锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：作为负极的超轻三维骨架金属锂复合体；离子传输层；和正极，其中所述超轻三维骨架金属锂复合体包括：不导电的高分子三维骨架；沉积在三维骨架内部的、用于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子；分布于三维骨架表面且贯穿三维骨架内部的金属锂薄膜，其中，借助于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子，金属锂薄膜形成贯穿三维骨架的导电通道；和任选地，位于金属锂薄膜外表面的表面保护层，其中，所述超轻三维骨架金属锂复合体具有1.0‑200微米的均匀厚度，厚度公差在±0.5μm以内，所述超轻三维骨架金属锂复合体的密度小于等于单纯金属锂薄膜的密度。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池
本专利技术涉及储能
，尤其涉及一种锂离子电池。
技术介绍
汽车尾气的污染问题愈发引人关注，而采用电动汽车代替燃油车是解决汽车尾气污染问题的途径之一。锂离子电池因其能量密度高，温度适用范围广而被广泛应用于电动汽车。但是现有的以碳材料为负极的锂离子电池，能量密度低，不能满足长续航里程电动汽车的需要。发展高能量密度锂离子电池势在必行。金属锂负极具有更高的比容量(3860mAh/g，为石墨负极的十倍)和低的电极电位(-3.04Vvs标准氢电极)，以金属锂负极取代石墨负极，可以大大提升锂离子电池能量密度，满足长续航电动汽车的需要。但是金属锂质地软，不抗拉伸。然而，现有的锂离子电池生产多采用卷对卷生产，需要负极有一定的拉伸强度，否则就会出现断带等问题，降低生产效率。另外，金属锂电池在充电时，来自正极的锂离子会沉积在负极，引发负极的体积膨胀，进而引起电池体积膨胀；而放电时，负极的金属锂会迁移至正极，因而负极体积收缩，进而因此电池体积收缩。在反复的循环过程中，电池体积反复收缩和膨胀，这对于电芯封装和电池使用带来很大的问题。最后，锂离子在锂箔上会以枝晶的形状沉积，锂枝晶会突破锂箔表面的固态电解质层(SEI层)，与电解液接触，再次形成SEI层。该过程会消耗电解液和活性锂，使得电池循环寿命短。更为严重的是锂枝晶持续生长，会刺穿隔膜，接通正负极，导致电池短路甚至着火。虽然现在已有锂铜复合带，可以提高金属的拉伸强度，但是锂铜复合带无法解决负极的体积变化和枝晶问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以克服现有技术中存在的上述问题的锂离子电池。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：在本专利技术的一个方面，提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：作为负极的超轻三维骨架金属锂复合体；离子传输层；和正极，其中所述超轻三维骨架金属锂复合体包括：不导电的高分子三维骨架；沉积在三维骨架内部的、用于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子；分布于三维骨架表面且贯穿三维骨架内部的金属锂薄膜，其中，借助于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子，金属锂薄膜形成贯穿三维骨架的导电通道；和任选地，位于金属锂薄膜外表面的表面保护层，其中，所述超轻三维骨架金属锂复合体具有1.0-200微米的均匀厚度，厚度公差在±0.5μm以内，所述超轻三维骨架金属锂复合体的密度小于等于单纯金属锂薄膜的密度。在一些实施方案中，所述三维骨架由不导电的高分子经过静电纺丝或者编制而成。优选地，所述高分子包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、粘胶纤维、醋酸纤维、尼龙、涤纶、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚芳醚和聚芳酰胺中的一种或者其任意组合。在一些实施方案中，所述纳米功能粒子包括无机纳米粒子和亲锂有机聚合物纳米粒子中的一种或多种。优选地，所述无机纳米粒子包括磷化铟(InP)、硅(Si)、氮化镓(GaN)、氮化硼(BN)、石墨和磷化亚铜(Cu3P)，所述亲锂有机聚合物包括含有氨基、硝基、吡咯、吡啶、咪唑、氟、胺类、腈类、叠氮、偶氮、重氮基团中至少一种的聚合物。优选地，所述纳米功能粒子与三维骨架的质量比在1％至15％范围内。在一些实施方案中，所述纳米功能粒子通过热蒸镀或者化学反应沉积在三维骨架内部。在一些实施方案中，所述金属锂薄膜的材料包括纯金属锂或者锂合金，所述锂合金为金属锂与硅、镁、铝、铟、硼、锡、镓、钇、银、铜、铅、铋、钠、碳、锗、钛、铬、钴、钨、铁、铌、镍、金、钡、镉、铯、钙、锰、氮、铂、硫、铊、锶、碲、锌、锑、锆中的一种或多种的合金。在一些实施方案中，所述金属锂薄膜通过向内部沉积有纳米功能粒子的三维骨架喷淋熔融金属锂或锂合金而形成。在一些实施方案中，所述正极的材料包括：磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂(LiMn2O4)、LiMnO2、镍酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料和硫中的至少一种。在本文中，所述离子传输层对电子绝缘而能够传输锂离子，在电池中用于分隔正极和负极，在充放电过程中在正负极间传输锂离子。