[发明专利]锂离子电池及其凝胶电解质以及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池及其凝胶电解质以及其制备方法。

背景技术

由于具有长使用寿命以及很高的能量密度和工作电压，近年来锂离子电池在笔记本电脑，智能手机，数码相机等消费电子类产品中已得到了广泛的应用。然而随着这些电子产品小型化，智能化的发展，锂离子电池的能量密度被提出了更高的要求。

提高锂离子电池工作电压是提高锂离子电池能量密度的最有效途径之一。然而由于传统碳酸酯类电解液较低的氧化分解电位（4V左右），以此组装而成的锂离子电池工作电压受到了严格限制。即使一些电解液添加剂某种程度上能减缓此类电解液的氧化分解并提高电池的工作电压到4.4V左右，然而由于电解液本身的电化学不稳定性，以此组装的电池循环性能往往不够理想。此外，工作电压的升高也给锂离子电池的安全可靠性提出了更高的要求。普通碳酸酯类电解液由于其较高的蒸汽压及易燃性，成为锂离子电池最大的安全隐患。

专利US20060088767A1和专利US2011212359A1提出使用离子液体作为锂离子电池电解液以提高其工作电压。此类电解液由于其较高的分解电位（>4.5V），与高电位的正极有很好的兼容性。且由于它们较低的蒸汽压与不易燃性，能大大提高锂离子电池的安全性能。然而根据发明人的研究，由于离子液体还原电位较高，它们在低电位负极表面会发生剧烈的还原反应，其还原产物会极大增加电池的内阻从而降低电池的倍率和循环性能。专利US2005196676A1提出以有机高分子聚合物将离子液体凝胶化进一步提高离子液体作为电解质在锂离子二次电池中使用的安全性。然而同样由于离子液体的高还原电位，此凝胶电解质与低电位负极材料兼容性很差。

发明内容

鉴于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种锂离子电池及其凝胶电解质以及其制备方法，其能提高凝胶电解质与正负极片的兼容性，能有效提高锂离子电池的工作电压、能量密度、以及循环寿命。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种锂离子电池凝胶电解质，用于间隔在正极极片和负极极片之间，所述锂离子电池凝胶电解质包括：正极凝胶电解质层，一侧邻接正极极片，所述正极极片具有高电位正极活性材料，正极凝胶电解质层的氧化电位在4.5V（vs Li/Li⁺）以上；负极凝胶电解质层，一侧邻接负极极片而另一侧另接正极凝胶电解质层的另一侧，负极极片具有低电位负极活性材料，所述负极凝胶电解质层的还原电位在0.2V（vs Li/Li⁺）以下。

为了实现上述目的，在本发明的第二方面，本发明提供了一种锂离子电池，其包括：正极极片，具有高电位正极活性材料；负极极片，具有低电位负极活性材料；以及凝胶电解质，间隔于负极极片和正极极片之间，所述凝胶电解质为根据本发明第一方面所述的锂离子电池凝胶电解质。

为了实现上述目的，在本发明的第三方面，本发明提供了一种锂离子电池的制备方法，用于制备根据权利要求本发明第二方面所述的锂离子电池，包括步骤：将对应的聚合物与锂盐分别溶于塑化剂的有机溶剂溶液中，配制成正极凝胶电解质层用浆料；将正极凝胶电解质层用浆料涂覆于含有正极活性材料的正极极片上，以形成正极凝胶电解质层，之后在保护气氛下干燥处理得到正极凝胶电解质层和正极极片的复合体；将对应的聚合物与锂盐分别溶于塑化剂的有机溶剂溶液中，配制成负极凝胶电解质层用浆料；将负极凝胶电解质层用浆料涂覆于含有负极活性材料的负极极片上，以形成负极凝胶电解质层，之后在保护气氛下干燥处理得到负极凝胶电解质层和负极极片的复合体；将正极凝胶电解质层和正极极片的复合体与负极凝胶电解质层和负极极片的复合体热辊压复合在一起，之后裁切成电芯单元；将多个电芯单元叠加组成电芯；以及将电芯封装，以形成锂离子电池。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的凝胶电解质与高电位正极活性材料以及低电位负极活性材料均有很好的兼容性，使用此电解质的电池同时使用高电位正极材料以及低电位负极材料，使用此凝胶电解质能有效提高锂离子电池的工作电压、能量密度、以及循环寿命。

附图说明

图1为根据本发明的锂离子电子锂离子电池凝胶电解质的设置方式的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1 正极极片

2 负极极片

3 锂离子电池凝胶电解质

  31 正极凝胶电解质层

  32 负极凝胶电解质层

具体实施方式