CN204793029U - 混合负极极片及锂离子动力电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种混合负极极片及锂离子动力电池，该混合负极极片包括第一负极层、第二负极层和负极集流体层，所述第一负极层和第二负极层分别涂覆在负极集流体的阴面和阳面，所述第一负极层为钛酸锂负极材料层，所述第二负极层为石墨负极材料层。本实用新型的有益效果是：综合性能优异，同时发挥石墨负极容量大、嵌锂电位抵、成本低廉的特点和钛酸锂负极循环寿命长、倍率性能良好、安全性能优异、与电解液相容性好的特点，两者相互补充，提升了锂离子动力电池的综合性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及混合负极极片及锂离子动力电池。
背景技术
锂离子电池作为新能源发展的一个方向，动力电池的应用越来越多，现阶段应用于动力电池的负极材料主要是石墨。石墨作为负极材料，具有如下优点：电子电导率高，锂离子扩散系数大，层状结构在嵌锂前后体积变化小，不可逆容量较小，嵌锂容量高（理论容量为372mAh/g，实际应用可达350～360mAh/g），嵌锂电位低（约为0.1V相对于Li），成本低廉。但是，石墨作为负极材料也具有其自身的缺陷，如与电解液相容性差，首次充放电可逆容量低，不适合大电流充放电，循环性能差；同时，石墨负极在电位达0V或者更低时会产生锂沉积形成枝晶，刺穿隔膜，造成电池的内部短路，严重影响到电池的循环寿命，甚至产生安全隐患。
与此同时，钛酸锂作为合金负极材料，其结构为尖晶石型，在作为负极材料具有明显的优势：电解液相容性上与PC电解液相容性好，结构上是零应变材料，在充放电过程中结构改变很小，倍率性能好，循环寿命长，，充放电过程没有锂枝晶的隐患，安全性能优异。但是，钛酸锂作为锂离子动力电池在应用上，相对于目前的负极还是具有一定的劣势的：如在容量上，其理论比容量为175mAh/g，实际比容量可达150～170mAh/g，相对于石墨负极的350mAh/g以上的水平还有较大差距，严重制约电池容量的提高；如在嵌锂电位上，钛酸锂的嵌锂电位为1.55V（相对于Li），与石墨负极的0.1V（相对于Li）相对过高，不利于锂离子动力电池功率的提升；从材料的成本上，钛酸锂由于加工工艺和原料来源的制约，其材料成本比传统的石墨负极差距较为明显，严重制约其的进一步推广应用。此外，由于石墨负极为碳负极，钛酸锂负极为合金负极，两者在加工上具有较大差异点，因此，在负极材料的使用上，负极不能像正极材料那样直接把不同正极材料直接混合均匀后进行加工，为两者的混合使用带来了一定的技术难度。
实用新型内容
为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种混合负极极片。
本实用新型提供了一种混合负极极片，该混合负极极片包括第一负极层、第二负极层和负极集流体层，所述第一负极层和第二负极层分别涂覆在负极集流体的阴面和阳面，所述第一负极层为钛酸锂负极材料层，所述第二负极层为石墨负极材料层。
作为本实用新型的进一步改进，所述负极集流体层为铜箔。
作为本实用新型的进一步改进，所述第一负极层和第二负极层在卷绕或层叠中错位相隔。
本实用新型还提供了一种包括所述混合负极极片的锂离子动力电池，包括混合负极极片、正极片和隔膜，所述混合负极片、正极片和隔膜相互间隔卷绕或层叠设计，所述隔膜设置在混合负极片和正极片之间。
作为本实用新型的进一步改进，所述混合负极片、正极片和隔膜相互间隔卷绕形成圆柱状结构。
作为本实用新型的进一步改进，所述混合负极片、正极片和隔膜相互间隔层叠形成方形结构。
作为本实用新型的进一步改进，所述隔膜为PE隔膜、PP隔膜或PE/PP复合隔膜。
作为本实用新型的进一步改进，所述正极片包括正极集流体层和涂覆在正极集流体层的正极材料层。
作为本实用新型的进一步改进，所述正极材料层为磷酸铁锂正极材料层、锰酸锂正极材料层、钴酸锂正极材料层或镍钴锰三元正极材料层。
本实用新型的有益效果是：综合性能优异，同时发挥石墨负极容量大、嵌锂电位抵、成本低廉的特点和钛酸锂负极循环寿命长、倍率性能良好、安全性能优异、与电解液相容性好的特点，两者相互补充，提升了锂离子动力电池的综合性能。
附图说明
图1是本实用新型的混合负极极片的结构示意图。
图2是本实用新型的锂离子动力电池一个实施例的结构示意图。
图3是本实用新型的锂离子动力电池另一个实施例的结构示意图。
图4是本实用新型的正极片结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型公开了一种混合负极极片1，该混合负极极片1包括第一负极层9、第二负极层11和负极集流体层10，所述第一负极层9和第二负极层11分别涂覆在负极集流体10的阴面和阳面，所述第一负极层9为钛酸锂负极材料层，所述第二负极层11为石墨负极材料层，既实现了混合负极极片1改善锂离子动力电池性能的目的，又简化了锂离子动力电池卷绕或者层叠的结构，同时避免了直接混合两种不同原料所带来的在加工过程上的不确定性。充分简化生产操作流程，节省产品制造成本。
