[发明专利]一种高能量密度的无负极锂电池

说明书

本发明公开一种高能量密度的无负极锂电池，涉及锂电池技术领域，包括正极、复合隔膜、负极集流体和电解液，复合隔膜包括基膜和涂覆在薄膜表面的聚合物涂层，所述聚合物涂层与负极集流体相对，所述聚合物涂层包括聚氧乙烯类化合物和无机纳米颗粒。本发明的有益效果在于：本发明通过采用负极集流体替代传统石墨负极材料，减轻电池重量的同时，能够显著提升传统锂离子电池的能量密度。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种高能量密度的无负极锂电池。

背景技术

随着新能源电动汽车的普及，人们对其续航里程的要求越来越高，电动汽车的续航里程与其搭载的动力电池能量密度直接相关，所以近年来如何提升锂离子电池的能量密度一直是热门的研究方向。

目前提升电池能量密度的方法主要有以下几个方向：(1)提高正极材料的能量密度，比如行业内研究的的比较火热的高镍正极材料NCM811，但是该材料的安全性能一直制约着NCM811材料的发展；(2)提升负极的容量，比如使用容量更高的硅基材料或金属锂替代传统的石墨负极材料，但是硅负极材料的体积膨胀以及金属锂负极的安全问题同样制约着这两类材料的发展；(3)优化电芯结构设计，比如简化电芯的结构件来提升电池的能量密度，2000年.J.Neudecker等人率先提出了无负极电池这一概念，该电池使用负极集流体铜箔代替传统的石墨负极材料，这样一来不仅降低电池质量提升能量密度，并且能够降低电池成本。所以近年来无负极锂电池的研究逐渐受到重视。

无负极锂电池是通过用铜箔代替传统石墨负极，所以在电池充电过程中，锂离子从正极脱出，沉积在铜箔表面形成金属锂，放电过程中这些金属锂再形成锂离子回嵌入正极中。众所周知，金属锂的反应活性较强，与传统的液态碳酸酯匹配性并不是很好，副反应较多，降低电池充放电的库伦效率，恶化电池的循环性能。另外充电过程中锂离子在铜箔表面沉积有形成锂枝晶的风险，存在安全隐患。尽管可以通过使用高浓度LiFSI的醚类溶剂电解液来改善电池的循环性能(Qian J,Henderson W A,Xu W,et al.High rate and stablecycling of lithium metal anode[J].Nature Communications,2015,6:6362.)。但是电池的成本又提升上去了，并且锂枝晶的风险还在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的无负极锂电池存在一定的安全隐患，且成本较高，提供一种能够提高电池安全性能和循环性能，并降低成本的高能量密度的无负极锂电池。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

一种高能量密度的无负极锂电池，包括正极、复合隔膜、负极集流体和电解液；所述复合隔膜包括基膜和涂覆在基膜表面的聚合物涂层，所述聚合物涂层与负极集流体相对，所述聚合物涂层包括聚氧乙烯类化合物和无机纳米颗粒。

有益效果：本发明通过采用负极集流体替代传统石墨负极材料，减轻电池重量的，能够显著提升传统锂离子电池的能量密度，同时通过复合隔膜的设计，隔膜上的聚合物涂层不存在隔膜的的微孔结构，可以有效抑制锂枝晶的生长，提升电池的安全性能，无机纳米颗粒可以的加入可以提升聚合物涂层的电导率和机械强度，有效提升电池的电性能和安全性能。

因此，本发明的无负极锂电池，不仅可以提升电池的能量密度提升，并且搭配复合隔膜可以明显改改电芯的循环性能和安全性能。

优选地，所述无机纳米颗粒包括氧化钛或氧化铝。

优选地，所述无机纳米颗粒在聚合物涂层中的质量比为2～5％。

优选地，所述基膜为PP/PE/PP隔膜。

优选地，所述聚氧乙烯类化合物的分子量为10万-500万。

优选地，所述聚氧乙烯类化合物的分子量为10万-60万。