CN109728351A - 一种锂离子动力电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子动力电池，包括：正极片和负极片以及至少一个锂源，锂源和正极片、负极片相互隔离；壳体，壳体用于容纳正极片、负极片、锂源；其中，壳体为导电体，且壳体内填充有电解质；锂源电性连接于壳体的内壁，正极片或负极片与壳体电性连接；由于锂源已与正极片或负极片形成电子通路，当注入电解质或注入电解质并首次充电后，锂源中的锂金属失去电子的同时析出锂离子，并且锂离子通过电解质迁移至正极片或负极片形成锂化合物，从而实现安全补锂的目的。该锂离子动力电池的锂源固定于壳体的内壁，且与正极片、负极片无直接接触，安全性较高，有效避免因锂源与极片直接接触而带来的工艺过程复杂、安全性差的问题。
Description
技术领域
本申请涉及动力电池的技术领域，尤其涉及一种锂离子动力电池。
背景技术
锂离子电池因其优异的性能已经在消费手机、电动工具、医疗电子等领域获得广泛应用，同时，动力型锂离子电池在新能源汽车、储能基站等领域也显示出良好的应用前景。
随着新能源汽车的普及，里程焦虑问题是目前的瓶颈所在，故需要进一步提升电池及电池包的能量密度；但是通过提升电极活性物质比重、降低电池机械件重量等方案已达到当前电芯可设计的范围瓶颈，所以为了实现更高的能量密度和功率密度，人们开始关注新型负极材料，例如非石墨化碳材料、硅负极、硅碳复合负极、氧化亚硅负极、以及氧化亚硅硅碳复合负极等。然而，这些材料存在不可逆容量高、首次库伦效率低等严重问题，进而导致锂离子电池容量明显下降。目前，电化学补锂化法是一种最直接的解决锂离子电池负极材料首次库伦效率低的方法。
现有的电化学补锂技术中，主要将金属锂条、锂带、锂粉贴合到阳极表面，使金属锂与电极材料直接接触，从而进行补锂。然而，金属锂条、锂带贴合的方式的加工条件较高，需要配合复杂的设备，容易导致生产成本高的问题，而锂粉贴合则一般是采用撒粉的方式，其难以保证锂粉是否能均匀地接触到电极，使得补锂效果不理想；再者，由于锂是非常活泼的金属，通过上述贴合的方式将锂金属加入电解质后，反应速度很快，嵌锂速度不可控，导致形成的SEI膜不稳定，容易造成负极材料破裂，补锂效果较差，而且，残留在电极表面的一些锂金属颗粒还存在刺穿隔离膜的风险，容易造成锂电池电池的安全隐患。
因此，如何针对上述情况对锂离子电池补锂进行改进，已成为本领域技术人员的重要研究课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种锂离子动力电池，以解决现有锂离子电池因采用将金属锂直接贴合到电极进行补锂，从而导致电池生产工艺复杂繁琐、成本高，以及电池补锂效果不理想、容易形成安全隐患等技术问题。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
一种锂离子动力电池，包括：
正极片和负极片以及至少一个锂源，所述锂源和所述正极片、负极片相互隔离；
壳体，所述壳体用于容纳所述正极片、负极片、锂源；
其中，所述壳体为导电体，且所述壳体内填充有电解质；
所述锂源电性连接于所述壳体的内壁，所述正极片或所述负极片与所述壳体电性连接。
可选的，所述锂离子动力电池还包括：
正极柱，所述正极柱连接于所述正极片且延伸至所述壳体外；
负极柱，所述负极柱连接于所述负极片且延伸至所述壳体外；
电阻块，所述电阻块套设在所述正极柱上；
绝缘块，所述绝缘块套设在所述负极柱上；
其中，所述正极片采用微孔铝箔作为集流体；所述负极片采用微孔铜箔作为集流体；所述正极柱通过所述电阻块与所述壳体电性连接，所述负极柱通过所述绝缘块与所述壳体进行隔离；
当电池首次充电后，低电位的所述锂源会自发地脱出锂离子进入电解质，并迁移到高电位的所述正极片中。
可选的，所述锂离子动力电池还包括：
正极柱，所述正极柱连接于所述正极片且延伸至所述壳体外；
负极柱，所述负极柱连接于所述负极片且延伸至所述壳体外；
电阻块，所述电阻块套设在所述负极柱上；
绝缘块，所述绝缘块套设在所述正极柱上；
其中，所述正极片采用微孔铝箔作为集流体；所述负极片采用微孔铜箔作为集流体；所述负极柱通过所述电阻块与所述壳体电性连接，所述正极柱通过所述绝缘块与所述壳体进行隔离；
