[发明专利]一种锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体的说，涉及一种在充放电循环过程中具有良好尺寸稳定性的锂离子电池。

背景技术

由于电子技术和通讯技术的迅猛发展，便携式电子和通讯设备如智能手机、笔记本电脑、平板电脑、电子书、数码相机等得到了广泛的应用。由于这些便携式设备功能的日益增多与体积的小型化，需要高能量密度和长使用寿命的电池为其提供动力支持。锂离子电池具有环保、高能量密度、长循环寿命等特点，在便携式电子和通讯设备上具有广阔的应用前景。

锂离子电池在充放电过程中，Li+在正负极活性材料颗粒中脱出和嵌入，此脱嵌过程引起活性材料晶格体积的变化，如：对于正极活性材料为LiCoO₂，负极活性材料为石墨的锂离子电池，在电池充电过程中，Li+从LiCoO₂颗粒中脱出，嵌入到石墨颗粒中，此过程会引起LiCoO₂及石墨颗粒体积的增加，宏观上则体现为极片厚度的增加，如果此厚度的增加在电池内部没有释放的空间，则会导致电池整体厚度的增大。由于便携电子设备设计尺寸的限制，对电池尺寸稳定性有着严格的要求，电池厚度的增加可能损坏便携设备中的电子器件，影响其正常工作。

鉴于上述情况，补偿硅基阳极锂离子电池阴极容量的损耗，并找到一种易于操作、对环境要求低、效果好的方法是一种必需。

发明内容

本发明正是为解决上述问题而研究开发出来的，

本发明的目的在于：提供一种在充放电循环过程中具有良好尺寸稳定性的锂离子的电池。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明公开了一种锂离子电池，包括正极片、负极片、介于正负极片间的隔离膜及电解质，所述的正极片包括正极集流体及附着在正极集流体上的正极活性材料层，所述的负极片包括负极集流体及附着在负极集流体上的负极活性材料层；

所述的电解质包括液态电解质和凝胶态电解质；

所述的液态电解质填充于正极活性材料层的孔隙中；

所述的液态电解质填充于负极活性材料层的孔隙中；

本发明采用正极活性材料层及负极活性材料层的孔隙中填充液态电解质的原因在于：与完全填充凝胶态电解质相比，液态电解质与电极材料间能够形成良好的接触，两者间的界面阻抗小，并且液态电解质比凝胶态电解质具有更高的离子电导率，因此，正极活性材料层及负极活性材料层的孔隙中填充液态电解质能够使电池获得良好的电化学性能，如更高的容量、良好的倍率放电特性。

所述的凝胶态电解质填充于隔离膜的孔隙中；

所述的隔离膜的孔隙率(pr)满足：50％≤pr≤75％；

当锂离子电池充电时，正负极活性材料的晶格膨胀，极片厚度增加，由于普通锂离子电池通常采用孔隙率通常小于40％的隔离膜，隔离膜材质多为聚烯烃类，此类隔离膜的弹性模量较小，材质相对较硬，使得增厚的极片难以获取释放空间，导致锂离子电池整体厚度的增大；本发明的锂离子电池使用更大孔隙率的隔离膜(pr≥50％)，并向隔离膜的孔隙中填充凝胶态电解质。凝胶态电解质比普通的隔离膜材料(聚烯烃类)具有更大的弹性模量，当极片膨胀时，凝胶态电解质很容易被压缩，为极片厚度增加提供空间，从而减小电池充电过程中整体厚度的增加。

所述的凝胶态电解质是通过化学交联法制得；

由于物理交联法制得的凝胶态电解质在温度较高时会发生聚合物和液态电解质分离的现象，与通过物理交联法制得的凝胶态电解质相比，化学交联法制备的凝胶态电解质具有更好的高温稳定性，有利于提高锂离子电池的高温储存及高温循环特性。

所述隔离膜为单层聚乙烯多孔膜、单层聚丙烯多孔膜或由多层聚乙烯、聚丙烯构成的复合多孔膜。

所述隔离膜的厚度d满足：3μm≤d≤30μm。

所述隔离膜的厚度d可进一步优选为：5μm≤d≤20μm。

锂离子电池隔离膜主要是在正负极间起到电子绝缘的作用，如果其厚度太小，如d＜3μm，则隔离膜的机械强度较低，电子绝缘的可靠性降低，难以保证锂离子电池的使用性能及安全性能。如果隔离膜的厚度太大，如d＞30μm，则在有限的体积内可容纳的电池活性材料的质量减少，电池容量降低。

所述凝胶态电解质包括聚合物基体及液态电解质。

所述聚合物基体是由单体通过聚合反应得到，所述单体为聚乙二醇二丙烯酸酯。

聚乙二醇二丙烯酸酯形成的聚合物与液态电解质的相容性好，制备的凝胶电解质具有良好的机械性能和较高的离子电导率。