[发明专利]一种电容型混合负极极片锂离子动力电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体为一种电容型混合负极极片锂离子动力电池。

背景技术

随着现代社会信息化和智能化的高速发展，以及环境污染和能源匮乏日渐严重，社会对蓄电器件的容量和输出功率要求越来越高，锂离子电池和电容器等成为当前研究热点。锂离子电池具有能量密度高、自放电率低等优点，但倍率性能不理想，功率密度较低，而且锂离子电池的电压范围在3.0～4.1V之间，高于4.1V时，电池正极材料和电解液不稳定、易氧化，负极表面易析锂形成锂枝晶，带来安全隐患。电容器虽然具有功率密度高、循环寿命长等优点，但能量密度相对较低，而且自放电率较大。

为了满足高能量密度、高输出特性的需求，近年来，将锂离子电池和电容器的蓄电原理结合的、被称之为混合式电容器的蓄电装置引人注目。但是，目前将锂离子电池与电容器的联用多局限在锂离子电池和活性炭双层电解电容器联用，一般把活性炭材料加入到锂离子电池的活性材料中，如中国专利申请CN103021671A提出了一种锂离子电池电容器，透过在正极活性材料中加入活性炭和在负极活性材料中加入软碳或硬碳形成双电层活性炭电容器，使其制备的锂离子电池电容器同时具有锂离子电池高能量密度和电容器高公路的特点，拓宽了其使用的温度范围和电压范围，具有优良的电量（电荷）保持率。但是，在其技术方案中，活性碳占正极活性材料容量百分比的5.0%～50.0%，软碳或硬碳等A类材料占负极活性材料容量百分比的50.0～95.0%，严重降低了锂离子电池的能量密度；而且，把诸如软碳或硬碳等A类材料加入负极材料、活性炭加入正极材料中，在加工过程在正极和负极的混浆过程即需要加入，不仅加工难度较大不利于生产效率的提升，而且给正负极打浆过程造成诸多不确定因素，产品品质严重依赖于混浆的均匀性，品质风险过高。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容型混合负极极片锂离子动力电池，充分考虑石墨负极容量大、嵌锂电位抵、成本低廉的特点和钛酸锂负极循环寿命长、倍率性能良好、安全性能优异、与电解液相容性好的特点，具有综合性能优异、加工可操作性强和成本低廉的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种电容型混合负极极片锂离子动力电池，包括负极片、正极片和隔膜，所述负极片、正极片和隔膜相互间隔卷绕或层叠设计，所述隔膜设置在负极片和正极片之间，所述负极片为混合负极极片，所述混合负极极片为三层复合结构，所述负极极片包括第一负极层、第二负极层和负极集流体层，所述第一负极层和第二负极层分别涂覆在负极集流体的阴面和阳面，所述第一负极层为钛酸锂负极材料层，所述第二负极层为天然石墨、人造石墨、软碳和硬碳混合体系组成的石墨负极材料层，所述软碳、硬碳的质量占混合体系的50-95%，所述正极材料层为包含有质量分数5-50%活性炭的磷酸铁锂正极材料层、锰酸锂正极材料层、钴酸锂正极材料层或镍钴锰三元正极材料层。

进一步地，所述第一负极层和第二负极层在卷绕或层叠中错位相隔，从而实现了锂离子动力电池在卷绕或层叠时结构的一致性，保证了电池性能的一致性。

进一步地，所述负极片、正极片和隔膜相互间隔卷绕形成圆柱状结构，满足圆柱钢壳电池的生产要求，特别是容量型圆柱电池生产设计的需要。

进一步地，所述负极片、正极片和隔膜相互间隔层叠形成方形结构，满足方形软包电池的生产要求，特别是功率型锂离子动力电池生产设计的需要。

进一步地，所述负极集流体层为铜箔，铜箔作为常规的负极集流体，加工工艺成熟，便于负极材料涂布的调试和加工。

进一步地，所述隔膜为PE隔膜、PP隔膜或PE/PP复合隔膜，可以根据实际的电池类型选择不同材质和厚度的隔膜。

进一步地，所述正极片为三层复合结构，所述正极片包括正极集流体层和涂覆在正极集流体层的正极材料层。正极片的结构为常规结构，可以直接利用现有工艺进行生产，提供生产的通用性，降低加工设计成本。

进一步地，所述电容型混合负极极片锂离子动力电池还包括锂离子电池电解液，所述锂离子电池电解液由溶剂、电解质盐和添加剂组成，其中溶剂由碳酸二甲酯（DMC)、碳酸二乙酯（DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯（EC)四元组分组成，其体积百分如下：DMC占20%～30%，DEC占20%～30%，EMC占10%～20%，EC占25%～50%。锂离子电池电解液体系与活性炭超级电容器的电解液体系均为性质现实的有机溶剂体系，既满足锂离子电池的要求，又满足了活性炭超级电容器的工作需要，有效简化了加工制造过程。