[发明专利]一种开放式锂金属负极二次电池

说明书

本发明涉及一种开放式锂金属负极二次电池，包括填充有电解液的密封电池壳体，在密封的电池壳体内设置三种卷，第一种卷是工作卷，第二种卷是正极卷，第三种卷是锂金属负极卷，三种卷由一个或多个电机驱动，所述工作卷上卷绕有正极带、锂金属负极带以及隔膜，工作卷放卷转动时放出正极带、锂金属负极带以及隔膜，同时正极卷和负极卷作收卷转动，收进正极带和锂金属负极带；所述工作卷与锂金属负极卷之间设有枝晶压平设备，当锂金属负极带作放出和收进移动时，通过枝晶压平设备将锂金属负极带表面的枝晶压平。该电池可以有效消除锂金属负极的枝晶。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种开放式锂金属负极二次电池。

背景技术

锂金属负极二次电池具有非常高的质量比能量，十几年来吸引了许多专家的研究投入。但是，锂金属负极的枝晶难题始终没有得到有效解决。

枝晶在充电时生长，原理是锂原子的沉积。研究认为，枝晶是由两个原因产生的：一是因为锂金属负极带加工生产时，它的表层无法做到理想的原子级别的平整，这必然会产生一些原子高，一些原子低的结果。电子具有集尖特性，会先向高冒尖的地方集结，所以高点上首先集结了许多电子，马上就吸引了锂正离子过来沉积，就形成了枝晶。二是因为从正极过来的锂离子只能从隔膜的通道到达锂金属负极的表面，可是这些通道在锂金属负极的表面分布是不均匀的，凡与通道接触的地方肯定是锂离子沉积的概率都很高，这样就必然会形成枝晶。当锂金属带上本来就有的高点尖点正好碰到了隔膜上的通道，那么这两个原因集中在一起就必定会加快枝晶的生长。有些专家认为枝晶生长时产生的作用力刺破了隔膜，我们却不这样认为。我们的想法是枝晶顺着隔膜内的锂离子通道生长，碰到了正极产生了短路现象。如果隔膜的锂离子通道是弯的，那么枝晶生长也是弯的。反之，如果隔膜的锂离子通道是直的，那么枝晶的生长也是直的。所以只要有隔膜存在，只要有隔膜上的锂离子通道存在，就必然会有枝晶产生。

如何消除枝晶这一难题，目前国内外专家的方法分为三个方面：一是对锂金属表面进行物理掺杂改性，例如采用锂和铝的合金抑制枝晶的产生；二是改变电解液的配方，通过电解液溶解枝晶；三是采用固体电解质，采用物理力来阻挡枝晶穿破隔膜。但是，近十年来各种研究始终未见成效，枝晶依然存在，短路依然产生。有一些专家认为，在放电时枝晶中的带正电的离子向正极运动，电子向负极运动，枝晶会消失，只留下枝晶表面的界面物质。当枝晶的数量增多，并且连续产生这种情况时，就会使界面物质积累进而影响锂离子的传导。只有杜绝枝晶的产生这个现象才不会发，因为界面层不会在原有的界面层上生长的，只会在新生的枝晶表面生长的。

通过分析目前的研究状态可知，在锂金属表面掺杂其他金属，能减少枝晶产生，但是这会影响锂离子的导通。电解液的组成是精细的组合，加入溶解物溶解枝晶会严重影响离子的导通，而且溶解后的锂留在电解液内也会引发电子短路导通。电解质采用有一定硬度的固体解质，希望能阻挡枝晶的产生，但是任何固体电解质都必须有离子通道，而枝晶是顺着通道生长的，所以电解质的硬度与阻挡枝晶穿刺是无关的。从上述三类方法的分析来看，必须果断放弃老的思维，另辟蹊径寻。把几十年封闭不动的电池打开，将锂金属负极带随时放出来进行修复，建立一种开放式的可以修复的新型电池。采用机械的方法去消除具有机械性能的枝晶才是最新、最有效的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开放式锂金属负极二次电池，该电池可以有效消除锂金属负极的枝晶。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种开放式锂金属负极二次电池，包括填充有电解液的密封电池壳体，在密封的电池壳体内设置三种卷，第一种卷是工作卷，第二种卷是正极卷，第三种卷是锂金属负极卷，三种卷由一个或多个电机驱动，所述工作卷上卷绕有正极带、锂金属负极带以及隔膜，工作卷放卷转动时放出正极带、锂金属负极带以及隔膜，同时正极卷和负极卷作收卷转动，收进正极带和锂金属负极带；所述工作卷与锂金属负极卷之间设有枝晶压平设备，当锂金属负极带作放出和收进移动时，通过枝晶压平设备将锂金属负极带表面的枝晶压平。