当电池注入电解质后，所述锂源会自发地脱出锂离子进入电解质，并迁移到所述负极片中。
可选的，所述锂源的材质为纯锂金属、锂硅合金、锂铝合金、锂硼合金、以及锂镁合金中的一种或多种。
可选的，所述锂源通过焊接、电镀、热熔、压合、部分胶粘，部分胶纸固定，直接接触等方式电性连接于所述壳体的内壁。
可选的，所述壳体开设有两个供所述正极柱和负极柱向外延伸的安装通孔，所述安装通孔内均设有绝缘密封件，所述正极柱和负极柱通过所述绝缘密封件密封安装于所述安装通孔内。
可选的，所述锂离子动力电池还包括：
至少一个隔膜，所述隔膜位于所述正极片、负极片以及锂源之间，所述正极片、负极片、锂源三者通过所述隔膜进行隔离。
可选的，所述锂离子动力电池包括液态锂离子电池、固态锂离子电池或溶胶锂离子电池。
可选的，所述锂离子动力电池的电解质包括液态电解质、凝胶态电解质、固液混合态电解质和固态电解质。
可选的，至少一个所述锂源均匀布设于所述壳体的内壁上，且所述锂源的形状为带状、条状、环状或点状中任一种；所述锂源的厚度为1～250μm。
可选的，所述隔膜的厚度为5-30μm；所述隔膜的基材为聚丙烯、聚乙烯、环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚芳纶、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚硫酸酯和纤维素中的一种或多种。
相应的，本发明还提供了一种锂离子动力电池的补锂方法，应用于上述的锂离子动力电池，所述补锂方法包括：
当正极片电性连接于壳体，电池首次充电后，低电位的所述锂源会自发地脱出锂离子进入电解质，并迁移到高电位的所述正极片中；
当负极片电性连接于壳体，电池注入电解质后，所述锂源会自发地脱出锂离子进入电解质，并迁移到所述负极片中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种锂离子动力电池，该锂离子动力电池的壳体可导电，其与锂源直接接触，且正极片或负极片通过壳体与锂源电性连接，由于锂源已与正极片或负极片形成电子通路，当注入电解质或注入电解质并首次充电后，锂源中的锂金属失去电子的同时析出锂离子，并且锂离子通过电解质迁移至正极片或负极片形成锂化合物，从而实现安全补锂的目的；
其中，锂源固定于壳体的内壁，且与正极片、负极片无直接接触，操作人员无需直接对锂源进行操作，安全性较高，有效避免因锂源与极片直接接触而带来的补锂效果差、反应速度快不可控的问题，而且本发明提供的锂离子动力电池结构简单，无需改动现有的电池制造流程，可直接应用于现有的液态锂离子电池、固态锂离子电池或溶胶锂离子电池上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种正极片电性连接于壳体的锂离子动力电池的结构示意图；
图2为本发明提供的正极片电性连接于壳体的锂离子动力电池的补锂示意图；
图3本发明提供的为一种负极片电性连接于壳体的锂离子动力电池的结构示意图；
图4为本发明提供的另一种正极片电性连接于壳体的锂离子动力电池的结构示意图。
图示说明：
10、正极片；11、正极柱；20、负极片；21、负极柱；30、锂源；40、壳体；50、隔膜；61、电阻块；62、绝缘块；70、绝缘密封件。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
本实施例提供了一种锂离子动力电池，请参阅图1，该图示为一种正极片电性连接于壳体的锂离子动力电池的结构示意图，该锂离子动力电池包括：
正极片10和负极片20以及至少一个锂源30，所述锂源30和所述正极片10、负极片20相互隔离；其中，锂源30的材质为纯锂金属、锂硅合金、锂铝合金、锂硼合金、以及锂镁合金中的一种或多种；
壳体40，所述壳体40用于容纳所述正极片10、负极片20、锂源30；
其中，所述壳体40为导电体，且所述壳体40内填充有电解质；
所述锂源30电性连接于所述壳体40的内壁，所述正极片10与所述壳体40电性连接，所述正极片采用微孔铝箔，所述负极片采用微孔铜箔；具体的，所述锂源30通过焊接、电镀、热熔、压合、部分胶粘，部分胶纸固定，直接接触等方式电性连接于所述壳体40的内壁；当锂离子动力电池通过所述正极片10和所述负极片20进行充放电时，所述锂源30往所述电解质析放锂离子，从而达到补锂的目的。
