一种可控设计长寿命的锂离子电池及动力车辆制造技术

本申请提供了一种可控设计长寿命的锂离子电池，包括N个电池单元堆叠形成的电芯，及至少一个负极补锂剂膜，该负极补锂剂膜为包括集流体和设置在集流体至少一侧表面的金属锂膜层的独立补锂电极，或为层压在所述负极材料层表面的金属锂膜层，金属锂膜层的面密度σ与自定义的参数θ需满足一定关系。这样，电池在具有可控的较长循环寿命的同时，还不易发生析锂现象。现象。现象。

【技术实现步骤摘要】
一种可控设计长寿命的锂离子电池及动力车辆


[0001]本申请涉及锂离子电池
，尤其涉及一种可控设计长寿命的锂离子电池及动力车辆。

技术介绍

[0002]锂离子电池因能量密度高、体积小、无记忆效应等诸多优势而在便携式电子设备(手机、平板电脑等)、无人机、电动汽车等领域得到广泛应用。但锂离子电池也有自身的缺点，例如其容量衰减问题。其中，活性锂的损耗是锂离子电池在循环过程中容量衰减的主要原因之一，为此，业界采取的措施一般是向锂离子电池体系中预先加入能提供活性锂的补锂剂，以补足电池对活性锂的不可逆损耗。
[0003]目前发展较成熟的电池补锂技术是负极补锂，其主要包括湿法锂粉补锂和干法锂带、锂箔补锂等。但这些补锂手段的补锂效果不好控制，例如，金属锂的补锂量不能过高，否则需要提高电池正负极的N/P比来降低电池析锂风险；但若N/P比过高，则可能会浪费大量的负极材料、降低电池的能量密度，反而与补锂初衷相悖，进而不利于提升电池容量。因此，如何通过精确控制金属锂的补锂量和电池N/P比来实现对较长循环寿命的电池的可控设计，成为目前补锂电池急需攻克的难题。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请提供了一种锂离子电池，其在具有可控的较长循环寿命的同时，还不易发生析锂现象。
[0005]具体地，本申请第一方面提供了一种可控设计长寿命的锂离子电池，所述锂离子电池包括N个电池单元堆叠形成的电芯，每个电池单元包括正极片、负极片和夹持于正极片与负极片之间的隔膜，相邻的两个电池单元之间用隔膜隔开；所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体至少一侧表面的正极材料层，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面上的负极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述负极材料层包括负极活性材料、导电剂和粘结剂；所述锂离子电池还包括至少一个负极补锂剂膜，所述负极补锂剂膜为独立补锂电极或层压在所述负极材料层表面的金属锂膜层，所述独立补锂电极包括集流体和设置在所述集流体的至少一侧表面的金属锂膜层；
[0006]其中，所述金属锂膜层的面密度σ满足以下公式(一)，并定义如下述公式(二)所示的参数θ：
[0007][0008][0009]其中，α代表不同循环圈数的锂离子电池所需的预存锂量与N个所述负极片的可逆容量的比值；ε为所述金属锂膜层的面密度的公差，σ1、ε1分别为所述正极材料层的面密度及其公差，σ2、ε2分别为所述负极材料层的面密度及其公差，c1、ξ1分别为所述正极材料层的克容量及其公差，c2、ξ2分别为所述负极材料层的克容量及其公差，η为所述负极活性材料的首次库伦效率，n为所述锂离子电池中所述金属锂膜层的数目，c3为所述金属锂膜层的材质的理论克容量，k为矫正因子，k为0.5
‑
0.95之间的常数；其中，所述θ在1.0
‑
1.3的范围。
[0010]本申请中，通过精确控制金属锂膜层的面密度σ可以实现其对电池补锂量的控制，进而能可控地设计锂离子电池的较长循环寿命，并通过控制上述参数θ在合适范围来避免电池会发生析锂风险，同时使电池具有较高的容量和循环性能。
[0011]第二方面，本申请提供了一种动力车辆，该动力车辆含有如本申请第一方面所述的锂离子电池。该动力车辆的锂离子电池具有可控的长寿命，电池容量较高。
[0012]本申请实施例的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本申请实施例的实施而获知。
附图说明
[0013]图1a至图1d为本申请实施方式中提供的锂离子电池的几种结构示意图；
[0014]图2为本申请实施例中磷酸铁锂
‑
石墨体系电池在不同预存锂程度下的循环衰减曲线。
具体实施方式
[0015]以下所述是本专利技术的示例性实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。
