CN103730683A - 一种锂电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种锂电池，所述锂电池包括正极片、负极集流基体、介于正极片和负极集流基体之间的隔离膜、电解液；所述正极片包括正极集流体、附着在所述正极集流体上含有正极活性材料的正极膜片、焊接在所述正极集流体上的正极极耳；所述负极集流基体包括负极集流体、焊接在所述负极集流体上的负极极耳；所述负极集流基体为由厚度为6～25μm的金属箔材或金属网制成的、厚度为6～60μm具有平面或凹凸结构的集流基体；所述电解液包含锂盐和溶剂，所述锂盐为六氟磷酸锂，且所述电解液中锂盐的浓度为1.5~7mol/L。本发明的锂电池具有高功率、高能量和低自放电率的特性。同时，本发明还公开了所述锂电池的制备方法及用途。

Description

一种锂电池及其制备方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，尤其是一种具备高功率、高能量、低自放电率的锂电池及其制备方法。
背景技术
近年来，随着科技不断发展,电子设备的功能不断升级,因此对锂电池的能量及倍率性能提出了更高的要求，高能及锂电池已成为电池行业的重点研究方向。
锂电池分为锂原电池(一次电池)和锂离子电池(二次电池)。相对而言，锂原电池具有更高的能量密度，主要因其采用锂金属负极比锂离子电池采用碳基负极的理论克容量大，锂金属负极的理论克容量为3860mAh/g，而碳质负极的理论克容量为372mAh/g。另外，锂离子电池正、负极材料在充放电过程中，会发生副反应，从而导致不可逆容量产生。且锂离子电池在首次充电过程碳基负极与电解液在固液相界面发生反应，形成固体电解质界面膜（即SEI膜），这个过程会损失正极部分容量。基于以上两点，常规锂离子电池材料的容量利用率约为90%。另外，锂离子电池自放电率较高，锂原电池的自放电率较低，而锂原电池的缺点输出功率较低。主要是因为对于锂原电池，通常有两种方法来得到。一是提高电极本身的导电性来提高功率密度，但对于金属锂一次电池而言，无法通过这种办法实现；二是将电极做得很薄，金属锂由于本身抗拉强度差，薄的锂片在电池制备过程很容易断裂；而锂离子电池由于其负极是使用本身具有强导电性的碳质材料涂覆在集流体（如铜箔）上，因此极片的厚度可以控制，从而能够满足功率要求。
基于以上描述，目前关于锂电池的研究主要集中于提高一次电池的功率密度和提高可充电锂离子电池的能量密度。高功率一次锂电池通过两种方法来增加锂金属负极的抗拉强度：其一是通过增加负极中金属锂的厚度来提高机械强度；其二是通过将锂金属用喷涂或压制的方式加入到薄的导电支撑件如金属网或金属带上（铜箔、镍网等）以提高其机械抗拉强度。
对于上述方法一，明显降低了锂金属负极的利用率，减少了电池的能量密度，且由于在这种设计中锂金属负极过多剩余，对电池带来很大的安全隐患；而对于上述方法二，利用喷涂或压制的方式需要在干燥或者相对锂金属惰性的工作气氛如氮气或氩气中进行，因此对制作环境要求很高，且使制造工艺明显复杂，难以实现连续生产，负极片的均匀性难以保证。
高能锂离子电池的研究方向之一是开发高容量锂离子电池负极材料，包括氮化物、硅基材料、锡基材料等。而这类负极材料在充放电过程由于锂离子的嵌入会导致体积增大，而脱锂之后，体积并不能恢复到原来的状态导致电池体积膨胀，使得电极出现粉化，失去电化学活性，从而导致容量损失，同时存在极大安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具备高功率、高能量、低自放电率的锂电池；本发明的另一目的在于提供所述锂电池的制备方法；本发明的目的还在于提供所述锂电池在电子设备中的用途。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种锂电池，包括正极片、负极集流基体、介于所述正极片和负极集流基体之间的隔离膜、电解液；
所述正极片包括正极集流体、附着在所述正极集流体上含有正极活性材料的正极膜片、焊接在所述正极集流体上的正极极耳；
所述负极集流基体包括负极集流体、焊接在所述负极集流体上的负极极耳；
所述负极集流基体为由厚度为6～25μm的金属箔材或金属网制成的、厚度为6～60μm具有平面或凹凸结构的集流基体；
所述电解液包含锂盐和溶剂，所述锂盐为六氟磷酸锂，且所述电解液中锂盐的浓度为1.5～7mol/L。
