轻量化锂电池及其制备方法与流程

本发明涉及一种锂电池及其制备方法，应用于电池技术领域。

背景技术：

锂离子电池以其高能量密度、长寿命以及存储时间长等优点，被广泛应用于手机和笔记本等便捷式电子设备上以及电动汽车和电动自行车等交通工具上。为了满足现代科技的高速发展，对于锂离子电池储能能力的需求也进一步提升，锂金属由于其高容量、低密度和低电位等优势被认为是下一代锂电池中最有潜力的负极材料。

由于锂金属电极极高的能量密度，在实际应用中仅需要少量的锂金属即可与正极匹配，商业中通常将锂金属制备成为微米级的电极片。此工艺难度较大，会大幅提高锂电池制备成本。然而，在锂金属电池中，如果避免使用高成本微米级锂金属电极，锂金属会有富裕。如何减轻了锂离子电池重量，并减少了锂金属的用量，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种轻量化锂电池及其制备方法，在锂金属上预制一个圆形通孔，在组装过程中用电池正极将孔洞覆盖；本发明设计一种锂电池轻量化装置，在保证电池性能不受损失的情况下，减少了锂金属的用量，并且避免使用微米级锂金属电极，减轻了锂金属电池重量的同时简化了锂金属制备工艺、降低了电池制作成本。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种轻量化锂电池，包括电池正极以及锂电极，其中，所述锂电极具有通孔，且所述电池正极在所述锂电极表面上的正投影能覆盖所述通孔。

作为本发明优选的技术方案，所述锂电池为纽扣式电池，所述锂电池还包括正极壳、隔膜、不锈钢垫片、弹簧片和负极壳；所述电池正极、隔膜、锂电极、不锈钢垫片依次重叠组装，并封装于由正极壳和负极壳组成的电池外壳内部。

作为本发明优选的技术方案，所述锂电极的通孔为圆形通孔，所述圆形通孔直径不大于4mm。

作为本发明优选的技术方案，所述锂电极采用直径不大于16mm，厚度不大于1mm的锂金属圆片制成。

作为本发明优选的技术方案，所述电池正极采用由92wt.％镍钴锰三元活性材料、4wt.％导电剂和4wt.％粘结剂制成镍钴锰复合电极，与锂电极进行匹配组装，形成锂-镍钴锰三元材料纽扣电池。

作为本发明优选的技术方案，设置于电池正极和锂电极之间的隔膜被电池电解液浸润。

一种本发明轻量化锂电池的制备方法，步骤如下：

在锂电极中心区域预制圆形通孔；

将正极、隔膜依次装入正极壳；

滴加锂离子电池电解液到隔膜上，浸润正极和隔膜；

将锂电极、不锈钢垫片和弹簧片依次装入壳体；

装入负极壳，封装纽扣电池。

作为本发明优选的技术方案，本发明轻量化锂电池是一种含锂金属电池轻量化的装置，通过减少锂金属用量的方法来实现，在锂金属电极中心位置上预制圆形通孔，作为锂电池中的负极材料；选用毫米级锂电极。选取三元正极活性材料，制作锂金属电池。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明含锂金属电池轻量化的装置，在保证锂金属电池电化学性能不变情况下，减少了锂金属的用量并且避免使用微米级锂金属电极，减轻了锂离子电池重量的同时简化了锂金属制备工艺、降低了电池制作成本；

2.本发明采用独特的环形电极板结构设计，具有潜在应用价值；

3.本发明方法简单易行，成本低，适合推广使用。

附图说明

图1为本发明优选实施例的含孔锂金属电极和正极位置关系示意图。

图2为本发明优选实施例的纽扣电池结构示意图。

图3为本发明优选实施例的电池的循环容量图。

图4为本发明优选实施例的电池轻量化效果图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

在本实施例中，参见图1和图2，一种轻量化锂电池，包括电池正极2以及锂电极4，其中，所述锂电极4具有通孔，且所述电池正极2在所述锂电极4表面上的正投影能覆盖所述通孔。

在本实施例中，参见图1和图2，所述锂电池为纽扣式电池，所述锂电池还包括正极壳1、隔膜3、不锈钢垫片5、弹簧片6和负极壳7；所述电池正极2、隔膜3、锂电极4、不锈钢垫片5依次重叠组装，并封装于由正极壳1和负极壳7组成的电池外壳内部。

