[发明专利]大功率锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池及制备电极的方法。锂离子电池可包含阳极、阴极、分离器。阳极可包含负极材料和负极集流体。阴极可包含正极材料和正极集流体。负极或正极材料在负极或正极集流体上形成连续负极或正极材料层。分离器可分离阳极和阴极。至少一种连续电极材料层可包括多个垂直结构。侧壁可限定多个垂直结构。所述多个垂直结构可以配置成阵列。

相关申请

本申请要求2017年2月2日提交的美国临时申请号62/453,675的优先权，并将其全文引入本申请。

技术领域

本发明公开了一种电池，特别涉及一种大功率的锂电池及其制备方法。

背景技术

轻量、便携、无线的消费产品，如CD播放机、移动电话、笔记本电脑和摄像机的市场不断增长，使得高密度电池的需求不断增加，尤其是需要非常薄且有弹性的电池。为了使得电池易于携带，所述电池应以尽可能最小的重量和体积提供所必要的能量。然而，电池越薄，施加维持电池各部件之间充分接触所需的压力就越困难。

锂是用于需要高能量密度电池的非常有利的材料。锂是所有金属中最轻的，这保证了金属锂具有极高的理论能量密度。在负电池电极材料领域，锂是最主要的材料，因为它具有较大的负热力学势。并且，使用锂不会对环境造成负面影响。因此，锂电池是非常有前途的，特别是在重量是重要因素的情况下使用的前景优良。

根据电极结构不同，锂电池大致分类为胶卷式(绕组型)锂电池和栈类式(层迭型)锂电池。胶卷式电极是将用作集流体的金属箔涂上电极活性材料、干燥并压制将电极切割成具有所需宽度和长度的带状，然后通过利用分离器分离阴极和阳极，并将形成的产品以螺旋形缠绕制得。胶卷式电极适合于圆柱状电池。然而，当用于棱柱型或软包型胶电池时，胶卷式电极存在问题，比如，电极活性材料脱落和空间利用率低。栈类式电极具有多个阴极和阳极单元依次叠加的结构，可以容易地获得棱柱型，这是其优势，但是其也存在缺陷即制备方法麻烦，以及当其遭遇撞击时会挤推电极，引起短回路。

为了解决上述问题，电极可具有这样一种结构：其中，由阴极/分离器/阳极构成的预定大小的燃料电池结构，或者由阴极(阳极)/分离器/阳极(阴极)/分离器/阴极(阳极)依次堆叠构成的预定大小的双电池结构，以保证阴极和阳极在处理长时间连续分离膜的状态下能够相对。

快速充电锂离子电池由于充电时间短，可与燃气动力汽车的加油一样快，因而具有巨大的市场需求量。。然而，高速率的充电会急剧发热，这给具有高成本金属锂阳极的大功率电池和新的大容量阳极材料带来着火风险。

因此，需要快速且安全充电的锂离子电池。

发明内容

首先，本发明提供了一种锂离子电池，其包含阳极、阴极、分离器。阳极可包含负极电极材料和负极集流体。阴极可包含正极电极材料和正极集流体。负极或正极电极材料在负极或正极集流体上形成连续的负极或正极电极材料层。分离器可分离阳极和阴极。至少一种连续的电极材料层可包括多个垂直结构。垂直结构朝着集流体的方向延伸。侧壁可限定多层垂直结构。多个垂直结构可以配置成阵列。

进一步地，阵列可能是六边形。

进一步地，连续的负极或正极电极材料层可具有约50微米至约300微米的厚度。

进一步地，连续的负极或正极电极材料层可具有约80微米至约300微米的厚度。

进一步地，连续的负极或正极电极材料层可具有约100微米至约300微米的厚度。

进一步地，连续的负极或正极电极材料层可具有约150微米至约300微米的厚度。

进一步地，垂直结构的深度可从约25微米到约250微米。

进一步地，垂直结构的深度约为100微米。