[0016]请一并参阅图1a至图1d，本申请示例性实施例提供了一种锂离子电池1000，包括N个电池单元1堆叠形成的电芯，每个电池单元1包括一个正极片10、一个负极片20和夹持于正极片10与负极片20之间的隔膜3，相邻的两个电池单元1之间用隔膜3隔开；正极片10包括正极集流体100和设置在正极集流体100的至少一侧表面的正极材料层101，负极片20包括负极集流体200和设置在负极集流体200的至少一侧表面上的负极材料层201，正极材料层101包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，负极材料层201包括负极活性材料、导电剂和粘结剂。其中，正极集流体100的一侧表面上设置有正极材料层101，也可以是其两侧表面上设置有正极材料层101，负极片20中的情况与之类似。
[0017]锂离子电池1000还包括至少一个负极补锂剂膜4，负极补锂剂膜4为层压在负极材料层201表面的金属锂膜层，或者为包括金属锂膜层的独立补锂电极。
[0018]具体地，本申请一些实施方式中，负极补锂剂膜4可以是独立补锂电极。参阅图1a，该独立补锂电极包括集流体400和设置在集流体的至少一侧表面的金属锂膜层402。金属锂膜层402可以为锂单质层或锂合金层，其中，锂单质层的形式可以为锂粉、锂箔或锂带。其中，所述独立补锂电极可以设置在电芯的任意位置，例如，放置在电芯的最外侧(如图1a)和/或插入在电芯之中(图1b中，独立补锂电极是插入在相邻的正极片10和负极片20之间)，但注意要通过隔膜3将独立补锂电极与负极片20或与正极片10相隔开。其中，独立式的负极
补锂剂膜4，可以避免在负极材料层上直接设置金属锂而造成辊压负极片20时金属锂与负极材料直接接触而发生反应产热，以及杜绝电池预锂化时在未充分成膜状态下进行充电时析锂，较好地实现活性锂离子的可控释放，可以实现超长循环寿命。此外，需要注意的是，独立补锂电极需要与负极片20进行电连接，具体可以通过其上的集流体400引出的补锂极极耳与负极片20引出的负极极耳电连接。
[0019]在一些实施例中，进一步参阅图1a，以独立补锂电极存在的负极补锂剂膜4中，在集流体400和金属锂膜层402之间还可以夹设有热敏半导体层401。即，此时的负极补锂剂膜4包括集流体400和依次设置在集流体400的至少一侧表面的热敏半导体层401和金属锂膜层402。其中，热敏半导体层401的热敏性主要体现在：当电池处于常温或低温下，热敏半导体层401的电阻高达104Ohm*m2，涂层两端基本电子绝缘，漏电流小于0.1μA/m2；当电池所处的温度高达60℃时，涂层的电阻小于10
‑3Ohm*m2，涂层两端呈电子导通。这样，热敏半导体层401只有在高温条件下才会导电，使金属锂膜层402和集流体400之间形成通路，使活性锂自金属锂膜层402中释放出来并嵌入到电池负极片中；此外，可以通过外部电压来调控活性锂的释放量。
[0020]本申请另外一些实施方式中，负极补锂剂膜4可以直接与负极材料层201接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可控设计长寿命的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括N个电池单元堆叠形成的电芯，每个电池单元包括正极片、负极片和夹持于正极片与负极片之间的隔膜，相邻的两个电池单元之间用隔膜隔开；所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体至少一侧表面的正极材料层，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面上的负极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述负极材料层包括负极活性材料、导电剂和粘结剂；所述锂离子电池还包括至少一个负极补锂剂膜，所述负极补锂剂膜为独立补锂电极或层压在所述负极材料层表面的金属锂膜层，所述独立补锂电极包括集流体和设置在所述集流体的至少一侧表面的金属锂膜层；其中，所述金属锂膜层的面密度σ满足以下公式(一)，并定义如下述公式(二)所示的参数θ：数θ：其中，α代表不同循环圈数的锂离子电池所需的预存锂量与N个所述负极片的可逆容量的比值；ε为所述金属锂膜层的面密度的公差，σ1、ε1分别为所述正极材料层的面密度及其公差，σ2、ε2分别为所述负极材料层的面密度及其公差，c1、ξ1分别为所述正极材料层的克容量及其公差，c2、ζ2分别为所述负极材料层的克容量及其公差，η为所述负极活性材料的首次库伦效率，n为所述锂离子电池中所述金属锂膜层的数目，c3为所述金属锂膜层的材质的理论克容量，k为矫正因子，k为0.5
‑
0.95之间的常数；其中，所述θ在1.0
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【专利技术属性】
技术研发人员：梅日国，刘正皎，常晓雅，吴子文，潘仪，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：