能量密度锂离子电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜、介于正极极片和隔离膜之间的正极补锂层、电解液、位于正极极片与正极补锂层之间的第一聚合物导电层、位于正极补锂层与隔离膜之间的第二聚合物导电层，其中，正极极片包括正极集流体以及正极膜，负极极片包括负极集流体以及负极膜，正极极片的正极膜至少含有具有高首次效率性能的第一正极活性材料和具有耐过度嵌锂性能的第二正极活性材料。

本发明的有益效果如下：

首先，采用了正极补锂层以补充负极极片在首次充电过程中消耗的不可逆锂，提高锂离子电池的首次效率和能量密度；

其次，采用耐过度嵌锂的正极活性材料，可防止补锂过程中由于过度嵌锂对正极活性材料造成的破坏；

最后，采用了聚合物导电层来减缓正极补锂层对正极极片嵌锂速度，同时可有效地抑制补锂后残留的金属颗粒、充放电过程中形成的锂枝晶刺穿隔离膜，进而减少安全隐患，降低锂离子电池微短路造成的自放电。

附图说明

图1为根据本发明的高能量密度锂离子电池的实施例1的裸电芯单层的截面示意图；

图2为根据本发明的高能量密度锂离子电池的实施例2的裸电芯单层的截面示意图；

图3为根据本发明的高能量密度锂离子电池的实施例3的裸电芯单层的截面示意图；

图4为根据本发明的高能量密度锂离子电池的实施例4的裸电芯单层的截面示意图；

图5为根据本发明的高能量密度锂离子电池的实施例5的裸电芯单层的截面示意图；

图6为对比例1的裸电芯单层的截面示意图；

图7为对比例2的裸电芯单层的截面示意图；

图8为对比例3的裸电芯单层的截面示意图；

图9为根据本发明的高能量密度锂离子电池中的聚合物导电层的组成示意图(其中，第一聚合物导电层和第二聚合物导电层均可以统称为聚合物导电层，以便于参照该图来说明图1至图5的情况，其中离子导电材料以白色填充的几何形状来表示，而电子导电材料以黑色填充的几何形状来表示)。

其中，附图标记说明如下：

具体实施方式

下面详细说明根据本发明的高能量密度锂离子电池以及实施例。

首先参照附图来说明根据本发明的高能量密度锂离子电池。