[发明专利]锂离子电池

说明书

本发明公开了一种锂离子电池。该锂离子电池包括：壳体；以及气体捕集结构单元，所述气体捕集结构单元设在所述壳体内侧；所述气体捕集结构单元由至少一种吸附活性材料形成。该锂离子电池中，设置于壳体内侧的气体捕集结构单元不需要外加“推动力”(如压力等)，即可自发地吸附电池循环过程中的产气。及时清除充放电循环过程中的产气可以有效提高电池的安全性能，解决电池鼓包问题，改善电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及储能设备技术领域，具体而言，本发明涉及锂离子电池。

背景技术

随着能源变革和环境保护需求的推动下，电池技术得到了快速地发展。在交通出行领域，以动力锂离子电池为动力源的纯电动汽车已经步入商业化、并获得了一定的市场份额。然而作为纯电动汽车核心部件的锂离子

电池仍然存在诸多缺陷和不足。从技术应用角度来看，锂离子电池存在两大痛点：第一是能量密度无法满足长续航里程的需求；第二是锂离子电池的热失控引发的安全问题。虽然研究者们已经从正极材料维度、电化学体系维度以及电芯维度进行了大量的努力，但是目前的改善效果仍然不容乐观。对于正极材料，目前普遍使用的是磷酸铁锂以及三元正极材料(镍钴锰酸锂、三元镍钴铝酸锂)，后两者因比容量提高的空间比较大，已经成为重要的锂离子电池正极材料。然而这类材料属于α-NaFeO₂型层状结构，该三维层状结构在一定电压下发生锂离子脱嵌后，存在着热力学不稳定性的晶体状态，过渡金属离子迁移至锂层占据锂离子位点。对于液-固相共存的电化学体系，电解液与电极之间的界面存在着复杂的副反应，这些反应引起电极表层结构和电解液的消耗和破坏、并且可能导致气体的产生和释放。诸如以上此类问题出现在纯电动汽车上势必会导致严重的安全隐患。

目前，随着三元正极材料向高镍化方向发展，电池在充/放电循环过程中的产气问题日益凸显。已有的应对方案主要从以下几方面入手：改良正极材料，将三元正极材料颗粒单晶化；改良电解液，引入特种添加剂提高电化学稳定性。以上方法能否实现最终的商业化应用有待验证，理由是高镍含量的三元单晶正极尚未在纯电动汽车上大规模使用；并且此类电解液添加剂比较昂贵，造成电池成本的大幅增加。

以镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂为正极材料的动力锂离子电池存在着热失控、产气、循环寿命短等问题，其中前两者属于安全性问题。对于产气，一般认为是电化学过程中由于存在副反应引起的，其成分复杂，含有氧气(O₂)、二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)等等。随着循环次数的增加，产生的气体不断积累，到一定数量之后会威胁到单体电池的内部压力，当超过壳体所能承受的内部压强则出现减压阀开启、电池停止工作的危险。

当前，应对该问题的主要技术方案为将镍钴锰酸锂(或者镍钴铝酸锂)三元正极材料颗粒单晶化、以及电解液中加入特制的添加剂。前者已经在中低镍的三元正极材料中应用，但是在高镍含量的三元正极材料的应用前景并不清晰；后者因添加剂昂贵造成锂离子电池成本的大幅增加，导致尚未进入产业化应用。另一方面，即便是采用了以上策略和方法，仍然无法避免产气的发生。综上所述，现有的锂离子电池仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种锂离子电池。该锂离子电池通过在壳体内侧设置气体捕集结构单元，可以及时吸附电池循环过程中的产气，提升电池性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种锂离子电池。根据本发明的实施例，该锂离子电池包括：壳体；以及气体捕集结构单元，所述气体捕集结构单元设在所述壳体内侧；所述气体捕集结构单元由至少一种吸附活性材料形成。

根据本发明实施例的锂离子电池中，设置于壳体内侧的气体捕集结构单元不需要外加“推动力”(如压力等)，即可自发地吸附电池循环过程中的产气。及时清除充放电循环过程中的产气可以有效提高电池的安全性能，解决电池鼓包问题，改善电池的循环寿命。