CN109524708A - 一种高能量密度软包装金属锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种高能量密度软包装金属锂电池，其特征在于：包括正极片、负极片、隔膜以及电解液，所述正极片、所隔膜和所述负极片依序叠片、卷绕或叠片加卷绕形成电芯；所述负极片上设置有负极极耳，所述负极片的材质为金属锂箔，所述金属锂箔的厚度为10～40um。相比于现有技术，本发明大大降低了负极片的厚度，提升软包装金属锂电池的能量密度。

Description

一种高能量密度软包装金属锂电池
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种高能量密度软包装金属锂电池。
背景技术
由于锂离子电池具有能量密度高、重量轻和寿命长等特点，使其在移动设备上面作为电源广受欢迎。但是，就锂离子电池本身的能量密度而言，其容量的大小与电极材料种类密切相关。开发高容量的电极材料一直是全球范围内锂离子电池工作者的核心工作之一。当前锂离子电池市场主要采用磷酸铁锂和三元材料为正极，以石墨材料为负极，电池单体的能量密度在130～180Wh/Kg的范围之间。有规划指出，未来锂离子电池的能量密度要达到300Wh/Kg。因此设计并制备高能量密度锂离子电池具有非常大的市场竞争力。
石墨是当前广泛应用于锂离子电池的负极材料，由于其仅有372mAh/g的理论容量，从而制约了电池的能量密度。金属锂负极材料具有非常诱人的应用前景，因为其理论容量密度达到3650mAh/g，是传统石墨电极理论容量的10倍，是建立高能量密度的金属锂电池系统最佳备选材料之一。
现有的金属锂电池的负极片一般由铜箔以及设置于铜箔表面的锂片构成，锂片的厚度最小只能达到20微米，铜箔的厚度为8～10微米，当铜箔加上两层锂片时，整个负极片的厚度达到50微米左右。众所周知，负极片的厚度越大，电池的能量密度越小。因此，有必要降低负极片的厚度以提高金属锂电池的能量密度。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种高能量密度软包装金属锂电池，大大降低负极片的厚度，有效提升软包装金属锂电池的能量密度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高能量密度软包装金属锂电池，其特征在于：包括正极片、负极片、隔膜以及电解液，所述正极片、所隔膜和所述负极片依序叠片、卷绕或叠片加卷绕形成电芯；所述负极片上设置有负极极耳，所述负极片的材质为金属锂箔，所述金属锂箔的厚度为10～40um。
优选的，所述金属锂箔的厚度为15～30um。需要说明的是，金属锂箔的厚度过大会增加电池的总厚度，降低电池的能量密度；金属锂箔的厚度过小会导致电池负极锂量不够，影响电池性能，尤其是循环性能。
优选的，所述负极极耳为镍极耳、铜极耳或铜镀镍极耳。
优选的，所述正极片中所含的活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴铝酸锂中的一种或几种。
优选的，高能量密度软包装金属锂电池制备方法包括以下步骤：
1)在干燥环境下，将金属锂箔裁切成条状或冲切成小片作为负极片，再将负极片转移到充满氩气的手套箱中，在氩气环境下为负极片焊接上负极极耳；
2)在干燥环境下，将正极片、隔离膜和步骤1)所得的负极片通过卷绕、叠片或叠片加卷绕的形式制成裸电芯；
3)步骤2)所得的裸电芯经入壳、注液、静置、封口、化成、除气和二封后得到高能量密度软包装金属锂电池。
优选的，在步骤1)和2)中，所述干燥环境为露点温度小于或等于-35℃的环境。
优选的，在步骤1)中，所述负极极耳的焊接的方式为超声波焊接。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种高能量密度软包装金属锂电池，其特征在于：包括正极片、负极片、隔膜以及电解液，所述正极片、所隔膜和所述负极片依序叠片、卷绕或叠片加卷绕形成电芯；所述负极片上设置有负极极耳，所述负极片的材质为金属锂箔，所述金属锂箔的厚度为10～40um。相比于现有技术，本发明大大降低了负极片的厚度，提升软包装金属锂电池的能量密度。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
对比例1
本对比例提供一种软包装金属锂电池，包括正极片、负极片、隔膜以及电解液，正极片、隔膜和负极片依次叠片、卷绕或叠片加卷绕形成电芯；负极片上设置有负极极耳，负极片由铜箔以及设置于铜箔两面的锂片构成，铜箔的厚度为10um，锂片的厚度为20um；负极极耳为镍极耳、铜极耳或铜镀镍极耳；正极片中所含的活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴铝酸锂中的一种或几种。
实施例1
本实施例提供一种高能量密度软包装金属锂电池，包括正极片、负极片、隔膜以及电解液，正极片、隔膜和负极片依序叠片、卷绕或叠片加卷绕形成电芯；负极片上设置有负极极耳，负极片的材质为金属锂箔，金属锂箔的厚度为10um；负极极耳为镍极耳、铜极耳或铜镀镍极耳；正极片中所含的活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴铝酸锂中的一种或几种；制备方法包括以下步骤：
