[发明专利]一种具有电势差双负极的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种具有电势差双负极的锂离子电池，包括电池外壳、电极组件和电解液，电极组件沿其厚度方向由多个正极片和多个第一负极片交替堆叠组成；电极组件的中间层、顶层或者底层放置有至少一层第二负极片；多个正极片通过正极导线并联，正极导线的另一端连接有正极端子；多个第一负极片、第二负极片通过负极导线并联，负极导线的另一端连接有负极端子。本发明通过在电池中引入金属锂电极作为第二负极片，利用第二负极片与第一负极片之间存在电势差，在包含电解液的情况下，第二负极片上的金属锂最终能够嵌入至第一负极片中，即可实现第一负极片的预掺锂目的，补充第一负极片由于形成SEI膜所造成的不可逆容量损失，提高电池容量。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有电势差双负极的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池目前已在电动汽车上广泛应用，对于锂离子电池的能量密度和安全性能也提出了更高的要求。若进一步的提升能量密度，则需要采用具有更高比容量的活性材料，对于负极活性材料，目前较为可行的是采用硅及其氧化物作为负极活性材料。

但是对于硅及其氧化物的负极材料，在首次充电过程中，相当一部分的正极嵌入负极的锂参与了不可逆反应形成SEI膜，导致可逆容量占充电容量的比例较高，限制了应用。需要通过额外补充锂元素来弥补形成SEI膜所消耗的锂。

目前均是通过工艺手段在负极活性材料中预掺杂锂元素来降低其不可逆容量。对于不可逆容量较大的负极，较为流行的策略有以下两种方法：一种是在负极表面均匀的附着金属锂(CN1889288A、CN103022413A)，这种方法可以有效的补充电池的不可逆的容量，但是在不可逆容量较大的负极表面全部附着金属锂，在工艺上存在巨大的挑战，而且附着的金属锂一般非常薄，活性较高，存在一定的安全风险。另外一种是通过电化学方法将金属锂均匀掺杂到负极表面内部(CN 104584278 A)，这种方法需要一个电解池，同时在掺杂完成之后需要在进行电池的组装，此时电芯充满电解液，组装难度较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有电势差双负极的锂离子电池，通过新型的电池结构设计来解决电池不可逆容量过大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有电势差双负极的锂离子电池，包括电池外壳、组装在电池外壳内部的电极组件和电解液，所述电极组件沿其厚度方向由多个正极片和多个第一负极片交替堆叠组成，相邻的正极片和第一负极片之间通过隔膜隔开；所述电极组件的中间层、顶层或者底层放置有至少一层第二负极片，所述第二负极片与其相邻的正极片或第一负极片之间通过隔膜隔开；其中：

所述多个正极片通过正极导线并联，正极导线的另一端连接有正极端子；所述多个第一负极片、第二负极片通过负极导线并联，负极导线的另一端连接有负极端子；正极导线、负极导线可以通过超声波焊接的方式分别与正极片、负极片的集流体连接。

所述第二负极片为金属锂电极，由于金属锂的电位最低，与其他负极直接通过导线连接，则必然存在电势差，在有离子通路的情况下，第二负极片上的金属锂会自发的溶解至电解液中，而电解液中的锂离子会自发的嵌入至第一负极片中以平衡两个电极间的电势差，这样可补充第一负极片形成SEI膜所造成的不可逆容量。再者，通过计算所需要补充的不可逆容量，一般来说，在没有第二负极片的情况下，锂离子电池不可逆容量占总容量的3～30％，而第二负极片的活性物质由于全部都锂元素构成，所以仅需较少量的第二负极片既可以补充损失的不可逆容量，通过设计第一负极片与金属锂电极的质量比例，使第二电极片中的金属锂全部消耗完毕。电池中所有第一负极片可接受锂离子的总量要大于第二负极片可溶出锂离子的总量，因为第一负极片主要是接受正极片中溶出的锂离子。第二负极片溶出的离子仅作为适当的补充，弥补整个电池的不可逆容量损失。一般来说，电池中的正极片、第一负极片、隔膜、电解液采用本技术领域较为常规的锂离子电池材料。