[发明专利]一种1.5V可充电锂电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低电压可充电电池，尤其涉及一种1.5V可充电锂电池。

背景技术

随着电气、电子、通讯和计算机等工业的迅速发展，对高稳定性的可充电电池需求日益增加。1.5V低电压电池作为一种应用广泛的电池，目前市场上主要有两个系列：一个系列是银锌电池，其特点是比能量高，缺点是价格昂贵，使用寿命较短；另一个系列为锌锰电池，虽然这种电池价格较为便宜，但是其容量低、自放电率高。

锂电池由于其比容量高、循环性能好、自放电率低等特点成为备受关注的对象。钛酸锂作为电极材料其嵌锂电位在1.5V(vs.Li⁺/Li)左右，目前钛酸锂的研究热点主要集中在将其用作负极；而当其作为锂电池正极，金属锂作为负极时，可以形成放电平台在1.5V左右的可充电锂电池，进而弥补目前市场上1.5V电池系列的不足。然而，当金属锂作为负极使用时，极易与电解液反应，形成固体电解质界面(SEI)层，充电时由于SEI界面电流密度不均匀，容易引起锂枝晶的形成，枝晶在充放电循环中逐渐生长，甚至穿透锂电池的PP、PE或PP/PE复合隔膜，直接与正极接触，引起电池内部短路引发电池的安全性问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种1.5V可充电锂电池及其制备方法，该电池采用了无机复合隔膜，提高了电池的安全性且制备工艺简单。

本发明的一个目的在于提供一种1.5V可充电锂电池，其技术方案如下：

一种1.5V可充电锂电池，包括电池壳、电池芯和非水电解液，所述电池芯和非水电解液密封于电池壳内，所述电池芯又包括正极、无机复合隔膜和锂负极，其中无机复合隔膜与正极采取无机复合隔膜-正极-无机复合隔膜夹心结构粘接构成一整体，无机复合隔膜介于正极与锂负极之间。

所述正极是由正极集流体和正极活性层组成，正极活性层位于正极集流体的两侧表面上；其中：正极集流体一般是片状的，可以是铝箔，厚度一般为10μm-20μm，正极活性层是由锂钛氧化物、导电粉体和粘合剂组成，厚度为2μm-100μm，各组分的质量比为锂钛氧化物∶导电粉体∶粘合剂＝80～95∶2～10∶2～10。

进一步的，所述锂钛氧化物可以用通式Li_4+xM_pTi_5+yO_12+z表示，例如钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)，其中：-0.2≤x≤0.2，-0.2≤y≤0.2，-0.2≤z≤0.2，0≤p≤0.3；M为选自C、Mg、Al、V、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Sn中的一种元素；锂钛氧化物平均粒径在0.1μm～10μm之间；所述导电粉体为炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或多种；所述粘合剂可选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯和聚乙烯中的一种或多种。

所述无机复合隔膜由包含锂快离子导体粉体的无机材料粉体和粘合剂组成，厚度为20μm-50μm。其中，无机材料粉体∶粘合剂的质量比为0.6～9∶1，而无机材料粉体中锂快离子导体粉体的质量百分比为25％～100％。所述锂快离子导体粉体可以是Li₅La₃Ta₂O₁₂及以其为母相的掺杂改性衍生物、La_0.5Li_0.5TiO₃及以其为母相的掺杂改性衍生物、LiTi₂(PO₄)₃及其掺杂改性衍生物、Li₃N及其掺杂改性衍生物中的一种或多种。其他的无机材料粉体可以是二氧化硅、氧化铝、氧化镁中的一种或多种。无机复合隔膜层中无机材料粉体颗粒的平均粒径小于1微米。所述粘合剂可以是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯和聚乙烯中的一种或多种。

本发明的1.5V可充电锂电池中，所述锂负极由金属锂箔或锂合金箔压制在铜网上构成。关于金属锂箔或锂合金箔的厚度，使用对置极板间每单位面积正极的理论容量比金属锂或锂合金的理论比容量(正极理论容量/负极理论容量)最高达到0.80的厚度的金属锂箔或锂合金箔。另外，作为正极活性材料的钛酸锂的理论比容量为175mAh/g。

本发明的1.5V可充电锂电池中，所述电池壳采用耐电解液性能良好的材料，可以为不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金、聚四氟乙烯、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及PP/PE复合材料。