在本实施例中，参见图1，一种锂电池轻量化的装置，通过在锂电极上预制圆形通孔来实现，其步骤如下：

a.在直径16mm，厚度1mm的锂金属圆片中心位置预制一个4mm直径的圆形通孔，作为锂电池的负极；

b.采用由92wt％镍钴锰三元活性材料、4wt％导电剂和4wt％粘结剂制成镍钴锰复合电极；

c.按图2所示制作锂-镍钴锰三元材料纽扣电池，包括如下步骤：

c1.在锂电极中心位置预制圆形通孔；

c2.将正极、隔膜依次装入正极壳；

c3.滴加锂离子电池电解液到隔膜上，浸润正极和隔膜；

c4.将锂电极、不锈钢垫片和弹簧片依次装入壳体；

c5.装入负极壳，封装纽扣电池。

其中镍钴锰三元材料电极的正投影能覆盖锂金属上的通孔，随后在4.3v-3v电压窗口进行充放电循环。

如图3所示，空心圆点为锂金属预制圆形通孔后锂-镍钴锰三元材料电池的电化学性能，实心的圆点作为参照点表示参考电池的电化学性能。锂金属上预制圆形通孔的电池在电化学循环初期容量较低，随着反应的推进，其容量与参考电池容量几乎无差别。本实施例以锂-镍钴锰三元材料电池为例，图4为仅计算活性材料的质量时电池的比容量。能看出，当仅计算活性材料的质量时，电池的比容量提升了近1倍。在本实施例中，在锂金属上预制一个圆形通孔且在组装过程中用电池正极将孔洞覆盖；本实施例锂电池轻量化装置，在保证电池性能不受损失的情况下，减少了锂金属的用量并且避免使用微米级锂金属电极，减轻了锂金属电池重量的同时简化了锂金属制备工艺、降低了电池制作成本。

因此，综合上述实施例所述，本发明锂电池轻量化的装置，在保证电池电化学性能不受影响的情况下，减少了锂金属的用量，减轻了电池的重量。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种轻量化锂电池，其特征在于：包括电池正极(2)以及锂电极(4)，其中，所述锂电极(4)具有通孔，且所述电池正极(2)在所述锂电极(4)表面上的正投影能覆盖所述通孔。

2.根据权利要求1所述轻量化锂电池，其特征在于：所述锂电池为纽扣式电池，所述锂电池还包括正极壳(1)、隔膜(3)、不锈钢垫片(5)、弹簧片(6)和负极壳(7)；所述电池正极(2)、隔膜(3)、锂电极(4)、不锈钢垫片(5)依次重叠组装，并封装于由正极壳(1)和负极壳(7)组成的电池外壳内部。

3.根据权利要求1所述轻量化锂电池，其特征在于：所述锂电极(4)的通孔为圆形通孔，所述圆形通孔直径不大于4mm。

4.根据权利要求1所述轻量化锂电池，其特征在于：所述锂电极(4)采用直径不大于16mm，厚度不大于1mm的锂金属圆片制成。

5.根据权利要求1所述轻量化锂电池，其特征在于：所述电池正极(2)采用由92wt.％镍钴锰三元活性材料、4wt.％导电剂和4wt.％粘结剂制成镍钴锰复合电极，与锂电极(4)进行匹配组装，形成锂-镍钴锰三元材料纽扣电池。

6.根据权利要求1所述轻量化锂电池，其特征在于：设置于电池正极(2)和锂电极(4)之间的隔膜(3)被电池电解液浸润。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述轻量化锂电池的制备方法，其特征在于，步骤如下：

在锂电极中心区域预制圆形通孔；

将正极、隔膜依次装入正极壳；

滴加锂离子电池电解液到隔膜上，浸润正极和隔膜；

将锂电极、不锈钢垫片和弹簧片依次装入壳体；

装入负极壳，封装纽扣电池。

技术总结
本发明公开了一种轻量化锂电池及其制备方法，本发明轻量化锂电池包括电池正极以及锂电极，锂电极具有通孔，且所述电池正极在所述锂电极表面上的正投影能覆盖所述通孔。本发明在锂金属上预制一个圆形通孔且在组装过程中用电池正极将孔洞覆盖；本发明锂电池轻量化装置，在保证电池性能不受损失的情况下，减少了锂金属的用量并且避免使用微米级锂金属电极，减轻了锂金属电池重量的同时简化了锂金属制备工艺、降低了电池制作成本，本发明采用独特的环形电极板结构设计，具有潜在应用价值。

技术研发人员：吕浡;张俊乾;李诺;何家金;李香杰
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2020.06.19
技术公布日：2020.10.27