上述所述具有平面或凹凸结构的金属箔材或金属网，通过辊压或模压形成凹凸结构的负极集流基体。
本发明所述锂电池的负极为具有平面或凹凸结构的金属箔材或金属网作为集流体，在充电过程中，正极活性材料中的锂脱出，并沉积在负极集流基体表面，形成金属锂负极活性材料；同时通过充电方式，使正极活性材料中的锂脱出，形成正极活性材料。从而实现在充电过程利用电镀的方式在其负极集流基体表面镀上一层薄薄的金属锂层，节省了锂电池空间，提高了锂电池的能量密度和功率密度。同时凹凸结构金属箔材或金属网能够提供集流体伸缩的空间，以及提供电解液保持空间，避免负极集流体由于镀锂体积膨胀而导致正负极集流体断裂，同时提高电池中电解液的保有量。所述电解液与现有常规电解液体系相比，本发明所述锂电池的电解液为高锂盐浓度电解液体系，具有高的阴阳离子浓度，高的锂离子迁移数有利于锂离子的快速迁移，从而利于锂在负极表面沉积；同时，高锂盐浓度电解液体系具有较高的粘度，有效避免了由于金属锂沉积不均匀所带来的金属锂枝晶产生（高锂离子浓度有利于负极金属锂的均匀生长，有利于降低金属锂负极表面由于阴离子耗尽所产生的空间电荷层，从而降低了金属锂非均匀沉积的电场驱动力；高粘度体系在一定程度上增加了锂枝晶生长的阻力），使得沉积在负极金属箔材上的金属锂均匀、致密的生长，稳定性和安全性大大提高。
作为本发明所述锂电池的优选实施方式，所述正极集流体为厚度12～25μm的铝箔。
作为本发明所述锂电池的优选实施方式，所述正极活性材料为能够可逆的嵌入和脱出锂离子的嵌锂化合物。作为本发明所述锂电池的更优选实施方式，所述正极活性材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、富锂多元材料中的至少一种。本发明所述正极活性材料优选但不限于钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、富锂多元材料中的至少一种，本领域技术人员可根据需要选择其他能够可逆的嵌入和脱出锂离子的嵌锂化合物作为正极活性材料。
作为本发明所述锂电池的优选实施方式，上述所述金属箔材为铝箔、锡箔、镍箔或铜箔，所述金属网为铝网、锡网、镍网或铜网。本发明所述负极集流基体优选但不限于由铝箔、锡箔、镍箔、铜箔、铝网、锡网、镍网或铜网形成，本领域技术人员可根据实际情况及需要选择其他金属箔材或金属网作为负极集流基体。
作为本发明所述锂电池的优选实施方式，所述隔离膜为聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔膜、或聚丙烯单层隔膜、或聚乙烯单层隔膜、或表面涂覆有金属氧化物的聚丙烯或聚乙烯隔膜。
作为本发明所述锂电池的优选实施方式，所述电解液中的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和添加剂。
作为本发明所述锂电池的优选实施方式，所述碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯的质量比为1:1:1。
作为本发明所述锂电池的优选实施方式，所述添加剂为甲基膦酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯中的至少一种。当所述添加剂为甲基膦酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯中的至少一种时，使得本发明所述锂电池的电解液中含有具有阻燃效果的溶剂，能够有效改善电池的安全性能。所述电解液为添加有阻燃溶剂的双功能高锂盐浓度电解液体系时，同时解决了锂离子快速迁移和稳定了负极锂层的两项问题。
作为本发明所述锂电池的优选实施方式，所述添加剂的含量占溶剂总质量的5～25%。所述添加剂的含量太少，不能很好的起到阻燃效果，本申请发明人经过大量试验研究得出，所述添加剂的含量优选为占溶剂总质量的5～25%，这样能够很好的改善电池的安全性能。
同时，本发明的另一目的在于提供一种上述所述锂电池的制备方法，为实现此目的，本发明采取的技术方案为：一种如上所述锂电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）正极片的制作：将正极活性材料制成正极浆料，并将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上，得到附着有包含正极活性材料的正极膜片的正极集流体，将附着有正极膜片的正极集流体冷压后裁切，并焊接正极极耳，得到正极片；
