[发明专利]一种可快速充电无枝晶产生的金属二次电池

说明书

本发明公开了一种可快速充电无枝晶产生的金属二次电池，包括电池本体和外场装置；所述外场装置用于产生物理场，所述物理场包括电场或磁场；所述电池本体至少部分设置于所述外场装置形成的所述物理场中，以在快速过程中抑制枝晶的生成；所述电池本体包括电池正极、电池负极和电解液系统；所述电池正极和所述电池负极彼此间隔设定距离平行设置；所述电池正极和所述电池负极均至少部分浸没于所述电解液系统中。本发明通过设置外场装置，并在电池充电的过程中，使电池本体至少部分设置于物理场中，物理场可以强化金属离子在电池内部的传输，使得活性金属离子均匀分布于电池负极，达到了抑制枝晶生成的效果。

技术领域

本发明实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种可快速充电无枝晶产生的金属二次电池。

背景技术

作为一种高效的电化学储能装置，电池已被广泛应用于便携式电源(例如电动汽车、手机以及平板电脑)、新能源、大负荷储能等领域，具有十分广阔的应用前景。由于一次电池容易造成资源浪费和环境污染，以及市场对小型化和便携化电子产品的需求，具有高能量密度、使用寿命长、环境友好和操作安全的二次电池得到了广泛使用。

二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。金属二次电池是一类重要的二次电池，它是指以活性金属为负极、允许活性金属离子嵌入和脱出的材料为正极的二次电池，主要包括锂二次电池、钠二次电池、镁二次电池和锌二次电池等。现有的金属二次电池的负极存在着金属枝晶的难题，金属枝晶是指金属二次电池快速充电过程中，活性金属离子在阴极处不均匀沉积，形成的枝晶形貌的活性金属。枝晶的存在给金属二次电池的使用带来了严重的问题，以锂二次电池为例：一、锂枝晶沿着负极逐渐生长，会穿透隔膜延伸至正极，从而导致电池内部短路，引起火灾或爆炸，存在安全隐患；二、锂枝晶与负极脱落后，形成“死锂”，使得锂二次电池的容量大大降低；三、锂枝晶的生成会导致负极处SEI膜(Solid Electrolyte Interface，固体电解质界面膜)的破坏而引起金属和电解质之间的反应，消耗反应生成的活性，大大缩短金属电池的使用寿命。因此，如何抑制金属枝晶的形成是目前金属二次电池行业面临的一个共性难题。

在现有抑制枝晶的技术中：采用三维负极集流体技术，在充电过程中，锂金属沿集流体骨架沉积生长，优先填满骨架孔隙，将沉积锂限制在集流体骨架之内；多孔结构增加了集流体的比表面积，降低了负极处的电流密度，但需要电极具有较高的机械强度，需要更高的电池制备工艺。在电解液中加入添加剂，使负极处原位生成SEI膜或人工SEI膜，由于这两种SEI膜结构具有较高的机械强度、柔韧性以及较高的离子传导性，在一定程度上抑制了枝晶生成，但高电流密度条件下以及多次反复充电过程中，枝晶抑制的效果不佳。通过高弹性模量和高离子传输性能的隔膜以防止枝晶刺破威胁电池，但该技术仅是将枝晶阻隔在隔膜与负极之间的空间范围内，也未能从根本上解决死锂的问题。采用全固态电解质锂电池，以空间阻碍机制限制枝晶生成，但在高电流密度充放电过程中，固态电解质与负极界面处具有较高的界面电阻，导致电池具有较高的电压极化现象。

发明内容

本发明提供一种可快速充电无枝晶产生的金属二次电池，以实现抑制充电过程中枝晶形成的目的。

本发明实施例提供了一种可快速充电无枝晶产生的金属二次电池，该金属二次电池包括电池本体和外场装置；

所述外场装置用于产生物理场，所述物理场包括电场或磁场；

所述电池本体至少部分设置于所述外场装置形成的所述物理场中，以在快速充电过程中抑制枝晶的生成；

所述电池本体包括电池正极、电池负极和电解液系统；所述电池正极和所述电池负极彼此间隔设定距离平行设置；所述电池正极和所述电池负极均至少部分浸没于所述电解液系统中。

进一步地，所述物理场包括直流电场和交流电场中的至少一个。