石墨负极材料包括人造石墨和/或天然石墨。
所述负极集流体层10为铜箔，铜箔作为常规的负极集流体，加工工艺成熟，便于负极材料涂布的调试和加工。
所述第一负极层9和第二负极层11在卷绕或层叠中错位相隔，从而实现了锂离子动力电池在卷绕或层叠时结构的一致性，保证了电池性能的一致性。
本实用新型还公开了一种包括混合负极极片1的锂离子动力电池，该锂离子动力电池包括混合负极极片1、正极片2和隔膜3，所述混合负极片1、正极片2和隔膜3相互间隔卷绕或层叠设计，所述隔膜3设置在混合负极片1和正极片2之间。
如图2所示，作为本实用新型的一个实施例，所述混合负极片1、正极片2和隔膜3相互间隔层叠形成方形结构，并通过铝塑膜8封装为方形，隔膜3包覆正极片2和负极片1，正极片2和负极片1相互间隔，所述第一负极层9和第二负极层11在层叠中错位相隔。
混合负极片1、正极片2和隔膜3相互间隔层叠形成方形结构，满足方形软包电池的生产要求，特别是功率型锂离子动力电池生产设计的需要。
如图3所示，作为本实用新型的另一个实施例，所述混合负极片1、正极片2和隔膜3相互间隔卷绕形成圆柱状结构，卷绕后的电芯设置在圆柱形钢壳4中，隔膜3包覆正极片2和负极片1，正极片2和负极片1相互间隔，所述第一负极层9和第二负极层11在层叠中错位相隔，钢壳4上面焊接有盖帽6，盖帽6和电芯之间设有绝缘片5，盖帽6与正极片2连接，钢壳4底部与负极片1连接。
混合负极片1、正极片2和隔膜3相互间隔卷绕形成圆柱状结构，满足圆柱钢壳电池的生产要求，特别是容量小圆柱电池生产设计的需要。
所述隔膜3为PE隔膜、PP隔膜或PE/PP复合隔膜，可以根据实际的电池类型选择不同材质和厚度的隔膜3。
如图4所示，所述正极片2为三层复合结构，包括正极集流体层12和涂覆在正极集流体层12的正极材料层7，所述正极集流体层12为铝箔。
正极片2的结构为常规结构，可以直接利用现有工艺进行生产，提供生产的通用性，降低加工设计成本。
所述正极材料层7为磷酸铁锂正极材料层、锰酸锂正极材料层、钴酸锂正极材料层或镍钴锰三元正极材料层，可以根据实际需要灵活选用不同的正极材料满足不同电池的需求。
本实用新型具有如下有益效果：
第一、综合性能优异，同时发挥石墨负极容量大、嵌锂电位抵、成本低廉的特点和钛酸锂负极循环寿命长、倍率性能良好、安全性能优异、与电解液相容性好的特点，两者相互补充，提升了锂离子动力电池的综合性能；
第二、加工可操作性强，石墨负极和钛酸锂负极分开搅拌和涂覆，分别涂覆在负极集流体的阴面和阳面，没有直接混合材料加工的不确定性，有效利用现有负极的工艺和设备，同时最终制得的负极片只有一种，简化层叠和卷绕的结构，直接利用现有的层叠或卷绕设备即可进行加工，且加工过程与常规过程无特殊工装或操作要求；
第三、成本低廉，在充分提升锂离子动力电池性能的基础上，有效发挥了石墨负极材料成本低廉的优势，而且加工过程与现有加工操作过程通用性强，有效节省了加工制造的成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种混合负极极片，其特征在于：该混合负极极片（1）包括第一负极层（9）、第二负极层（11）和负极集流体层（10），所述第一负极层（9）和第二负极层（11）分别涂覆在负极集流体层（10）的阴面和阳面，所述第一负极层（9）为钛酸锂负极材料层，所述第二负极层（11）为石墨负极材料层。
2.根据权利要求1所述的混合负极极片，其特征在于：所述负极集流体层（10）为铜箔。
3.根据权利要求1所述的混合负极极片，其特征在于：所述第一负极层（9）和第二负极层（11）在卷绕或层叠中错位相隔。
4.一种包括权利要求1至3任一项所述混合负极极片的锂离子动力电池，其特征在于：包括混合负极极片（1）、正极片（2）和隔膜（3），所述混合负极片（1）、正极片（2）和隔膜（3）相互间隔卷绕或层叠设计，所述隔膜（3）设置在混合负极片（1）和正极片（2）之间。
5.根据权利要求4所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述混合负极片（1）、正极片（2）和隔膜（3）相互间隔卷绕形成圆柱状结构。
6.根据权利要求4所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述混合负极片（1）、正极片（2）和隔膜（3）相互间隔层叠形成方形结构。
7.根据权利要求4所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述隔膜（3）为PE隔膜、PP隔膜或PE/PP复合隔膜。
8.根据权利要求4所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述正极片（2）包括正极集流体层（12）和涂覆在正极集流体层（12）的正极材料层（7）。
9.根据权利要求8所述的锂离子动力电池，其特征在于：所述正极材料层（7）为磷酸铁锂正极材料层、锰酸锂正极材料层、钴酸锂正极材料层或镍钴锰三元正极材料层。
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