[发明专利]一种高安全性高比能低自放电可充电电池

说明书

本发明提供一种高安全性高比能低自放电可充电电池，该电池的外壳为柱状，外壳的底部设置绝缘垫，外壳的中心配置有沿其长度方向延伸的负极柱，该负极柱的外侧填充负极，负极的外侧配置隔膜层，所述隔膜层与外壳之间填充正极与电解液的混合物，所述隔膜层朝向负极的一侧涂覆有多孔碳；所述负极柱的外壁上套设有多个间隔设置的环状层隔板，该环状层隔板与负极柱相导通，该环状层隔板与隔膜层配合对负极进行导流及限域。本发明电压适中，锂离子扩散能力强，且该电池结构可降低穿梭效应，提高倍率性能。

技术领域

本发明涉及二次电池领域，特别涉及一种以硫和硫化物为负极的高安全性高比能低自放电的可充电锂电池。

背景技术

便携式电子设备和电动汽车的发展对电池的比能量、循环性能、倍率性能、安全性能提出了更高要求。在候选的二次电池体系中，主要有锂离子电池、镍氢电池等。其中，镍氢电池具有较低的成本、较高的功率特性、较高的安全性，但电压较低、能量密度偏低、自放电率较大。传统的锂离子电池一般以过渡金属氧化物或磷酸盐，例如钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等为正极材料，以石墨或硅碳为负极材料，以溶有锂盐的有机溶剂为电解液，所组成的锂离子电池具有较高的电压，因而具有较高的比能量。但是较高的单体电压，会造成有机电解液的分解，很多溶剂分子还会嵌入石墨中导致其崩解，这些因素造成了电池较差的循环稳定性；后来，研究者发现当电解液中含有碳酸乙烯酯（EC）等成分时，在石墨负极表面会生成较为稳定的固态电解质界面层（SEI），使锂离子电池具有较好的循环稳定性，并在1990年代走向商用化。但是，有机电解液的易挥发易燃特性，使其在较高的单体电压下，仍然具有潜在的起火风险，安全性较差。可行的改进技术包括使用不燃的电解液、使用高容量的但电压适中的电极活性物质。硫和硫化物材料的对锂电位大约在2V左右，显著小于过渡金属氧化物或磷酸盐等材料，并且具有较高的理论比容量。例如，硫的储锂容量高达1672mAh/g，是磷酸铁锂的10倍。但是由于硫和硫化物不含有锂，用作正极时，必须使用金属锂为负极，即组成锂硫电池，而金属锂的活性过高，也会导致严重的安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高安全性高比能低自放电可充电电池，该电池电压适中，锂离子扩散能力强，且该电池结构可降低穿梭效应，提高倍率性能。

基于上述目的，本发明提供一种高安全性高比能低自放电可充电电池，该电池的外壳为柱状，外壳的底部设置绝缘垫，外壳的中心配置有沿其长度方向延伸的负极柱，该负极柱的外侧填充负极，负极的外侧配置隔膜层，所述隔膜层与外壳之间填充正极与电解液的混合物，所述隔膜层朝向负极的一侧涂覆有多孔碳；

所述负极柱的外壁上套设有多个间隔设置的环状层隔板，该环状层隔板与负极柱相导通，该环状层隔板与隔膜层配合对负极进行导流及限域。

作为优选，所述外壳和负极柱均为圆柱状，材质是选自铝、钢、铜、镍、锌、石墨中的至少一种。

作为优选，负极柱的径向尺寸为外壳内侧径向尺寸的1/20~1/5，且负极柱的径向尺寸不小于1mm。

作为优选，所述环状层隔板的材质为铝、钢、铜、镍、锌、石墨中的至少一种。

作为优选，所述环状层隔板沿负极柱的长度方向均匀分布，环状层隔板的外径为外壳内径尺寸的1/10~1/5；环状层隔板的厚度为0.1~0.6mm。

作为优选，负极包括活性物质、粘结剂及导电剂。

作为优选，所述活性物质选自硫、硫化铁、硫化钴、硫化镍、硫化钼、硫化钨、硫化聚丙烯腈中的至少一种；

粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、氟橡胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚乙烯醇中的至少一种；

导电剂选自活性炭、有序介孔碳、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。

作为优选，所述隔膜层选自聚丙烯、聚乙烯、玻璃纤维纸、聚偏氟乙烯中的至少一种；