用于提高包含碳纳米管(CNT)-金属复合材料的锂电池性能的方法技术

本发明专利技术提供了用于形成装置和设备的方法，该装置和设备包括包含至少一个金属锂层和至少一个背衬层的阳极、至少一个阴极/对电极、设置在阳极和至少一个阴极/对电极之间的至少一个隔板，以及电解质，其中该装置被配置为提供至少80％的锂利用效率，并且其中至少一个背衬层的重量小于相同尺寸的铜背衬层的30％。层的重量小于相同尺寸的铜背衬层的30％。层的重量小于相同尺寸的铜背衬层的30％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高包含碳纳米管(CNT)
‑
金属复合材料的锂电池性能的方法


[0001]本专利技术总体上涉及碳纳米管
‑
金属复合产品及其生产方法，更具体地，涉及提高锂金属电池性能的方法和装置。

技术介绍

[0002]许多电力装置的设计在电极重量和每单位重量的能量供应方面都是低效的。与安全相关的危害一般是锂电池的另一个重要问题，特别是包含金属锂的电池的另一个重要问题。
[0003]已经努力改进电源的设计，例如电池、电容器和燃料电池。然而，许多商业上可用的系统仍然效率低下。
[0004]一次锂电池包括金属锂阳极。一次锂有两种关键设计版本：(a)筒管电池和(b)凝胶卷电池。
[0005]筒管电池用于低速率，而凝胶卷电池用于中高速率。
[0006]一次锂电池有几种商业化学成分，其中有：Li/SO2、Li/SOCl2、Li/SO2Cl2、Li/MnO2、Li/FeS2、Li/CF
x
等。
[0007]本文概述了锂/锰氧化物系统的放电反应：
[0008]系统：Li/MnO2[0009]总反应：Li+Mn
(+4)
O2→
LiMn
(+3)
O2[0010]阳极：Li
‑
e
‑
→
Li
(+1)
[0011]阴极：Mn
(+4)
O2+e
‑
→
Mn
(+3)
O2[0012]放电时，锂阳极会发生氧化，这意味着溶液中的金属转化为离子物质。由于锂金属的理论容量为2,080mAh/c.c.，使相应容量为0.2mAh/cm2的锂电池放电导致锂阳极的厚度减少lμm(每0.2mAh/cm2)。
[0013]此处的表A显示了两个1,500mAh的商用Li/MnO2CR123A电池的电极设计。
[0014][0015]电池设计\制造商 HP标称电池容量 1,5001,550阴极MnO2ꢀꢀ
长度mm230230宽度mm2525总厚度μm430440
集流器 A1网格S.S.网格AMmAh/g230240ALmg/cm2125120AM(@90％AM)mAh/cm22626阳极Li金属
ꢀꢀ
长度mm230230宽度mm2424总厚度μm180180集流器直接搭接否否AMmAh/g(理论)3,8603,860AMmg/cm29.79.7AMmAh/cm237.537.5容量阳极/阴极 1.441.44
[0016]表B.不同现有技术电池的比较
[0017]可以看出，阳极容量比阴极容量高出约45％。原因与在放电过程中锂变得越来越薄的事实有关，并且由于实际上沿电极的实际电流密度不均匀，锂可能会与末端接线片断开连接，或者由于堆叠体/凝胶卷的不均匀压缩导致与以更高的电流密度放电其他一些阳极区域断开连接。除了容量损失之外，沿电极部分断开的锂不规则性可能会导致偶尔产生火花，从而导致电池着火并伴随着安全隐患。
[0018]因此，对改进的锂电池的需求仍未得到满足。还需要用于制造改进的锂电池的安全生产工艺。