如图2所示，该图示为本实施例的锂离子动力电池的补锂示意图，在具体的实施过程中，壳体40可导电，其与锂源30直接接触，且正极片10通过壳体40与锂源30电性连接，当正极片10和负极片20同时接通外接电源进行充电时，锂源30中的锂金属会自发地失去电子的同时析出锂离子，并且锂离子通过电解质迁移至正极片10形成锂化合物。其中，锂源30固定于壳体40的内壁，且与正极片10、负极片20无直接接触，操作人员无需直接对锂源30进行操作，安全性较高，有效避免因锂源30与极片直接接触而带来的补锂效果差、反应速度快不可控的问题，而且本发明提供的锂离子动力电池结构简单，无需改动现有的电池制造流程，可直接应用于现有的液态锂离子电池、固态锂离子电池、、或溶胶锂离子电池上。
需要说明的是，本实施例不应被限制于此，本锂离子动力电池还包括：
如图1所示，进一步的，所述锂离子动力电池还包括：
正极柱11，所述正极柱11连接于所述正极片10且延伸至所述壳体40外；
负极柱21，所述负极柱21连接于所述负极片20且延伸至所述壳体40外；
至少一个隔膜50，所述隔膜50位于所述正极片10、负极片20以及锂源30之间，所述正极片10、负极片20、锂源30三者通过所述隔膜50进行隔离；
电阻块61，所述电阻块61套设在所述正极柱11上；
绝缘块62，所述绝缘块62套设在所述负极柱21上；
其中，所述正极柱11通过所述电阻块61与所述壳体40电性连接，所述负极柱21通过所述绝缘块62与所述壳体40进行隔离。具体的，本实施例中的电阻块61的电阻值可根据实际进行选取，另外，绝缘块62由陶瓷制成，其具有结构稳定，绝缘性能好的优点。
进一步的，所述壳体40开设有两个供所述正极柱11和负极柱21向外延伸的安装通孔，所述安装通孔内均设有绝缘密封件70，所述正极柱11和负极柱21通过所述绝缘密封件70密封安装于所述安装通孔内。
正极片10与正极柱11相连，负极片20与负极柱21相连，且负极柱21通过绝缘块62与壳体40隔开，防止发生短路；
与现有技术相比，本锂离子动力电池结构变化较少，仅增加了锂源30。通过适当地在壳体40的内壁设置锂源30，本发明锂离子动力电池可以完全兼容现有的电子设备。而通过适当地改进充电设备，例如提供与壳体40、极片连接的电路，即可容易地进行补锂，以改善锂离子动力电池的性能。制造锂离子动力电池的过程只需要确保锂源30不与环境发生反应，这通过使环境露点在-40度以下即可，其他方面与现有锂离子电池的制备相同。因此，这样能大大降低制造成本。
实施例二
请参阅图3，该图示为一种负极片电性连接于壳体的锂离子动力电池的结构示意图，一种正极片电性连接于壳体的锂离子动力电池的结构示意图，该锂离子动力电池包括：
正极片10和负极片20以及至少一个锂源30，所述锂源30和所述正极片10、负极片20相互隔离；其中，锂源30的材质为纯锂金属、锂硅合金、锂铝合金、锂硼合金、以及锂镁合金中的一种或多种；
壳体40，所述壳体40用于容纳所述正极片10、负极片20、锂源30；
其中，所述壳体40为导电体，且所述壳体40内填充有电解质；
所述锂源30电性连接于所述壳体40的内壁，所述负极片20与所述壳体40电性连接，所述正极片采用微孔铝箔，所述负极片采用微孔铜箔；具体的，所述锂源30通过焊接、电镀、热熔、压合、部分胶粘，部分胶纸固定，直接接触等方式电性连接于所述壳体40的内壁；当电池注入电解质后，所述锂源会自发地脱出锂离子进入电解质，并迁移到所述负极片中，从而实现补锂的目的。
进一步的，所述锂离子动力电池还包括：
正极柱11，所述正极柱11连接于所述正极片10且延伸至所述壳体40外；
负极柱21，所述负极柱21连接于所述负极片20且延伸至所述壳体40外；
电阻块61，所述电阻块61套设在所述负极柱21上；
绝缘块62，所述绝缘块62套设在所述正极柱11上；
其中，所述正极片10采用微孔铝箔作为集流体；所述负极片20采用微孔铜箔作为集流体；所述负极柱21通过所述电阻块61与所述壳体40电性连接，所述正极柱11通过所述绝缘块62与所述壳体40进行隔离；
