CN206059514U - 一种铜基锂片负极聚合物锂电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种铜基锂片负极聚合物锂电池,它包括隔膜、正极、负极、集流体、涂布在负极上的物质层以及电解质层；所述电解质层分布在所述正极与所述负极之间；所述隔膜设置在所述正极和所述负极之间，防止正、负极接触短路，并且离子能通过所述绝缘隔膜；所述集流体分别与所述正极、所述负极相连，用于引出电能。本实用新型采用涂有锂金属的铜箔作为负极，大幅度提高了负极容量，将这种负极应用于锂电池，提高了锂电池的容量密度；同时，采用半固态聚合物作为锂电池电解质，提高了电池的安全性，且轻薄、形状可变；同时具备容量密度高、安全性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体是一种铜基锂片负极聚合物锂电池。
背景技术
金属锂的化学活性高，很容易燃烧。当电池在放电、充电时，电池内部会因为持续升温而产生气体膨胀，导致电池内压加大，当压力达到一定程度时，很可能会破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。
在现有的解决方案中，采用石墨浆料涂布在锂电池铜箔负极上，电池容量低。金属锂的理论比容量为3860mAh/g，是一种理想的锂电池负极材料。但是金属锂与液态电解液容易发生化学反应，降低了电池使用寿命。而且，使用金属锂容易产生锂枝晶进而引起爆炸等问题。
申请号：201520980683.1的实用新型专利公开一种聚合物锂电池，包括铝塑包装膜、钴酸锂正极、石墨负极和聚丙烯薄膜，所述铝塑包装膜中部设置有空腔，所述钴酸锂正极、石墨负极和聚丙烯薄膜设在空腔内，所述空腔内还设置有电解液，所述电解液由碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯组成，所述钴酸锂正极、聚丙烯薄膜和石墨负极依次从内至外设置，所述铝塑包装膜顶部设置有正极耳和负极耳，所述正极耳和负极耳与铝塑包装膜连接处设置有绝缘片，所述正极耳与钴酸锂正极电性连接，所述负极耳与石墨负极电性连接，该聚合物锂电池使用寿命长，安全性能好，体积小。该实用新型采用石墨负极作为锂电池的负极，采用电解液作为离子传导介质，为常规的锂电池解决方案。电解液是液态电解质，可能会产生漏液，安全性较低。
申请号：201420730560.8的实用新型专利公开了一种铜基石墨烯聚合物锂电池负极结构，包括：负极石墨电解质层，石墨烯薄膜层，铜箔。聚合物锂电的负集流体铜箔上生长石墨烯薄膜层，石墨烯薄膜外层附着石墨电解质层。石墨烯薄膜层作为负极石墨电解质层和集流极铜箔之间的导电层，增加了导电层的导电能力，提高了锂电池的能量密度，而且石墨烯薄膜层与石墨和铜箔均已化学键稳固结合，降低了石墨和铜箔之间的接触电阻和热阻，石墨烯薄膜层也具有良好的导热性能，能迅速把负极产生的热量导出，降低了因温度变化导致负极掉料，增加了聚合物锂电的循环使用寿命。该实用新型在铜箔上生长石墨烯层，并将生长了石墨烯层的铜箔作为锂电池的负极，利用石墨烯材料优良的导热性，能够迅速将电池充放电过程中产生的热量转移，从而提高了对电池的保护能力，增加了使用寿命。其所采用的负极结构与本实用新型的负极结构有相似的地方，但是在要解决的问题和实现的技术效果上是根本不同的。本发明所采用的镀有锂金属的铜作为锂电池负极，打破了一般的认识锂金属化学活性高，将锂金属应用到负极这种危险性很高的思想，将具有较高化学活性的锂金属涂布在铜箔上作为锂电池负极，同时使用半固态聚合物作为离子传导介质，解决了安全的问题，同时提高了电池容量密度，与该实用新型有本质的差别。
申请号：200810180727.7的发明专利公开了一种用于可再充电锂电池的负极，包括集流体、布置在该集流体上具有金属类活性材料的多孔活性材料层，以及位于该多孔活性材料层上的高强度粘结层。该高强度粘结层的强度范围为5～70MPa。根据本发明的用于可再充电锂电池的负极活性材料能通过抑制体积膨胀和电极表面的电解液反应来改善循环寿命特性。该发明在该集流体上涂布金属类活性材料的多孔活性材料层以及粘结层，使用电解液作为离子传导介质，用于改善电池寿命，与本发明在技术方案和技术目的上均不同。
常规石墨负极锂电池容量密度低、液态电解质锂电池安全性不高，现有方案不能解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铜基锂片负极聚合物锂电池，以至少达到提高电池容量密度和电池安全性的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种铜基锂片负极聚合物锂电池，它包括隔膜、正极、负极、集流体、涂布在负极上的物质层以及电解质层；所述电解质层分布在所述正极与所述负极之间；所述隔膜设置在所述正极和所述负极之间；所述负极为铜箔，所述涂布在负极上的物质层为金属锂，且所述金属锂涂布在所述负极的正面和背面。