技术实现思路

[0019]本专利技术提供形成装置和设备的方法，该装置和设备包括包含至少一个锂层和至少一个背衬层的阳极、至少一个阴极、设置在阳极和至少一个阴极之间的至少一个隔板，以及电解质，其中该装置被配置为提供至少80％的锂利用效率，并且其中至少一个背衬层的重量小于相同尺寸的铜背衬层的30％。
[0020]本专利技术的一个目的是通过实施碳纳米管(CNT)
‑
金属复合基板来提供包括金属锂阳极的锂电池的改进的性能和安全性。
[0021]在本专利技术的一些进一步的实施方案中，提供了包含CNT
‑
金属复合基板的改进产品。
[0022]在本专利技术的一些进一步的实施方案中，提供了包括CNT
‑
金属复合基板的重量减轻的产品。
[0023]在本专利技术的一些另外的实施方案中，提供了包含用于电流收集和物理统一的CNT
‑
金属复合基板的改进产品。
[0024]在本专利技术的一些另外的实施方案中，提供了改进的产品，其包括具有相对高的抗拉强度的轻质导电薄基板的复合材料。
[0025]在本专利技术的一些另外的实施方案中，提供了包含用于电流收集的CNT
‑
金属复合基板的重量减轻的产品。
[0026]在本专利技术的一些另外的实施方案中，提供了用于生产包含CNT
‑
金属复合基板的产品的改进方法。
[0027]在本专利技术的一些另外的实施方案中，提供了用于生产包含用于电流收集的CNT金属复合基板的产品的改进方法。
[0028]本专利技术的一些方面的目的是提供具有有效电流收集的方法和装置。
[0029]在本专利技术的一些实施方案中，提供了用于减轻重量、有效的电流收集的改进的方法和装置。
[0030]在本专利技术的其他实施方案中，描述了用于提供高效电流收集的方法和系统。
[0031]在本专利技术的另外的实施方案中，提供了用于低重量、高效率电流收集的方法和装置。
[0032]在本专利技术的另外的实施方案中，提供了用于低重量、高效率电流收集的方法和装置。
[0033]实施方案
[0034]1.装置，包括：
[0035]a.阳极，包括：
[0036]i.至少一个金属锂层；
[0037]ii.至少一个背衬层；
[0038]b.对电极和阴极中的至少一个；
[0039]c.至少一隔板，设置在所述阳极与所述对电极和所述阴极中的所述至少一个之间；以及
[0040]d.电解质；
[0041]其中，所述装置被配置为提供至少80％的锂利用效率，并且其中所述至少一个背衬层的重量小于相同尺寸的铜背衬层的30％。
[0042]2.根据实施方案1所述的装置，其中所述至少一个背衬层包括基于碳纳米管(CNT)的层。
[0043]3.根据实施方案2的装置，其中所述至少一个金属锂层包括在所述基于CNT的层的每一侧上的两个金属锂层。
[0044]4.根据实施方案3所述的装置，其中所述基于碳纳米管(CNT)的层的厚度在1
‑
50微米的范围内。
[0045]5.根据实施方案4所述的装置，其中所述至少一个金属锂层的厚度在10
‑
500微米的范围内。
[0046]6.根据实施方案5的装置，其中所述装置包括两个金属锂层，每个金属锂层的厚度在10
‑
500微米的范围内，并且还包括在所述两个金属锂层之间的厚度在1
‑
50微米的范围内的所述基于碳纳米管(CNT)的层。
[0047]7.根据实施方案6所述的装置，其中所述对电极和阴极中的至少一个包括两个对电极或两个阴极。
[0048]8.根据实施方案1所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.装置，包括：a.阳极，包括：i.至少一个金属锂层；ii.至少一个背衬层；b.对电极和阴极中的至少一个；c.至少一隔板，设置在所述阳极与所述对电极和所述阴极中的所述至少一个之间；以及d.电解质；其中，所述装置被配置为提供至少80％的锂利用效率，并且其中所述至少一个背衬层的重量小于相同尺寸的铜背衬层的30％。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个背衬层包括基于碳纳米管(CNT)的层。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述至少一个金属锂层包括在所述基于CNT的层的每一侧上的两个金属锂层。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述基于碳纳米管(CNT)的层的厚度在1
‑
50微米的范围内。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述至少一个金属锂层的厚度在10
‑
500微米的范围内。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述装置包括两个金属锂层，每个金属锂层的厚度在10
‑
500微米的范围内，并且还包括厚度在1
‑
50微米的范围内的所述基于碳纳米管(CNT)的层。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述对电极和阴极中的至少一个包括两个对电极或两个阴极。8.根据实施方案1所述的装置，其中，所述至少一个隔板包括聚丙烯。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电解质包括EC:DMC(1:1)。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述锂利用效率为至少88％。11.根据权利要求3所述的装置，其中两个锂层各自的厚度在10
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500微米的范围内并且还包括介于所述两个锂层之间的厚度在1
‑
5微米的范围内的所述基于碳纳米管(CNT)的层。12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述两个金属锂层各自的厚度在25
‑
35微米的范围内，并且还包括介于所述两个金属锂层之间的厚度在2
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4微米范围内的所述基于碳纳米管(CNT)的层。13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述锂利用效率在89
‑
96％的范围内。14.形成装置的方法，该方法包括：a.形成阳极，包括：i.至少一个锂层；以及ii.至少一个背衬层；b....

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：M，
类型：发明
国别省市：