当电池注入电解质后，所述锂源30会自发地脱出锂离子进入电解质，并迁移到所述负极片20中。
正极片10与正极柱11相连，负极片20与负极柱21相连，且正极柱11通过绝缘块62与壳体40隔开，防止发生短路；
本实施例提供了一种锂离子动力电池，该锂离子动力电池的壳体可导电，其与锂源直接接触，且负极片通过壳体与锂源电性连接，由于锂源已与负极片形成电子通路，当注入电解质后，锂源中的锂金属失去电子的同时析出锂离子，并且锂离子通过电解质迁移至负极片形成锂化合物，从而实现安全补锂的目的。
实施例三
请参阅图4，该图示为另一种正极片电性连接于壳体的锂离子动力电池的结构示意图，进一步的，至少一个所述锂源30均匀布设于所述壳体40的内壁上，且所述锂源30的形状为带状、条状、环状或点状中任一种；所述锂源30的厚度为1～250μm。
进一步的，所述隔膜50的厚度为5-30μm；所述隔膜50的基材为聚丙烯、聚乙烯、环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚芳纶、聚对苯二甲酸乙二酯PET、聚对苯二甲酸丁二酯PBT、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚硫酸酯和纤维素中的一种或多种。
如图2所示，壳体40可导电，其与锂源30直接接触，且正极片10通过壳体40与锂源30电性连接，当正极片10和负极片20同时接通外接电源进行充电时，锂源30中的锂金属自发地失去电子的同时析出锂离子，并且锂离子通过电解质迁移至正极片10形成锂化合物。其中，锂源30固定于壳体40的内壁，且与正极片10、负极片20无直接接触，操作人员无需直接对锂源30进行操作，安全性较高，有效避免因锂源30与极片直接接触而带来的补锂效果差、反应速度快不可控的问题，而且本发明提供的锂离子动力电池结构简单，无需改动现有的电池制造流程，可直接应用于现有的液态锂离子电池、固态锂离子电池、或溶胶锂离子电池上。
对比例
某款采用普通壳体的三元电池与本发明的锂离子动力电池，在25℃1C/1C循环寿命测试对比，如下表：
| 0 Cycles | 1000 Cycles | 2000 Cycles | 3000 Cycles | |
| 普通铝壳 | 100％ | 92.8％ | 82.9％ | 76.2％ |
| 1％锂铝合金 | 100％ | 93.9％ | 86.6％ | 81.7％ |
| 2％锂铝合金 | 100％ | 94.2％ | 89.2％ | 84.2％ |
| 5％锂铝合金 | 100％ | 96.9％ | 92.6％ | 88.7％ |
其中，本发明的三个锂离子动力电池的锂源30分别为1％、2％、5％锂铝合金，纵向分别为1000次、2000次、3000次循环充电后的电池能量密度，可见，与普通的电池相比，本发明的锂离子动力电池在多次循环充放电后，仍具有较高的能量密度。
本实施例提供了一种锂离子动力电池，该锂离子动力电池的壳体40可导电，其与锂源30直接接触，且正极片10通过壳体40与锂源30电性连接，当正极片10和负极片20同时接通外接电源进行首次充电后，锂源30中的锂金属自发地失去电子的同时析出锂离子，并且锂离子通过电解质迁移至正极片10形成锂化合物。其中，锂源30固定于壳体40的内壁，且与正极片10、负极片20无直接接触，操作人员无需直接对锂源30进行操作，安全性较高，有效避免因锂源30与极片直接接触而带来的补锂效果差、反应速度快不可控的问题，而且本发明提供的锂离子动力电池结构简单，无需改动现有的电池制造流程，可直接应用于现有的液态锂离子电池、固态锂离子电池或溶胶锂离子电池上。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种锂离子动力电池，其特征在于，包括：
正极片(10)和负极片(20)以及至少一个锂源(30)，所述锂源(30)和所述正极片(10)、负极片(20)相互隔离；
壳体(40)，所述壳体(40)用于容纳所述正极片(10)、负极片(20)、锂源(30)；
其中，所述壳体(40)为导电体，且所述壳体(40)内填充有电解质；
所述锂源(30)电性连接于所述壳体(40)的内壁，所述正极片(10)或所述负极片(20)与所述壳体(40)电性连接。
