CN113078289A - 一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池 - Google Patents

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Abstract

一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池。所述高容量快充电池包括正极、及负极、及设置于正极和负极之间的绝缘隔板、及电解液；所述负极为浸润性栅格式电极，所述负极包括负极集流桥架、及格板、及铜格栅电极；所述负极集流桥架为多个方格纵横排列构成的栅格体，单个所述方格设置有一格板，所述格板的两端面呈纤维状布置有多个铜格栅电极，单个所述方格构成为一电池储能方腔；所述铜格栅电极上涂设有Si涂层或C涂层，相邻铜格栅电极的中间距离为膨胀间隙。该电池设置有浸润性栅格式电极，使得锂离子能立体纵深式附着且流动顺畅，能预防锂枝晶，进而使得电池比容量大、充电速度快，同时该电池使用寿命长且可回收利用。

Description

一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池
技术领域
本发明涉及高容量电池技术领域，特别涉及一种设置有浸润性栅格式电极、使得锂离子能立体纵深式附着且流动顺畅、进而使得电池比容量大且充电速度快且使用寿命长且可回收利用的高容量电池。
背景技术
如图1，传统电池使用铝AL为正极集流板1’，涂上LiCoO2等正极涂层，作为电池正极，使用铜Cu为负极集流板2’，涂上Si(或C)粉涂层，作为电池负极，中间是电解液和绝缘隔膜3’, 11’为Li离子，12’为负极Si（或C）纳米颗粒，A为负极集流板A面，B为负极集流板B面。
充电时正极电化学反应式为：
LiCoO2 = Li(1-x)CoO2 + xe-(电子)+ xLi+；
充电时负极电化学反应式为：
xLi+ + 4Si + xe- = LixSi4；
充电时，受电场力作用，Li+离子从正极分解出来，同时释放电子，Li+离子从正极涂层跳入电解液，穿过绝缘隔膜的孔隙到达负极，和电子结合，并与负极涂层上的Si颗粒形成硅铝合金。
放电时正极电化学反应式为：
Li(1-x)CoO2 + xe-(电子)+ xLi+ = LiCoO2 ；
放电时负极电化学反应式如下：
LixSi4 = xLi+ + 4Si + xe- ；
放电时，Li和Si分开，并释放电子变成Li+离子，然后跳入电解液，向能量低的正极迁移，穿过绝缘隔膜的空隙到达正极，结合电子变成LiCoO2，锂离子被固定而变得稳定。
传统电池的电极采用简单的板状结构，其缺点如下：
1、电极涂层存电量少，比容量低；
2、负极表层Li离子多一点，深层Li离子进入较难；
3、放电时，如果电池负极板A、B两面放电速率不同，从而导致两边的热膨胀比例不一样，会导致电池极板弯曲、变形，造成涂层鼓泡、脱落，从而影响电池性能；
4、当负极4Li和4Si形成Li4.Si4矩阵结构时，比容量可提高数十倍，达到4200mAh/g，但其体积也会膨胀300％以上，传统电池涂层主要平面式附着于极板，缺乏膨胀空间，从而导致负极涂层脱落、变形严重；
5、正、负极涂层和极板金属箔严重粘连，难以回收重复利用，废弃的电池电极造成严重的环境污染；
6、充电阻力大，容易形成锂枝晶和充电记忆，电池老化快。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池，该电池设置有浸润性栅格式电极，使得锂离子能立体纵深式附着且流动顺畅，能预防锂枝晶，进而使得电池比容量大、充电速度快，同时该电池使用寿命长且可回收利用。
为了解决上述现有技术问题,本发明的技术方案是:
本发明一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池，所述高容量快充电池包括正极、及负极、及设置于正极和负极之间的绝缘隔板、及电解液，所述正极与绝缘隔板、及负极与绝缘隔板之间填充电解液，所述正极包括正极集流板、正极涂层，所述正极集流板为铝AL，所述正极涂层为LiCoO2；
所述负极为浸润性栅格式电极，所述负极包括负极集流桥架、及格板、及铜格栅电极；
所述负极集流桥架为多个方格纵横排列构成的栅格体，单个所述方格设置有一格板，所述格板的两端面呈纤维状布置有多个铜格栅电极，单个所述方格构成为一电池储能方腔；
所述铜格栅电极上涂设有Si涂层或C涂层，相邻铜格栅电极的中间距离为膨胀间隙；
所述格板和方格还分别成型有多个通孔，所述通孔为锂离子通孔，所述通孔锂离子能自由通过而阻隔涂层颗粒，所述负极的锂离子能立体纵深式附着且流动顺畅。
进一步，所述格板竖直设置于负极集流桥架的方格中且格板两端面分别朝向方格两端的开口，所述铜格栅电极垂直于格板两端面；
进一步，所述正极集流板包括但不局限于于铝AL；
进一步，所述正极涂层包括但不局限于 LiCoO2；
进一步，所述负极所采用的电极包括但不限于铜格栅电极；
进一步，所述负极的涂层包括但不限于Si涂层和C涂层；
进一步，所述负极集流桥架的方格成型有插槽，多个所述格板分别插设于负极集流桥架的多个方格的插槽中。
本发明一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池,其有益效果有：
1、电池储电量呈数量级增加：（1）电池电极采用浸润性格栅式设计，将传统电池的平面储电改变成立体纵深式储电， Li离子实现纵深附着，电池比容量呈数量级增加；（2）采用浸润性格栅式电极，Li离子和Si离子在电极间能均匀分布，有利于形成Li4.4Si矩阵结构，比容量提高数十倍，能达到4200mAh/g，同时设置了膨胀间隙，当Li离子和Si离子形成Li4.4Si矩阵结构，负极Si涂层体积也会膨胀300％，不会造成涂层脱落；
2、充电速度大幅提高，不会形成锂枝晶，采用浸润性格栅式电极使得锂离子能立体纵深式附着且流动顺畅，浸润性格栅式电极可以让Li离子在充电时沿着纤维状格栅电极瞬间饱和式填满电极涂层，又可以在放电时让Li离子沿着纤维状格栅电极很快脱离负极涂层，穿过绝缘隔膜回到正极，并保证充分放电，同时避免锂枝晶的形成；
3、大幅提高电池使用寿命：（1）彻底消除电极A、B两面充放电不平衡引起的电极弯曲、脱落、撕裂、变形，延长电池使用寿命，电极的集流桥架设有通孔，Li离子可以向上下、左右、前后六个方向均匀放电，彻底消除了电池A、B两面放电不平衡导致的弯曲、变形、鼓泡、脱落，（2）在浸润性格栅式电极的Si涂层间预留了膨胀间隙，一方面有利于Li离子均匀分布，形成Li4.4Si矩阵结构，比容量可提高到4200mAh/g时，负极Si涂层体积也会膨胀300％，膨胀间隙保证Si涂层自由膨胀、伸缩，另一方面负极Si涂层不但不会脱落，相邻格栅的Si涂层还会膨胀而相互抵紧，被浸润性格栅式电极紧密串接起来，从而大幅提高电池寿命，另一方面电池由n多个电池储能腔构成，电池储能腔壁上开有通孔Li离子可以自由流动，而大颗粒的涂层材料却只能均匀分布在电池储能腔内，无法脱落四处移动，大幅提高电池寿命；
4、电池能循环使用，实现电池环保无污染，浸润性格栅式电极扣板采用模块化设计，扣接在纵横垂直的负极集流桥架围成的多个储能方腔内，能够自由拆装，当扣板上的电极涂层老化时，可以把浸润性格栅式电极扣板拆下来清洗干净，然后重新喷刷新涂层后再装上去，从而能更新电池，清洗下来的老旧涂层，能用浮选法把Li离子提纯出来，再次使用，真正实现电池零污染。
附图说明
图 1， 为传统电池的结构示意图；
图 2， 为本发明一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池（负极集流桥架为局部）的竖剖面图；
图 3，为本发明一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池的负极局部的侧剖视图；
图 4，为本发明一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池的负极集流桥架整体的立体图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例:
如图1~图4，本发明一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池，所述高容量电池包括正极、及负极、及设置于正极和负极之间的绝缘隔板3、及电解液，所述正极与绝缘隔板、及负极与绝缘隔板之间填充电解液，所述正极包括正极集流板1、正极涂层，所述正极集流板为铝AL，所述正极涂层为LiCoO2,11为Li，12为Co，13为O，14为Si；
所述负极为浸润性栅格式电极，所述负极包括负极集流桥架2、及格板4、及铜格栅电极5；
所述负极集流桥架为多个方格2a纵横排列构成的栅格体，单个所述方格2a设置有一格板4，所述格板4的两端面呈纤维状布置有多个铜格栅电极5，单个所述方格构成为一电池储能方腔；
所述铜格栅电极上涂设有Si涂层，相邻铜格栅电极的中间距离为膨胀间隙；
所述格板和方格还分别成型有多个通孔6，所述通孔为锂离子通孔，所述通孔锂离子能自由通过而阻隔涂层颗粒，所述负极的锂离子能立体纵深式附着且流动顺畅。
所述格板竖直设置于负极集流桥架的方格中且格板两端面分别朝向方格两端的开口，所述铜格栅电极垂直于格板两端面；
所述负极集流桥架的方格成型有插槽，多个所述格板分别插设于负极集流桥架的多个方格的插槽中。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作一般技术手段的增减或替换，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (7)