（2）负极集流基体的制作：在负极集流体上焊接负极极耳，得到负极集流基体；
（3）隔离膜的制作：按照一定的长度和宽度裁切得到隔离膜；
（4）电解液的制作：将锂盐加入到溶剂中，制得电解液；
（5）锂电池的制作：将正极片、隔离膜和负极集流基体制成锂电池电芯，然后将电芯装入包装壳中注入电解液后封口；
（6）锂电池的化成及老化：将步骤（5）制得的锂电池化成老化后进行成型，即得锂电池。
作为本发明所述锂电池的制备方法的优选实施方式，所述步骤（1）中将正极活性材料与聚偏二氟乙烯粘结剂和导电碳在N-甲基吡咯烷酮溶剂中搅拌均匀，制成正极浆料。
作为本发明所述锂电池的制备方法的优选实施方式，所述步骤（5）中采用叠片或卷绕工艺将正极片、隔离膜和负极集流基体制成锂电池电芯。优选地，采用叠片或卷绕工艺将正极片、隔离膜和负极极流基体制成锂电池电芯，所述锂电池电芯的结构以及所述叠片或卷绕工艺均与现有技术相同。
作为本发明所述锂电池的制备方法的优选实施方式，所述步骤（6）中对锂电池的化成老化流程为0.05～0.2C电流充电至4.0V后用0.2～1C电流充电至4.2V，并在40～50℃环境中老化24～72h。本发明所述锂电池的制备方法中，所述锂电池首次化成流程为0.05～0.2C电流充电至4.0V后用0.2～1C电流充电至4.2V，小的充电电流使得从正极材料中脱出的Li+缓慢沉积在负极集流体铜箔上形成均匀致密的锂层，提高了电池的安全性。
另外，本发明的再一目的在于提供一种如上所述锂电池在电子设备中的用途。本发明所述锂电池具有高功率、高能量、低自放电率的特性，可满足电子设备功能不断升级的需求，因而可广泛应用于电子设备中，例如本发明所述锂电池优选但不限于作为电子烟电池。本发明的用途并非限于此，此处仅为举例说明。
本发明所述锂电池，与现有常规锂离子电池的不同之一在于所述负极为具有平面或凹凸结构的集流基体，并在其表面镀有一层金属锂层，具体是在充电过程中利用电镀的方式在负极集流体上镀上一层薄薄的致密金属锂层，并在放电过程中金属锂以Li+的形式嵌入正极材料中，同时凹凸结构金属箔材或金属网能够提供集流体伸缩的空间，以及提供电解液保持空间，避免负极集流体由于镀锂体积膨胀而导致正负极集流体断裂，并且这种凹凸结构能够提高电池中电解液的保有量；与现有常规锂离子电池的不同之二所述电解液为高锂盐浓度电解液体系，具有高的阴阳离子浓度，高的锂离子迁移数有利于锂离子的快速迁移，解决了金属锂的快速迁移难题；同时，高锂盐浓度电解液体系具有较高的粘度，有效避免了由于金属锂沉积不均匀所带来的金属锂枝晶产生（高锂离子浓度有利于负极金属锂的均匀生长，有利于降低金属锂负极表面由于阴离子耗尽所产生的空间电荷层，从而降低了金属锂非均匀沉积的电场驱动力；高粘度体系在一定程度上增加了锂枝晶生长的阻力），使得沉积在负极金属箔材上的金属锂均匀、致密的生长，稳定性和安全性大大提高。
本发明所述锂电池与现有技术相比，具有如下优势：
（1）高能量密度：由于本发明锂电池所述电芯结构中负极集流基体厚度为6-25μm的金属箔材，这给锂电池节省了空间，能够增加正极的装载量，提高锂电池的能量密度；
（2）高功率密度：本发明锂电池利用电镀的方式，在锂电池充电过程中，正极材料脱出Li+并沉积在负极集流体上形成一层薄薄的锂层，基于金属箔材作为集流体和锂沉积的方式，不仅提高极片的抗拉强度而且提高锂离子的快速迁移能力，从而提高功率密度；
（3）高安全性：常规低盐浓度电解液在充电过程中，正极脱出的Li+在负极沉积形成多孔疏松的锂层，甚至是锂枝晶，容易刺破隔膜导致电池短路；而本发明电解液为添加有阻燃溶剂的双功能高锂盐浓度电解液体系，其具有较高的粘度，有效避免了由于金属锂沉积不均匀所带来的金属锂枝晶生产，使得沉积在负极铜箔上的金属锂均匀、致密的生长，稳定性和安全性大大提高；同时负极为具有凹凸结构的金属箔材或金属网，其能够提供集流体伸缩的空间，避免负极集流体由于镀锂体积膨胀而导致正负极集流体断裂，安全性大大提高；
（4）低自放电率：本发明具有与一次电池类似的结构，具有极低的自放电率
本发明所述锂电池的制备方法操作简单便捷，能够制备得到结合了一次锂电池高能和可充电锂离子电池高功率的特点，大大提高了锂电池的能量密度和功率密度，且具有极低的自放电率。本发明所述锂电池具有高功率、高能量、低自放电率的特性，能够满足电子设备功能不断升级的需求，可广泛应用于电子设备中。
附图说明
图1为本发明所述锂电池中负极集流基体的一种实施例的截面结构示意图。