2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述锂离子动力电池还包括：
正极柱(11)，所述正极柱(11)连接于所述正极片(10)且延伸至所述壳体(40)外；
负极柱(21)，所述负极柱(21)连接于所述负极片(20)且延伸至所述壳体(40)外；
电阻块(61)，所述电阻块(61)套设在所述正极柱(11)上；
绝缘块(62)，所述绝缘块(62)套设在所述负极柱(21)上；
其中，所述正极片(10)采用微孔铝箔作为集流体；所述负极片(20)采用微孔铜箔作为集流体；所述正极柱(11)通过所述电阻块(61)与所述壳体(40)电性连接，所述负极柱(21)通过所述绝缘块(62)与所述壳体(40)进行隔离；
当电池首次充电后，低电位的所述锂源(30)会自发地脱出锂离子进入电解质，并迁移到高电位的所述正极片(10)中。
3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述锂离子动力电池还包括：
正极柱(11)，所述正极柱(11)连接于所述正极片(10)且延伸至所述壳体(40)外；
负极柱(21)，所述负极柱(21)连接于所述负极片(20)且延伸至所述壳体(40)外；
电阻块(61)，所述电阻块(61)套设在所述负极柱(21)上；
绝缘块(62)，所述绝缘块(62)套设在所述正极柱(11)上；
其中，所述正极片(10)采用微孔铝箔作为集流体；所述负极片(20)采用微孔铜箔作为集流体；所述负极柱(21)通过所述电阻块(61)与所述壳体(40)电性连接，所述正极柱(11)通过所述绝缘块(62)与所述壳体(40)进行隔离；
当电池注入电解质后，所述锂源(30)会自发地脱出锂离子进入电解质，并迁移到所述负极片(20)中。
4.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述锂源(30)的材质为纯锂金属、锂硅合金、锂铝合金、锂硼合金、以及锂镁合金中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述锂源(30)通过焊接、电镀、热熔、压合、部分胶粘，部分胶纸固定，直接接触等方式电性连接于所述壳体(40)的内壁。
6.根据权利要求2或3所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述壳体(40)开设有两个供所述正极柱(11)和负极柱(21)向外延伸的安装通孔，所述安装通孔内均设有绝缘密封圈(70)，所述正极柱(11)和负极柱(21)通过所述绝缘密封圈(70)密封安装于所述安装通孔内。
7.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述锂离子动力电池还包括：
至少一个隔膜(50)，所述隔膜(50)位于所述正极片(10)、负极片(20)以及锂源(30)之间，所述正极片(10)、负极片(20)、锂源(30)三者通过所述隔膜(50)进行隔离。
8.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述锂离子动力电池包括液态锂离子电池、固态锂离子电池或溶胶锂离子电池。
9.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，至少一个所述锂源(30)均匀布设于所述壳体(40)的内壁上，且所述锂源(30)的形状为带状、条状、环状或点状中任一种；所述锂源(30)的厚度为1～250μm。
10.根据权利要求1所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述隔膜(50)的厚度为5-30μm；所述隔膜(50)的基材为聚丙烯、聚乙烯、环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚芳纶、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚硫酸酯和纤维素中的一种或多种。
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