CN105680065A - 一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池，包括防护壳，防护壳的内部设置有电池芯，电池芯的顶端设置有电池芯顶盖，电池芯的底端设置有电池芯底盖，电池芯是由硅负极层、碳纤维布阻挡层、正极层和电解液放置层，硅负极层与正极层之间设置有碳纤维布阻挡层和电解液放置层，防护壳从外到内是由外壳、隔温层和内胆组成，防护壳的边侧设置有电池固定孔，电解液放置层由铿离子传导性氧化物形成，硅负极层和正极层厚度均为2～4mm，电池芯顶盖的顶端设置有通电柱。本发明通过碳纤维布阻挡层，防止了电解液与电池芯上的物质发生氧化，有效的延长了锂电池的使用寿命，整个装置结构简单，设计合理，适用性广。

Description

一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池
技术领域
本发明涉及一种锂电池，特别涉及一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池。
背景技术
电池(Battery)指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。具有正极、负极之分。随着科技的进步，电池泛指能产生电能的小型装置。如太阳能电池。电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。
电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。电动势等于单位正电荷由负极通过电池内部移到正极时，电池非静电力(化学力)所做的功。电动势取决于电极材料的化学性质，与电池的大小无关。电池所能输出的总电荷量为电池的容量，通常用安培小时作单位。在电池反应中，1千克反应物质所产生的电能称为电池的理论比能量。电池的实际比能量要比理论比能量小。因为电池中的反应物并不全按电池反应进行，同时电池内阻也要引起电动势降，因此常把比能量高的电池称做高能电池。电池的面积越大，其内阻越小。电池的能量储存有限，电池所能输出的总电荷量叫做它的容量，通常用安培小时作单位，它也是电池的一个重要参数。原电池制成后即可以产生电流，但在放电完毕即被废。
在化学电池中，化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应的结果，这种反应分别在两个电极上进行。负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成，如锌、镉、铅等活泼金属和氢或碳氢化合物等。正极活性物质由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成，如二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物，氧或空气，卤素及其盐类，含氧酸及其盐类等。电解质则是具有良好离子导电性的材料，如酸、碱、盐的水溶液，有机或无机非水溶液、熔融盐或固体电解质等。当外电路断开时，两极之间虽然有电位差(开路电压)，但没有电流，存储在电池中的化学能并不转换为电能。当外电路闭合时，在两电极电位差的作用下即有电流流过外电路。同时在电池内部，由于电解质中不存在自由电子，电荷的传递必然伴随两极活性物质与电解质界面的氧化或还原反应，以及反应物和反应产物的物质迁移。电荷在电解质中的传递也要由离子的迁移来完成。因此，电池内部正常的电荷传递和物质传递过程是保证正常输出电能的必要条件。充电时，电池内部的传电和传质过程的方向恰与放电相反；电极反应必须是可逆的，才能保证反方向传质与传电过程的正常进行。因此，电极反应可逆是构成蓄电池的必要条件。G为吉布斯反应自由能增量(焦)；F为法拉第常数＝96500库＝26.8安·小时；n为电池反应的当量数。这是电池电动势与电池反应之间的基本热力学关系式，也是计算电池能量转换效率的基本热力学方程式。实际上，当电流流过电极时，电极电势都要偏离热力学平衡的电极电势，这种现象称为极化。电流密度(单位电极面积上通过的电流)越大，极化越严重。极化现象是造成电池能量损失的重要原因之一。极化的原因有三：①由电池中各部分电阻造成的极化称为欧姆极化；②由电极-电解质界面层中电荷传递过程的阻滞造成的极化称为活化极化；③由电极-电解质界面层中传质过程迟缓而造成的极化称为浓差极化。减小极化的方法是增大电极反应面积、减小电流密度、提高反应温度以及改善电极表面的催化活性。
锂电池与使用支持盐的水溶液作为电解质的以往的水溶液系电池相比，由于电压高并且能量密度大，所以容易实现小型化和轻量化。再者，锂电池与水溶液系电池相比，自放电等引起的劣化较少，从而长期可靠性非常高。因此，锂电池被用于小型电子设备的主电源、备用电源等各种用途。