图2为本发明所述锂电池中负极集流基体的另一实施例的截面结构示意图。
图3为本发明实施例1、对比例1和对比例2锂电池在100mA的放电曲线对比图。
图4为本发明实施例1、对比例1和对比例2锂电池在1000mA的放电曲线对比图。
图5为本发明实施例1、对比例1和对比例2锂电池的体积比能量对比图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明锂电池的一种实施例，本实施例所述锂电池采用以下方法制备而成：
（1）正极片的制作：以克容量为140mAh/g的钴酸锂（LiCoO2）为正极活性材料，与粘结剂PVDF和导电剂Super-P按95：2：3的质量比在NMP中混合搅拌均匀，制成正极浆料，按33.0mg/cm2的密度将正极浆料双面涂覆在厚度为16μm、长度为168mm的铝箔上，所述正极浆料在铝箔上双面涂覆的长度分别为130mm和152mm，经冷压裁切成宽度为42mm、厚度为0.107mm的极片，并焊接正极极耳得到表面附着有正极膜片的正极片；
（2）负极集流基体的制作：取9μm的铜箔裁切成长度为153mm、宽度为44mm的铜箔，通过辊压或模压形成厚度为20μm并具有凹凸结构的负极集流体，结构如附图1所示，并在集流体上焊接负极极耳，得到负极集流基体；
（3）隔离膜的制作：采用厚度为16μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）三层隔离膜，长度为320mm、宽度为46mm；
（4）电解液的制作：将六氟磷酸锂（LiPF6）加入到溶剂中，混合均匀得到电解液，其中，所述溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）和甲基磷酸二甲酯（DMMP）的混合液，所述溶剂中碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）的质量比EC:EMC:DMC=1:1:1，甲基磷酸二甲酯（DMMP）的质量占溶剂总质量的10%，所得电解液中六氟磷酸锂（LiPF6）的浓度为5mol/L；
（5）锂电池的制作：将上述得到的正极片、隔离膜和负极集流基体进行卷绕得到锂电池电芯，然后将电芯装入铝塑膜包装壳中并注入电解液后封口；
（6）锂电池的化成及老化：用13mA（0.05C）的电流将将步骤（5）制得的锂电池充电至4.0V，再用52mA（0.2C）的电流充电至4.2V，然后将锂电池于45℃烤箱中老化48h后成型得到本发明实施例1型号为68500的锂电池。
实施例2
本发明锂电池的一种实施例，本实施例所述锂电池采用以下方法制备而成：
（1）正极片的制作：以克容量为146mAh/g的镍钴锰酸锂（LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2）为正极活性材料，与粘结剂PVDF和导电剂Super-P按94.5：2：3.5的质量比在NMP中混合搅拌均匀，制成正极浆料，按30.0mg/cm2的密度将正极浆料双面涂覆在厚度为16μm、长度为168mm的铝箔上，所述正极浆料在铝箔上双面涂覆的长度分别为130mm和152mm，经冷压裁切成宽度为42mm、厚度为0.107mm的极片，并焊接正极极耳得到表面附着有正极膜片的正极片；
（2）负极集流基体的制作：取9μm的锡箔裁切成长度为153mm、宽度为44mm的锡箔，通过辊压或模压形成厚度为25μm并具有凹凸结构的负极集流体，结构如附图2所示，并在集流体上焊接负极极耳，得到负极集流基体；
（3）隔离膜的制作：采用厚度为16μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）三层隔离膜，长度为320mm、宽度为46mm；
（4）电解液的制作：将六氟磷酸锂（LiPF6）加入到溶剂中，混合均匀得到电解液，其中，所述溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）和乙基磷酸二乙酯（DEEP）的混合液，所述溶剂中碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）的质量比EC:EMC:DMC=1:1:1，乙基磷酸二乙酯（DEEP）的质量占溶剂总质量的5%，所得电解液中六氟磷酸锂（LiPF6）的浓度为7mol/L；
