[发明专利]含多重网络结构的锂电池

说明书

本发明公开了一种含多重网络结构的锂电池，本发明通过在电解质、正极、负极以及电解质与正极间、电解质与负极间以互穿或半互穿形式原位构筑多重网络结构，该多重网络结构能够有效防止因使用液体电解质而存在的漏液情况，有助于稳定电极避免因电极体积变化而导致其结构崩塌粉化及与集流体分离，改善电解质与电极间界面性能，增强锂离子在电解质、电解质与电极间及电极内部有效迁移扩散，抑制或减弱锂枝晶产生及生长，实现锂电池体系电池性能及安全性能的提升。

技术领域

本发明涉及一种锂电池，特别是还涉及一种具有网络微结构材料的锂电池，应用于电池技术领域。

背景技术

锂电池自1991年被索尼公司实现商业化以来，因其具有输出功率大、能量密度相对较高、自放电现象较小、工作温度窗口较宽、电压较高、无记忆效应及环境相对友好等特点，逐渐在电动汽车、大规模储能、智能电网及航空航天领域得到应用，并占据比重较大的市场份额。当前，传统的商用锂电池以使用电解液为主，电解液一般为有机液体电解质。该液体电解质在锂电池工作过程中存在漏液安全隐患甚至可能引起爆炸；同时，液体电解质在锂电池循环过程中易与电极产生电池容量衰减的副反应，影响电池使用寿命。当锂电池体系采用常用的石墨负极及追求更高能量密度的锂金属负极时，可能会产生锂枝晶，电池循环稳定性降低。过度生长的锂枝晶可能会穿透隔膜，导致电池短路及热失控等安全问题。在锂离子脱出/嵌入正极或负极时，正极或负极出现体积膨胀/收缩，可能会引起其电极结构崩塌，从集流体剥离，降低电池循环性能；也可能引发电池内部压力变化而存在的安全工作风险。

相比于传统采用液体电解质的锂电池，将固态化电解质实现对液体电解质的替换，能够有效提高锂电池安全性能。通常，固态化电解质可分为无机固态电解质和聚合物固态电解质。无机固态电解质具有较高的锂离子传导能力，但其与电极固-固界面效应显著，界面阻抗较大；而聚合物固态电解质能够改善其与电极间接触，降低界面阻抗，但其对于锂离子的传导能力较差；在聚合物固态电解质中适当添加电解液使其呈凝胶态，体系中电解液不发生泄漏，仍属于固态化电解质范畴，能够一定程度上提高锂离子传导能力，进一步降低与电极间界面阻抗，但以牺牲其机械性能为代价。固态化电解质用于制备锂电池，一般是将其制成片状或膜状然后再与锂电池正极、负极以卷绕或叠片的组装方式进行组装电池，所以需兼具考虑固态化电解质机械性能、锂离子传输性能及与电极界面接触问题。

在锂电池领域，采用原位方法制备固态化电解质是一种切实有效的方法。专利CN201410632564.7提及一种将纳米陶瓷颗粒在聚合物固态电解质上原位生成具有较高锂离子电导率(室温下锂离子电导率为10^-5数量级mS/cm)及机械强度的复合固体聚合物电解质膜，然后将其与电极组装成锂电池，具有较高的倍率性能及循环性能。所述的该固态化电解质锂离子传导还有待于进一步提高；同时由于其采用先制固态化电解质膜再与电极复合，其存在的固态化电解质与电极间界面结合紧密程度也有待于进一步增强。专利CN201310141759.7、CN 201310501351.6、CN 201610249783.6及CN 201711044292.9公开了在组装锂电池内部进行原位制备固态化电解质方法，该类固态化电解质制备简化锂电池生产工艺，同时其与电极界面接触效果良好，具有良好的锂离子传导能力，可改善锂电池循环性能和倍率性能。然而，基于锂电池组装及之后的使用，上述的该类固态化电解质机械性能涉及的抗挤压及其回复能力还应进一步进行改善。同时，对于专利CN 201310141759.7中提及的凝胶态固态化电解质中涉及采用聚烯烃隔膜进行复合，还有待于改善隔膜表面及内部孔道的润湿能力，避免因其亲液性差而导致隔膜孔道内部固态化电解质存在缺陷影响锂电池性能。