在具有代表性的锂电池中，负极活性物质使用金属锂或其合金，正极活性物质使用二氧化锰等金属氧化物，进而含有有机电解质。有机电解质一般含有非水溶剂和溶质。非水溶剂例如可以使用碳酸亚丙酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)等高介电常数溶剂、1，2-二甲氧基乙烷(DME)、3-甲基四氢呋喃(Me-THF)等低沸点并且低粘度的溶剂等。支持盐例如可以使用高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)等。这些电解质有的显碱性，有的显酸性，长时间不用电池，容易与阻挡层的表面发生氧化还原反应。造成锂电池的损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池，包括防护壳，所述防护壳的内部设置有电池芯，所述电池芯的顶端设置有电池芯顶盖，所述电池芯的底端设置有电池芯底盖，所述电池芯是由硅负极层、碳纤维布阻挡层、正极层和电解液放置层组成，所述硅负极层与正极层之间设置有碳纤维布阻挡层和电解液放置层。
作为本发明的一种优选技术方案，所述防护壳从外到内是由外壳、隔温层和内胆组成，所述防护壳的边侧设置有电池固定孔。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电解液放置层由铿离子传导性氧化物形成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述硅负极层和正极层厚度均为2～4mm。
所述电池芯顶盖的顶端设置有通电柱。
本发明所达到的有益效果是：本发明通过碳纤维布阻挡层，防止了电解液与电池芯上的物质发生氧化，有效的延长了锂电池的使用寿命，整个装置结构简单，设计合理，适用性广。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明局部结构示意图之一；
图3是本发明整体结构示意图之二；
图中：1、防护壳；101、外壳；102、隔温层；103、内胆；2、电池芯；201、硅负极层；202、碳纤维布阻挡层；203、正极层；204、电解液放置层；3、电池芯顶盖；4、电池芯底盖；5、电池固定孔；6、通电柱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-3所示，本发明提供一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池，包括防护壳1，防护壳1的内部设置有电池芯2，电池芯2的顶端设置有电池芯顶盖3，电池芯2的底端设置有电池芯底盖4，电池芯2是由硅负极层201、碳纤维布阻挡层202、正极层203和电解液放置层204组成，硅负极层201与正极层203之间设置有碳纤维布阻挡层202和电解液放置层204。
防护壳1从外到内是由外壳101、隔温层102和内胆103组成，防护壳1的边侧设置有电池固定孔5，防锂电池温度过高爆炸。
电解液放置层204由铿离子传导性氧化物形成，增加了储电量硅负极层201和正极层203厚度均为2～4mm，加快了放电的速率；电池芯底盖4的顶端设置有通电柱6，便于进行放电
具体的，电解液放置层204里的铿离子传导性氧化物发生反应产生的电量，从通电柱连接用电设备，碳纤维布阻挡层202有效的防止与别的物质发生反应。
本发明提供一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池，通过碳纤维布阻挡层202，防止了电解液与电池芯上的物质发生氧化，有效的延长了锂电池的使用寿命，整个装置结构简单，设计合理，适用性广。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池，包括防护壳(1)，所述防护壳(1)的内部设置有电池芯(2)，其特征在于，所述电池芯(2)的顶端设置有电池芯顶盖(3)，所述电池芯(2)的底端设置有电池芯底盖(4)，所述电池芯(2)是由硅负极层(201)、碳纤维布阻挡层(202)、正极层(203)和电解液放置层(204)组成，所述硅负极层(201)与正极层(203)之间设置有碳纤维布阻挡层(202)和电解液放置层(204)。
2.根据权利要求1所述的一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池，其特征在于，所述防护壳(1)从外到内是由外壳(101)、隔温层(102)和内胆(103)组成，所述防护壳(1)的边侧设置有电池固定孔(5)。
3.根据权利要求1所述的一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池，其特征在于，所述电解液放置层(204)由铿离子传导性氧化物形成。
4.根据权利要求1所述的一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池，其特征在于，所述硅负极层(201)和正极层(203)厚度均为2～4mm。
5.根据权利要求1所述的一种带有碳纤维布阻挡层的锂电池，其特征在于，所述电池芯顶盖(4)的顶端设置有通电柱(6)。
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