1)在干燥环境(露点温度≤-35℃)下，将金属锂箔裁切成条状或冲切成小片作为负极片，再将负极片转移到充满氩气的手套箱中，在氩气环境下为负极片超声波焊接上负极极耳；
2)在干燥环境(露点温度≤-35℃)下，将正极片、隔离膜和步骤1)所得的负极片通过卷绕或叠片的形式制成裸电芯；
3)步骤2)所得的裸电芯经入壳、注液、静置、封口、化成、除气和二封后得到高能量密度软包装金属锂电池。
实施例2
与实施例1不同的是：在本实施例中，金属锂箔的厚度为12um。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例3
与实施例1不同的是：在本实施例中，金属锂箔的厚度为15um。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例4
与实施例1不同的是：在本实施例中，金属锂箔的厚度为20um。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例5
与实施例1不同的是：在本实施例中，金属锂箔的厚度为25um。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例6
与实施例1不同的是：在本实施例中，金属锂箔的厚度为30um。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例7
与实施例1不同的是：在本实施例中，金属锂箔的厚度为35um。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例8
与实施例1不同的是：在本实施例中，金属锂箔的厚度为40um。
其余同实施例1，这里不再赘述。
对上述制得的电池的容量最小值、厚度最大值、体积能量密度最小值进行测试，得到结果如表1所示。
表1测试结果
由上表可知，本发明制得的软包装金属锂电池(实施例1～8)的电池容量和体积能量密度均高于现有(对比例1)的软包装金属锂电池，这是因为本发明大大降低了负极片厚度小，从而使得电池厚度也大大降低，而且负极片选用的锂箔具有较高的容量。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种高能量密度软包装金属锂电池，其特征在于：包括正极片、负极片、隔膜以及电解液，所述正极片、所述隔膜和所述负极片依序叠片、卷绕或叠片加卷绕形成电芯；所述负极片上设置有负极极耳，所述负极片的材质为金属锂箔，所述金属锂箔的厚度为10～40um。
2.根据权利要求1所述的高能量密度软包装金属锂电池，其特征在于：所述金属锂箔的厚度为15～30um。
3.根据权利要求1所述的高能量密度软包装金属锂电池，其特征在于：所述负极极耳为镍极耳、铜极耳或铜镀镍极耳。
4.根据权利要求1所述的高能量密度软包装金属锂电池，其特征在于：所述正极片中所含的活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴铝酸锂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高能量密度软包装金属锂电池，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
1)在干燥环境下，将金属锂箔裁切成条状或冲切成小片作为负极片，再将负极片转移到充满氩气的手套箱中，在氩气环境下为负极片焊接上负极极耳；
2)在干燥环境下，将正极片、隔离膜和步骤1)所得的负极片通过卷绕、叠片或叠片加卷绕的形式制成裸电芯；
3)步骤2)所得的裸电芯经入壳、注液、静置、封口、化成、除气和二封后得到高能量密度软包装金属锂电池。
6.根据权利要求5所述的高能量密度软包装金属锂电池，其特征在于：在步骤1)和2)中，所述干燥环境为露点温度小于或等于-35℃的环境。
7.根据权利要求5所述的高能量密度软包装金属锂电池，其特征在于：在步骤1)中，所述负极极耳的焊接的方式为超声波焊接。
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Denomination of invention: A High Energy Density Flexible Packaging Metal Lithium Battery

Effective date of registration: 20230829

Granted publication date: 20220513

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Zhuzhou branch

Pledgor: HUNAN LIFANG NEW ENERGY SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980054119