1.一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池，所述高容量快充电池包括正极、及负极、及设置于正极和负极之间的绝缘隔板、及电解液，所述正极与绝缘隔板、及负极与绝缘隔板之间填充电解液，所述正极包括正极集流板、正极涂层，所述正极集流板为铝AL，所述正极涂层为LiCoO2，其特征在于：
所述负极为浸润性栅格式电极，所述负极包括负极集流桥架、及格板、及铜格栅电极；
所述负极集流桥架为多个方格纵横排列构成的栅格体，单个所述方格设置有一格板，所述格板的两端面呈纤维状布置有多个铜格栅电极，单个所述方格构成为一电池储能方腔；
所述铜格栅电极上涂设有Si涂层或C涂层，相邻铜格栅电极的中间距离为膨胀间隙；
所述格板和方格还分别成型有多个通孔，所述通孔为锂离子通孔，所述通孔锂离子能自由通过而阻隔涂层颗粒，所述负极的锂离子能立体纵深式附着且流动顺畅。
2.根据权利要求1所述的一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池，其特征在于，所述格板竖直设置于负极集流桥架的方格中且格板两端面分别朝向方格两端的开口，所述铜格栅电极垂直于格板两端面。
3.根据权利要求1所述的一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池，其特征在于，所述正极集流板包括但不局限于于铝AL。
4.根据权利要求1所述的一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池，其特征在于，所述正极涂层包括但不局限于 LiCoO2。
5.根据权利要求1所述的一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池，其特征在于，所述负极所采用的电极包括但不限于铜格栅电极。
6.根据权利要求1所述的一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池，其特征在于，所述负极的涂层包括但不限于Si涂层和C涂层。
7.根据权利要求1所述的一种具有浸润性栅格式电极的高容量快充电池，其特征在于，所述负极集流桥架的方格成型有插槽，多个所述格板分别插设于负极集流桥架的多个方格的插槽中。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023138528A1 (zh) * 2022-01-21 2023-07-27 戴文韬 一种硅负极材料及使用该硅负极材料的高容量快充电池

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