所述的正极包括LiCoO2、LiNiO2或LiFePO4。
所述的电解质层包括固态电解质层或凝胶态电解质层。
所述集流体的数量至少两个，其中，第一集流体与负极相连，第二集流体与正极相连。
所述的隔膜为绝缘隔膜，用于防止正、负极接触短路，并且离子能通过所述绝缘隔膜。
本发明的有益效果是：本发明采用涂有锂金属的铜箔作为负极，大幅度提高了负极容量，将这种负极应用于锂电池，提高了锂电池的容量密度；同时，采用半固态聚合物作为锂电池电解质，提高了电池的安全性，且轻薄、形状可变；本发明同时具备容量密度高、安全性好的特点。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中，100-负极，101-锂金属，102-铜箔，201-电解质，301-隔膜，401-正极集流体，402-正极，501-负极集流体。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种铜基锂片负极聚合物锂电池，它包括隔膜、正极、负极、集流体、涂布在负极上的物质层以及电解质层；所述电解质层分布在所述正极与所述负极之间；所述隔膜设置在所述正极和所述负极之间；所述负极为铜箔，所述涂布在负极上的物质层为金属锂，且所述金属锂涂布在所述负极的正面和背面。
所述的正极包括LiCoO2、LiNiO2或LiFePO4。
所述的电解质层包括固态电解质层或凝胶态电解质层。
所述集流体的数量至少两个，其中，第一集流体与负极相连，第二集流体与正极相连。
所述的隔膜为绝缘隔膜，用于防止正、负极接触短路，并且离子能通过所述绝缘隔膜。
如图1所示，作为本发明的一种实施例，一种铜基锂片负极聚合物锂电池，它包括隔膜301、正极402、负极100、正极集流体401、负极集流体501、涂布在负极上的物质层101以及电解质层201；所述电解质层201分布在所述正极402与所述负极100之间；所述隔膜301设置在所述正极402和所述负极100之间，防止正、负极接触短路，并且离子能通过所述隔膜301；所述正极集流体401、负极集流体501分别与所述正极402、所述负极100相连，用于引出电能。
采用涂有锂金属的铜箔作为负极，可大幅度提升负极容量。常规石墨的容量密度为350mAh/g，而金属锂容量密度达到3861mAh/g，几乎是石墨的10倍。将锂金属涂布在铜箔上，应用于锂电池的负极，实现了电池容量密度达到800Wh/L，是常规石墨负极锂电池的1.5倍。
但是，金属锂的化学活性高，很容易燃烧。当电池在放电、充电时，电池内部会因为持续升温而产生气体膨胀，导致电池内压加大，当压力达到一定程度时，很可能会破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。而本实用新型采用半固态聚合物作为锂电池的电解质，替代了传统了电解液，提高了电池的安全性。
作为本实用发明的实施例之一，应用涂布锂金属的铜箔负极和半固态聚合物电解质的锂电池，同时具备容量密度高、安全性好的特点。
相比液态电解质的锂离子电池，锂聚合物电池除电解质是固态或半固态聚合物，而不是液态电解质。锂聚合物电池能够防止电池内部短路、电池外部短路、过充这些情况。半固态聚合物锂电池，具有安全性好、生产周期短、直通率高及成本低等特点。与常规的液态软包锂离子电池相比，减少了生产工序，降低了材料成本，使用胶态电解质，消除漏液和污染不良品，整体电池很轻、很薄。
Claims (5)
1.一种铜基锂片负极聚合物锂电池，其特征在于：它包括隔膜、正极、负极、集流体、涂布在负极上的物质层以及电解质层；所述电解质层分布在所述正极与所述负极之间；所述隔膜设置在所述正极和所述负极之间；所述负极为铜箔，所述涂布在负极上的物质层为金属锂，且所述金属锂涂布在所述负极的正面和背面。
2.根据权利要求1所述的一种铜基锂片负极聚合物锂电池，其特征在于：所述的正极包括LiCoO2、LiNiO2或LiFePO4。
3.根据权利要求1所述的一种铜基锂片负极聚合物锂电池，其特征在于：所述的电解质层包括固态电解质层或凝胶态电解质层。
4.根据权利要求1所述的一种铜基锂片负极聚合物锂电池，其特征在于：所述集流体的数量至少两个，其中，第一集流体与负极相连，第二集流体与正极相连。
5.根据权利要求1所述的一种铜基锂片负极聚合物锂电池，其特征在于：所述的隔膜为绝缘隔膜，用于防止正、负极接触短路，并且离子能通过所述绝缘隔膜。
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