CN110459811A - 一种锂离子电池结构设计方法 - Google Patents

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张芳
张道明
王亚坤
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Abstract

本发明提供一种锂离子电池结构设计方法，所述新型锂离子电池结构设计为寻找一种电池反应结构，使薄膜和电解液（或固态电解质）作为正极、负极反应的催化剂，该结构设计优点在于颠覆了传统锂离子电池正极材料和负极材料接触可直接反应，而薄膜和电解液（或固态电解质）做锂离子传输媒介的设计思路。采用接触不会直接反应的两种材料分别做正极和负极，而薄膜和电解液（或固态电解质）充当正、负极反应的催化剂，从根本上解决由薄膜破损等一系列原因引发的内部短路问题。从而提升了锂离子电池的使用安全性，该方法设计新颖，易于大批量工业化生产，有很好的应用前景。

Description

一种锂离子电池结构设计方法
技术领域
本发明属于结构设计领域，具体涉及到一种新型锂离子电池结构设计方法，应用于锂离子电池领域。
技术背景
锂离子电池能量密度高、输出功率大、电压高、自放电小、工作温度范围宽、无记忆效应和对环境友好等优点，已广泛应用于电子设备、电动车、轨道交通、 大规模储能和航空航天等领域。
传统的锂电池结构大体为“正极/隔膜/负极”层状排列，并伴有电解液弥漫整个电池系统。虽然电解液里常常含有阻燃剂，稳定剂等其他添加剂，但是其主要作用还是进行锂离子的传输。也就是配合隔膜做一个锂离子电池传输的开关，从而控制正负极之间的接触反应。
然而由于隔膜和电解液本身的性质，或者一些外界因素，很容易导致锂电池发生隔膜破损或者漏液等问题，此时一旦正负极材料直接接触，会发生内部短路导致电池局部过热引发燃烧甚至爆炸等危险。
所以，现有的锂离子电池的结构设计及反应原理存在诸多弊端，如比较突出的是能量密度较低和安全性问题，所以新型锂离子电池的结构设计对锂离子电池的发展显得尤为重要。本发明的结构设计，可以在一定程度上解决锂离子电池的安全性问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种锂离子电池结构设计方法。
本发明目的提供以下方案实现：一种锂离子电池结构设计方法，包括正极和负极，以及作为正负极反应催化剂材料的薄膜和电解液（或固态电解质），包括下述步骤：
（1）将正极材料涂布在集流体两侧，干燥固化；
（2）将负极材料涂布集流体两侧，干燥固化；
（3）采用叠片或者卷绕工艺配合薄膜或固态电解质膜、正极和负极将其制成电芯；
（4）将以上步骤得到的电芯材料配合电解液封装。
在上述方案基础上，如果步骤（3）中使用固态电解质膜，则步骤（4）省去电解液，即（4）将以上步骤得到的电芯材料封装。
本发明中，所述正极材料须不能直接与对应负极材料发生反应或者反应速率极慢，同样的，所述负极材料须不能直接与对应正极材料发生反应或者反应速率极慢。
步骤(3)中，所述薄膜须作为正负极材料发生反应的催化剂，提高反应速率，即称为催化薄膜。或者，
步骤(3)中，所述固态电解质须作为正负极材料发生反应的催化剂，提高反应速率，即称为固态催化电解质。
步骤(4)中，所述电解液须作为正负极材料发生反应的催化剂，提高反应速率。
步骤(1)和（2）中，干燥固化条件为：干燥温度为80℃-100℃，干燥时间为4h-12h。
本发明的目的在于提供一种新型锂离子电池结构设计方法，采用“催化式”的电池结构从根本上解决了锂离子电池长期存在的内部短路安全性问题。
本发明锂离子电池结构设计为寻找一种电池反应结构，使薄膜和电解液（或固态电解质）作为正极、负极反应的催化剂，该结构设计优点在于颠覆了传统锂离子电池正极材料和负极材料接触可直接反应，而薄膜和电解液（或固态电解质）做锂离子传输媒介的设计思路。采用接触不会直接反应的两种材料分别做正极和负极，而薄膜和电解液（或固态电解质）充当正、负极反应的催化剂，从根本上解决由薄膜破损等一系列原因引发的内部短路问题。从而提升了锂离子电池的使用安全性，该方法设计新颖，易于大批量工业化生产，有很好的应用前景。
附图说明
图1是实施例1中得到的电芯侧视图；
图2是实施例2中得到的电芯侧视图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
实施例1
本发明的一种正极/电解液/薄膜/负极的“催化式”结构设计方法，具体包括如下步骤 ：
（1）将正极材料涂布在铝箔两侧，在80℃下干燥12h固化；
（2）将负极材料涂布在铜箔两侧，在100℃下干燥12h固化；
（3）采用叠片工艺配合催化薄膜、正极和负极将其制成电芯；
（4）将以上步骤得到的电芯材料配合催化电解液封装。
实施例2
本发明的一种正极/固态电解质/负极的“催化式”结构设计方法，具体包括如下步骤 ：
（1） 将正极材料涂布在铝箔两侧，在80℃下干燥12h固化；
（2） 将负极材料涂布在铜箔两侧，在100℃下干燥12h固化；
（3） 采用叠片工艺配合催化固态电解质、正极和负极将其制成电芯；
（4） 将以上步骤得到的电芯材料封装。
以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种锂离子电池结构设计方法，包括正极和负极，其特征在于，还包括作为正负极反应催化剂材料的薄膜、电解液或固态电解质，包括如下步骤：
（1）将正极材料涂布在集流体两侧，干燥固化；
（2）将负极材料涂布集流体两侧，干燥固化；
（3）采用叠片或者卷绕工艺配合薄膜或固态电解质膜、正极和负极将其制成电芯；
（4）将以上步骤得到的电芯材料配合电解液封装。
2.如权利要求1所述的锂离子电池结构设计方法，其特征在于，如果步骤（3）中使用固态电解质膜，则步骤（4）省去电解液。
3.如权利要求1所述的锂离子电池结构设计方法，其特征在于，所述正极材料须不能直接与对应负极材料发生反应或者反应速率极慢，同样，所述负极材料须不能直接与对应正极材料发生反应或者反应速率极慢。
4.如权利要求1所述的锂离子电池结构设计方法，其特征在于，所述薄膜作为正负极材料发生反应的催化剂，即为催化薄膜。
5.如权利要求1或2所述的锂离子电池结构设计方法，其特征在于，所述固态电解质作为正负极材料发生反应的催化剂，即为固态催化电解质。
6.如权利要求1所述的锂离子电池结构设计方法，其特征在于，步骤(4)中，所述电解液作为正负极材料发生反应的催化剂。
7.如权利要求1所述的锂离子电池结构设计方法，其特征在于，步骤(1)和（2）中，干燥温度为80℃-100℃，干燥时间为4h-12h。
8.如权利要求1所述的锂离子电池结构设计方法，其特征在于，步骤(2)中，干燥固化条件为：干燥温度为80℃-100℃，干燥时间为4h-12h。
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