（5）锂电池的制作：将上述得到的正极片、隔离膜和负极集流基体进行卷绕得到锂电池电芯，然后将电芯装入铝塑膜包装壳中并注入电解液后封口；
（6）锂电池的化成及老化：用50mA（0.2C）的电流将将步骤（5）制得的锂电池充电至4.0V，再用250mA（1C）的电流充电至4.2V，然后将锂电池于50℃烤箱中老化36h后成型得到本发明实施例2型号为68500的锂电池。
实施例3
本发明锂电池的一种实施例，本实施例所述锂电池采用以下方法制备而成：
（1）正极片的制作：以克容量为100mAh/g的锰酸锂（LiMnO2）为正极活性材料，与粘结剂PVDF和导电剂Super-P按94.5：2：3.5的质量比在NMP中混合搅拌均匀，制成正极浆料，按27.0mg/cm2的密度将正极浆料双面涂覆在厚度为16μm、长度为168mm的铝箔上，所述正极浆料在铝箔上双面涂覆的长度分别为130mm和152mm，经冷压裁切成宽度为42mm、厚度为0.102mm的极片，并焊接正极极耳得到表面附着有正极膜片的正极片；
（2）负极集流基体的制作：取16μm的铝箔裁切成长度为153mm、宽度为44mm的铝箔，通过辊压或模压形成厚度为5050μm并具有凹凸结构的负极集流体，结构如附图1所示，并在集流体上焊接负极极耳，得到负极集流基体；
（3）隔离膜的制作：采用厚度为16μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）三层隔离膜，长度为320mm、宽度为46mm；
（4）电解液的制作：将六氟磷酸锂（LiPF6）加入到溶剂中，混合均匀得到电解液，其中，所述溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）、甲基磷酸二甲酯（DMMP）和乙基磷酸二乙酯（DEEP）的混合液，所述溶剂中碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）的质量比EC:EMC:DMC=1:1:1，甲基磷酸二甲酯（DMMP）和乙基磷酸二乙酯（DEEP）的质量比DMMP：DEEP=1:1，甲基磷酸二甲酯（DMMP）和乙基磷酸二乙酯（DEEP）的质量和占溶剂总质量的20%，所得电解液中六氟磷酸锂（LiPF6）的浓度为1.5mol/L；
（5）锂电池的制作：将上述得到的正极片、隔离膜和负极集流基体进行卷绕得到锂电池电芯，然后将电芯装入铝塑膜包装壳中并注入电解液后封口；
（6）锂电池的化成及老化：用15mA（0.1C）的电流将将步骤（5）制得的锂电池充电至4.0V，再用75mA（0.5C）的电流充电至4.2V，然后将锂电池于40℃烤箱中老化72h后成型得到本发明实施例3的锂电池。
实施例4
本发明锂电池的一种实施例，本实施例所述锂电池采用以下方法制备而成：
（1）正极片的制作：以克容量为140mAh/g的钴酸锂（LiCoO2）和克容量为100mAh/g的锰酸锂（LiMnO2）的混合物为正极活性材料，与粘结剂PVDF和导电剂Super-P按95：2：3的质量比在NMP中混合搅拌均匀，制成正极浆料，按28mg/cm2的密度将正极浆料双面涂覆在厚度为12μm、长度为168mm的铝箔上，所述正极浆料在铝箔上双面涂覆的长度分别为130mm和152mm，经冷压裁切成宽度为42mm、厚度为0.102mm的极片，并焊接正极极耳得到表面附着有正极膜片的正极片；
（2）负极集流基体的制作：取25μm的镍网裁切成长度为153mm、宽度为44mm的镍网，通过辊压或模压形成厚度为60μm并具有凹凸结构的负极集流体，结构如附图2所示，并在集流体上焊接负极极耳，得到负极集流基体；
（3）隔离膜的制作：采用厚度为12μm的聚丙烯单层隔离膜，长度为320mm、宽度为46mm；
（4）电解液的制作：将六氟磷酸锂（LiPF6）加入到溶剂中，混合均匀得到电解液，其中，所述溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）、甲基磷酸二甲酯（DMMP）和乙基磷酸二乙酯（DEEP）的混合液，所述溶剂中碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）的质量比EC:EMC:DMC=1:1:1，甲基磷酸二甲酯（DMMP）和乙基磷酸二乙酯（DEEP）的质量比DMMP：DEEP=1:1，甲基磷酸二甲酯（DMMP）和乙基磷酸二乙酯（DEEP）的质量和占溶剂总质量的25%，所得电解液中六氟磷酸锂（LiPF6）的浓度为4mol/L；
