[发明专利]水系锂离子电池复合电极及其制备方法、水系锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种水系锂离子电池复合电极及其制备方法、水系锂离子电池。 

背景技术

随着低碳经济的方兴未艾，锂离子电池正朝着动力汽车和电网储能等方向积极发展，开发能量密度高、循环寿命长、高安全、低成本的锂离子电池已成为业界研究的重点。 

当前的有机溶剂体系的锂离子电池拥有电压高，能量密度高，循环性能好的特点，在便携式数码产品，如手机，相机，笔记本电脑中得以广泛应用，同时在电动自行车领域上也开始逐渐开始应用，但由于电池里面使用的是有机溶剂，使得电池的安全性一直是影响锂离子电池在动力汽车上的应用，有机溶剂在电池发生短路或过充电等滥用时，容易起火，并有可能爆炸，对使用者的人身安全构成威胁； 

近年来，水系的锂离子电池开始研究，水系锂离子电池由于使用的是水作为电解液的溶剂，因此在发生一些滥用时，也不会起火，更不会发生爆炸，是个理想的选择。 

目前出现的水系锂离子电池有以下几种： 

第一种：对正负极活性材料均采用嵌锂化合物。该水系锂离子电池基本概念与现有的有机体系的锂离子电池相似，将该电池的正负极均采用嵌锂化合物，如LiMn₂O₄、VO₂、LiV₃O₈、FeOOH等。 

但是该水系锂离子电池存在如下缺陷：在水溶液中，当锂离子嵌入与脱嵌过程中达到一定电位时会发生析氢、析氧反应，而且很难找到只发生锂离子嵌 入脱嵌而不发生析氢、析氧的电极材料，而且所用到的负极材料循环性能较差。 

第二种：对负活性材料为核壳结构嵌锂化合物材料。该水系可充电的锂离子电池，正极采用锂离子可脱嵌化合物，如LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiFePO₄等、负极采用核壳结构的LiTi₂(PO4)₃材料，电解液采用水系电解质。 

但是该水系锂离子电池同样存在如下缺陷：采用LiTi₂(PO4)₃作为负极其克容量低（100mAh/g左右），对锂的电位高（约2.5V），导致电池工作电压低，小于2.0V，这样的水系锂离子电池能量密度只有40Wh/Kg左右，因此，限制了应用，如无法应用在电动车上，同时正极活性物质与水接触，导致循环性能变差。 

由上述所述，目前的水系锂离子电池中电解液溶剂水由于其分解电位，特别是氢的还原电位相对于锂电位来说高，为保证充放电过程中不析出氢气，电池的充放电电压较低，一般情况下电压范围只在0.8～1.5V之间，电压低，使得电池的能量密度底，很难得以应用。 

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种能有效阻止水系电解液的析氢和析氧反应的水系锂离子电池复合电极及其制备方法。 

本发明实施例的另一目的在于提供一种电压和能量密度高的水系锂离子电池。 

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下： 

一种水系锂离子电池复合电极，包括表面结合有活性材料层的正极极片或负极极片和将所述正极极片或负极极片的活性材料层真空封装其内的固态电解质膜包覆层。 

优选地，上述固态电解质膜为具有LISICON结构的锂离子固体电解质膜、具有NASICON结构的锂离子固体电解质膜、具有钙钛矿结构的锂离子固体电解质膜、石榴石结构的锂离子固体电解质膜、氧化物型玻璃态锂离子固体电解 质膜、硫化物型玻璃态锂离子固态电解质膜中的任一种。 

优选地，上述固态电解质膜的厚度为5um～50um。 

优选地，上述正极极片的活性材料层中的正极活性材料为LiCoO₂、LiNiO₂、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiMnPO₄、LiCoPO₄和LiM_xNi_yCo_zO₂中的至少一种；其中，M选自Al、Mn、Cu、Mg、Fe中至少的一种，x+y+z=1。