[发明专利]一种三层极片结构的电池芯、二次电池

说明书

本发明公开了一种三层极片结构的电池芯、二次电池，涉及锂电池技术领域。该电池芯包括正极极片、第一负极极片、第二负极极片以及隔膜，所述的电池芯的堆叠结构为，正极极片‑隔膜‑第一负极极片‑第二负极极片‑隔膜‑正极极片；第一负极极片的活性材料的脱嵌锂比容量低于第二负极极片的活性材料的脱嵌锂比容量。本发明从电池结构设计的角度设计了一种新型三层极片结构的电池芯，可以有效的将与锂离子合金化的高容量负极材料应用在电池体系中，有效提高电池能量密度、循环性能和安全性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种三层极片结构的电池芯、二次电池。

背景技术

2016年，中科院深圳先进技术研究院唐永炳研究员及其团队在新型高效电池发面研究取得突破行进展，其研究成果在能源材料期刊《Advanced Energy Materials》上(DOI:10.1002/aenm.201502588)发布了一项全新的铝-石墨双离子电池技术，该技术工作原理有别于现有传统锂电，且以廉价的石墨作为正极，以铝箔同时作为负极活性材料和集流体；8月份时又在著名材料期刊《Advanced Materials》上(DOI:10.1002/adma.201603735)在线发表了“基于碳包覆多孔铝箔负极的高倍率、长循环、高能量密度双离子电池。其研究团队利用铝箔作为新型高效电池的负极片，由于减少了传统的负极活性材料，这种新型高效电池体系电池的比能量密度更高、成本更低。因此这种新型高效电池具有重大的应用前景。其研究团队充分认识到利用铝箔作为负极极片时存在的问题，并提出了将铝箔加工成炭包覆多孔铝箔来解决铝箔体积膨胀和电解液兼容性问题。其研究成果显示他们提供的解决方案是可以有效解决铝箔作为负极活性材料所存在的问题。但是由于研究团队是采用化学腐蚀方法得到的多孔铝箔，这种方法加工制备多孔铝箔使铝箔变薄，且铝箔的孔径大小和孔分布无法精确控制，从而影响电池一致性。

现有的电池结构为正极负极两层结构，在传统锂离子二次电池体系中，正极活性材料涂布在铝箔集流体两面，负极活性材料涂布在铜箔集流体两面，通过卷绕或叠片的方式将正极极片、隔膜、负极极片组装成电池；新型金属箔负极电池体系中，正极活性材料涂布在铝箔集流体两面，金属箔负极片或经过改性处理的金属箔负极片以及隔膜通过卷绕或叠片的方式组装成电池。这种结构会因为负极极片自身的问题导致电池存在相应的问题。例如传统的石墨负极材料嵌锂容量低、嵌锂电位低，从而导致电池存在能量密度低、安全隐患等问题。而新型金属箔负极电池体系，则因为金属负极材料在脱嵌锂过程中体积变化大的原因，导致电池循环性能差、充放电效率差等原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是背景技术中存在的一些缺陷，创造性地提出一种新型三层电极结构的电池芯以及二次电池，以解决金属负极材料的高膨胀、石墨负极材料的低比容量、低嵌锂电位易发生析锂的问题。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

一种三层极片结构的电池芯，包括正极极片、第一负极极片、第二负极极片以及隔膜，所述电池芯的堆叠结构为，正极极片-隔膜-第一负极极片-第二负极极片-隔膜-正极极片；所述第一负极极片的活性材料的脱嵌锂比容量低于第二负极极片的活性材料的脱嵌锂比容量。

可以理解地，所述电池芯可用卷绕的方式组成电芯，也可以叠片的方式组成电芯。本领域技术人员熟知，叠构：正极极片-隔膜-第一负极极片-第二负极极片-隔膜-正极极片，为最小单元的电芯。在其他实施例中，本领域技术人员可根据需要按叠构：正极极片-隔膜-第一负极极片-第二负极极片-隔膜-正极极片-……-正极极片，进行组装电芯，“……”表示“隔膜-第一负极极片-第二负极极片-隔膜-正极极片”的重复单元，其亦在本发明的保护范围内。

其进一步的，所述第一负极极片包括第一负极活性材料以及第一负极集流体，所述第一负极活性材料均匀覆于第一负极集流体的远离第二负极极片的一面。

其进一步的，所述第一负极活性材料选自人造石墨、天然石墨、天然改性石墨、软炭、硬炭、炭纳米管、石墨烯、复合石墨、中间相炭微球、膨胀石墨材料中的一种或几种。