（5）锂电池的制作：将上述得到的正极片、隔离膜和负极集流基体进行叠片得到锂电池电芯，然后将电芯装入铝塑膜包装壳中并注入电解液后封口；
（6）锂电池的化成及老化：用13mA（0.05C）的电流将将步骤（5）制得的锂电池充电至4.0V，再用52mA（0.2C）的电流充电至4.2V，然后将锂电池于48℃烤箱中老化24h后成型得到本发明实施例4的锂电池。
实施例5
本发明锂电池的一种实施例，本实施例所述锂电池采用以下方法制备而成：
（1）正极片的制作：以克容量为146mAh/g的镍钴锰酸锂（LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2）为正极活性材料，与粘结剂PVDF和导电剂Super-P按95：2：3的质量比在NMP中混合搅拌均匀，制成正极浆料，按32mg/cm2的密度将正极浆料双面涂覆在厚度为25μm、长度为168mm的铝箔上，所述正极浆料在铝箔上双面涂覆的长度分别为130mm和152mm，经冷压裁切成宽度为42mm、厚度为0.107mm的极片，并焊接正极极耳得到表面附着有正极膜片的正极片；
（2）负极集流基体的制作：取6μm的铝网裁切成长度为153mm、宽度为44mm的铝网，本实施例所形成的负极集流体为厚度6μm具有平面结构的铝网，并在集流体上焊接负极极耳，得到负极集流基体；
（3）隔离膜的制作：采用厚度为14μm的聚乙烯单层隔离膜，长度为320mm、宽度为46mm；
（4）电解液的制作：将六氟磷酸锂（LiPF6）加入到溶剂中，混合均匀得到电解液，其中，所述溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）和甲基磷酸二甲酯（DMMP）的混合液，所述溶剂中碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）的质量比EC:EMC:DMC=1:1:1，甲基磷酸二甲酯（DMMP）的质量和占溶剂总质量的15%，所得电解液中六氟磷酸锂（LiPF6）的浓度为6mol/L；
（5）锂电池的制作：将上述得到的正极片、隔离膜和负极集流基体进行叠片得到锂电池电芯，然后将电芯装入铝塑膜包装壳中并注入电解液后封口；
（6）锂电池的化成及老化：用50mA（0.2C）的电流将将步骤（5）制得的锂电池充电至4.0V，再用250mA（1C）的电流充电至4.2V，然后将锂电池于42℃烤箱中老化60h后成型得到本发明实施例5的锂电池。
对比例1
本发明锂电池的一种对比例，本对比例所述锂电池采用以下方法制备而成：
（1）正极片的制作：以克容量为140mAh/g的钴酸锂（LiCoO2）为正极活性材料，与粘结剂PVDF和导电剂Super-P按95：2：3的质量比在NMP中混合搅拌均匀，制成正极浆料，按28.0mg/cm2的密度将正极浆料双面涂覆在厚度为16μm、长度为120mm的铝箔上，所述正极浆料在铝箔上双面涂覆的长度分别为82mm和100mm，经冷压裁切成宽度为42mm、厚度为0.093mm极片，并焊接正极极耳得到表面附着有正极膜片的正极片；
（2）负极片的制作：以克容量为350mAh/g的石墨为负极活性材料，与粘结剂丁苯橡胶（SBR）、增稠剂羧甲基纤维素（CMC）和导电剂Super-P按95：1.8：1.5：1.7的质量比在去离子水中混合搅拌均匀，制成负极浆料，以12.4mg/cm2的密度按双面涂覆长度均为100mm的尺寸将负极浆料双面涂覆在厚度为9μm、长度为105mm的铜箔上，经冷压裁切成宽度为44mm、厚度为0.09mm的极片，并焊接负极极耳得到表面附着有负极膜片的负极片；
（3）隔离膜的制作：采用厚度为16μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）三层隔离膜，长度为265mm、宽度为46mm；
（4）电解液的制作：将六氟磷酸锂（LiPF6）加入到溶剂中，混合均匀得到电解液，其中，所述溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸二甲酯（DMC）的混合液，所述溶剂中碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）的质量比EC:EMC:DMC=1:1:1，所得电解液中六氟磷酸锂（LiPF6）的浓度为1mol/L；
（5）锂电池的制作：将上述得到的正极片、隔离膜和负极片进行卷绕得到锂电池电芯，然后将电芯装入铝塑膜包装壳中并注入电解液后封口；