在一些实施方案中，所述离子传输层由多孔聚合物薄膜与电解液组成，或者由固态电解质组成。在一些实施方案中，构成多孔聚合物薄膜的聚合物包括：聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酯、聚酰胺、纤维素、芳纶和氨纶中的至少一种。在一些实施方案中，所述电解液包含锂盐、溶剂和任选的添加剂。优选地，所述锂盐包括：六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)和氢氧化锂(LiOH)中的至少一种。优选地，所述溶剂包括：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、四氢呋喃(DOL)、2-甲基四氢呋喃(2-MeTHF)、1，3-二氧环戊烷(DOL)，4-甲基-1，3-二氧环戊烷(4-MeDOL)、二甲基甲烷(DMM)、1，2-二甲氧基乙烷(DME)、1，2-二甲氧基丙烷(DMP)和二甘醇二甲醚(DG)中的至少一种。优选地，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)和1，3-丙磺酸内酯(PS)中的至少一种。在一些实施方案中，所述固态电解质包括聚合物固态电解质、硫化物固态电解质、氧化物固态电解质和有机无机复合固态电解质中的至少一种。优选地，所述聚合物固态电解质是由聚合物和锂盐组层。所述聚合物包括：聚环氧乙烷(PEO)、聚乙二醇、聚硅氧烷、聚三亚甲基碳酸酯、聚碳酸酯、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丙烯酯、聚碳酸亚乙烯酯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、聚苯硫醚、对苯醌以及上述聚合物的共聚物或混合物。所述锂盐包括：六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)和氢氧化锂(LiOH)中的至少一种。优选地，所述硫化物固态电解质包括：Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3、Li2S-SiS2、Li2S-GeS2、Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li6PS5I、Li7Ge3PS12、Li3Ps4、Li4GeS4、Li4SiS4、Li4SnS4、Li10GeP2S12(LGPS)、Li10SiP2S12、Li10SnP2S12和Li9.54本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：/n作为负极的超轻三维骨架金属锂复合体；/n离子传输层；和/n正极，/n其中所述超轻三维骨架金属锂复合体包括：/n不导电的高分子三维骨架；/n沉积在三维骨架内部的、用于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子；/n分布于三维骨架表面且贯穿三维骨架内部的金属锂薄膜，其中，借助于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子，金属锂薄膜形成贯穿三维骨架的导电通道；和/n任选地，位于金属锂薄膜外表面的表面保护层，/n其中，所述超轻三维骨架金属锂复合体具有1.0-200微米的均匀厚度，厚度公差在±0.5μm以内，所述超轻三维骨架金属锂复合体的密度小于等于单纯金属锂薄膜的密度。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：
作为负极的超轻三维骨架金属锂复合体；
离子传输层；和
正极，
其中所述超轻三维骨架金属锂复合体包括：
不导电的高分子三维骨架；
沉积在三维骨架内部的、用于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子；
分布于三维骨架表面且贯穿三维骨架内部的金属锂薄膜，其中，借助于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子，金属锂薄膜形成贯穿三维骨架的导电通道；和
任选地，位于金属锂薄膜外表面的表面保护层，
其中，所述超轻三维骨架金属锂复合体具有1.0-200微米的均匀厚度，厚度公差在±0.5μm以内，所述超轻三维骨架金属锂复合体的密度小于等于单纯金属锂薄膜的密度。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述三维骨架由不导电的高分子经过静电纺丝或者编制而成；
优选地，所述高分子包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、粘胶纤维、醋酸纤维、尼龙、涤纶、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚芳醚和聚芳酰胺中的一种或者其任意组合。


3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述纳米功能粒子包括无机纳米粒子(磷化铟InP、硅Si、氮化镓GaN、氮化硼BN、石墨、磷化亚铜(Cu3P))和亲锂有机聚合物纳米粒子(含有氨基、硝基、吡咯、吡啶、咪唑、氟、胺类、腈类、叠氮、偶氮、重氮基团中至少一种的聚合物)中的一种或多种；

【专利技术属性】
技术研发人员：刘承浩，孔德钰，孙兆勇，郇庆娜，陈强，牟瀚波，
申请(专利权)人：天津中能锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12