[发明专利]锂二次电池

说明书

技术领域

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种锂二次电池。

背景技术

近年来，随着科技的发展，对能源尤其是可再生绿色能源的需求越来越突出，电池作为能量的储存和转换装置正发挥着不可替代的作用。锂二次电池因其具有很高的质量比能量和体积比能量，吸引了广泛的关注。低成本，高能量密度，长循环寿命，绿色环保的二次电池是目前锂二次电池开发的重点。

锂二次电池研究开发的重点及热点主要在于正极、负极、电解质和隔膜四个方面。目前商用的锂二次电池负极材料为碳类负极材料，而碳材料制成的负极材料已经接近石墨的理论容量372mAh/g，因此，大量的研究开始转向寻找可以替代碳材料的新型负极材料，其中硅因其具有极高的理论容量4200mAh/g和低嵌锂电位而被广泛研究，但是，由于硅的导电性能不佳，含有硅负极材料的电池在充放电过程中存在严重的体积效应，导致负极材料发生粉化、脱落并逐渐失去电接触，最终使得电池的循环性能很差。而在电解质方面，目前商用的锂二次电池的电解质为液态电解质，而液态电解质容易从电池中泄露，而且，由于液态电解质主要由有机溶剂组成，有机溶剂通常为易燃易爆物质，从而使得锂二次电池在高温下存在很大的安全隐患，因此，现在人们开始转而研究固态电解质和凝胶态电解质，并且取得了一定的研究成果，但是，凝胶态电解质机械性能较差，成型困难，在实际应用难度较大，而固态电解质相对来说更易于应用于实际的电池中。

虽然人们针对锂二次电池的正负极以及电解质都分别进行了大量的研究，但是各种性能更优的正负极以及电解质彼此之间的兼容性还存在着很大的问题，目前还没有一种可以综合各方面优势的锂二次电池，因此，还需要研究一种锂二次电池，能够结合使用各种性能更优的正负极以及电解质，从而使整个电池的性能更优。

发明内容

本发明提供一种锂二次电池，在采用固态电解质的同时还采用了容量更大的硅作为负极，正负极以及电解质之间的具有良好的兼容性，电池具有良好的电化学性能。

本发明提供一种锂二次电池，包括正极、负极和电解质膜，所述负极包括负极活性物质和负极集流体，其中，所述电解质膜的组分包括聚环氧乙烷、锂盐和三氧化二铝；所述负极活性物质包括硅薄膜。

本发明提供一种锂二次电池，优选的，所述锂盐为LiTFSI、LiClO₄或LiCF₃SO₃。

本发明提供一种锂二次电池，优选的，所述聚环氧乙烷中的环氧乙烷基与所述锂盐中的Li的摩尔比为16:1-24:1。

本发明提供一种锂二次电池，优选的，以聚环氧乙烷的质量百分含量为基准，所述三氧化二铝的质量百分含量为5%-15%。

本发明提供一种锂二次电池，优选的，所述电解质膜的厚度为50-150μm。

本发明提供一种锂二次电池，优选的，所述电解质膜通过如下制备方法获得：将锂盐溶解于第一溶剂得到第一溶液；将三氧化二铝溶解于第二溶剂得到第二溶液；将第一溶液与第二溶液混合得到第三溶液，将聚环氧乙烷加入第三溶液混合均匀；混合均匀后浇铸成型，干燥，得到电解质膜。

本发明提供一种锂二次电池，优选的，所述第一溶剂和所述第二溶剂均为乙腈。

本发明提供一种锂二次电池，优选的，所述硅薄膜为通过磁控溅射将硅沉积到所述负极集流体上得到。

本发明提供一种锂二次电池，优选的，所述硅薄膜的厚度为3-6μm。

本发明提供一种锂二次电池，优选的，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入锂离子；所述正极活性物质为LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiNi_xMn_yCo_zO₂中的至少一种，其中，x+y+z=1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。。

本发明提供一种锂二次电池，使用了具有较大容量的硅薄膜负极，以及组分包括聚环氧乙烷、锂盐和三氧化二铝的固态电解质膜，该固态电解质膜在60℃下具有较高的电导率，在电池中起到电解质及隔膜的双重作用，能够降低电池成本，且组装成电池后不会存在漏液等现象。本发明提供的锂二次电池中，固态电解质膜与硅薄膜负极之间接触良好、兼容性好，通过硅薄膜负极与固态电解质膜较好的结合使用，使得锂二次电池具有更加良好的电化学性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。