（6）锂电池的化成及老化：用13mA（0.1C）的电流将将步骤（5）制得的锂电池充电至4.0V，再用52mA（0.4C）的电流充电至4.2V，成型得到对比例1型号为68500的锂电池。
对比例2
本发明锂电池的一种对比例，本对比例所述锂电池采用以下方法制备而成：
（1）正极片的制作：以克容量为270mAh/g的二氧化锰（MnO2）为正极活性材料，与粘结剂PVDF和导电剂Super-P和KS-6按90：3：3.5:3.5的质量比在NMP中混合搅拌均匀，制成正极浆料，按28.0mg/cm2的密度将正极浆料双面涂覆在厚度为16μm、长度为120mm的铝箔上，所述正极浆料在铝箔上双面涂覆的长度分别为82mm和100mm，经冷压裁切成宽度为44mm、厚度为0.108mm的极片，并焊接正极极耳得到表面附着有正极膜片的正极片；
（2）负极片的制作：取宽度为42mm、厚度为0.07mm的锂带裁切成长度为95mm锂片，并在锂片上冲压负极极耳，得到负极片；
（3）隔离膜的制作：采用厚度为16μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）三层隔离膜，长度为230mm，宽度为46mm；
（4）电解液的制作：将六氟磷酸锂（LiPF6）加入到溶剂中，混合均匀得到电解液，其中，所述溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸二甲酯（DMC）的混合液，所述溶剂中碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）的质量比EC:EMC:DMC=1:1:1，所得电解液中六氟磷酸锂（LiPF6）的浓度为1mol/L；
（5）锂电池的制作：将上述得到的正极片、隔离膜和负极片进行卷绕得到锂电池电芯，然后将电芯装入铝塑膜包装壳中并注入电解液后封口；
（6）锂电池的化成及老化：用13mA（0.05C）的电流将将步骤（5）制得的锂电池放电12min（容量的1%），然后将锂电池在45℃烤箱中老化48h后成型得到对比例2型号为68500的锂电池。
实施例6
将上述实施例1-5制备得到的锂电池分别进行100mA和1000mA放电，其放电容量、平台电压如表1所示：
表1
组别 放电截止电 1000mA放 1000mA放 100mA放电 100mA放电
压 电中值电压 电容量 中值电压 容量
实施例1 3.0V 3.754V 243.8mAh 3.907V 258.9mAh
实施例2 3.0V 3.566V 225.9mAh 3.785V 248.2mAh
实施例3 3.0V 3.766V 136.9mAh 3.895V 148.0mAh
实施例4 3.0V 3.826V 245.7mAh 3.951V 261.7mAh
实施例5 3.0V 3.592V 227.4mAh 3.801V 251.6mAh
将上述实施例1、对比例1和对比例2制备得到的锂电池分别进行100mA和1000mA放电和储存测试，其放电容量、平台电压和自放电率如表2所示：
表2
Figure BDA0000448519540000141
本发明实施例1、对比例1和对比例2制得的锂电池在100mA和1000mA放电曲线图分别如附图3和附图4所示，根据实施例1和对比例1、2选取电池型号计算实施例1、对比例1和对比例2电池的体积比能量如图5所示。
由上述表1和表2数据及附图3、4和5可以看出，与对比例1的锂离子电池和对比例2的一次锂电池对比，本发明制得的锂电池同时具备了一次锂电池高能量和锂离子电池高功率的特性，在充电过程正极脱出的Li+在其负极集流体表面沉积形成一层薄薄的金属锂层，提高电池的功率密度，同时负极不需涂覆膜片而节省了电池空间提高了电池的体积能量密度；另外，本发明电解液为含有阻燃溶剂的双功能高锂盐浓度电解液体系，同时解决了锂离子快速迁移和稳定了负极锂层的两项问题。利用本发明方法所制备的锂电池，结合了一次锂电池高能量和锂离子电池高功率的特点，大大提高了电池的能量密度和功率密度，且具有极低的自放电率。可作为一次电池或低循环要求的锂离子电池使用。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (15)

1.一种锂电池，其特征在于，包括正极片、负极集流基体、介于所述正极片和负极集流基体之间的隔离膜、电解液；
所述正极片包括正极集流体、附着在所述正极集流体上含有正极活性材料的正极膜片、焊接在所述正极集流体上的正极极耳；
所述负极集流基体包括负极集流体、焊接在所述负极集流体上的负极极耳；
所述负极集流基体为由厚度为6~25μm的金属箔材或金属网制成的、厚度为6～60μm具有平面或凹凸结构的集流基体；
所述电解液包含锂盐和溶剂，所述锂盐为六氟磷酸锂，且所述电解液中锂盐的浓度为1.5~7mol/L。
2.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述正极集流体为厚度12~25μm的铝箔。
3.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述正极活性材料为能够可逆的嵌入和脱出锂离子的嵌锂化合物。
4.如权利要求3所述的锂电池，其特征在于，所述正极活性材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、富锂多元材料中的至少一种。
5.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述金属箔材为铝箔、锡箔、镍箔或铜箔，所述金属网为铝网、锡网、镍网或铜网。
6.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述隔离膜为聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔膜、或聚丙烯单层隔膜、或聚乙烯单层隔膜、或表面涂覆有金属氧化物的聚丙烯或聚乙烯隔膜。
7.如权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述电解液中的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和添加剂。
8.如权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯的质量比为1:1:1。
9.如权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述添加剂为甲基膦酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯中的至少一种。
10.如权利要求7或9所述的锂电池，其特征在于，所述添加剂的含量占溶剂总质量的5~25%。
11.一种如权利要求1-10任一所述锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
（1）正极片的制作：将正极活性材料制成正极浆料，并将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上，得到附着有包含正极活性材料的正极膜片的正极集流体，将附着有正极膜片的正极集流体冷压后裁切，并焊接正极极耳，得到正极片；
（2）负极集流基体的制作：在负极集流体上焊接负极极耳，得到负极集流基体；
（3）隔离膜的制作：按照一定的长度和宽度裁切得到隔离膜；
（4）电解液的制作：将锂盐加入到溶剂中，制得电解液；
（5）锂电池的制作：将正极片、隔离膜和负极集流基体制成锂电池电芯，然后将电芯装入包装壳中注入电解液后封口；
（6）锂电池的化成及老化：将步骤（5）制得的锂电池化成老化后进行成型，即得锂电池。
12.如权利要求11所述锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中将正极活性材料与聚偏二氟乙烯粘结剂和导电碳在N-甲基吡咯烷酮溶剂中搅拌均匀，制成正极浆料。
13.如权利要求11所述锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中采用叠片或卷绕工艺将正极片、隔离膜和负极集流基体制成锂电池电芯。
14.如权利要求11所述锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中对锂电池的化成老化流程为0.05~0.2C电流充电至4.0V后用0.2~1C电流充电至4.2V，并在40~50℃环境中老化24~72h。
15.如权利要求1-10任一所述锂电池在电子设备中的用途。
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