公开了一种包括混合负极和高浓度电解液的可再充电锂电池。
背景技术:
1、可再充电锂电池作为便携式电子产品的电源已经取得了商业成功,并且已经成功地进入电动工具市场。另外,随着电动车辆和电力存储系统市场每年快速增长,电池市场也日益扩张。在该电池市场中,为了确保技术竞争优势,需要确保诸如高能量密度、高输出、安全性和长循环寿命的特性。
2、截至2021年,电动汽车每次充电能确保约400km至500km的行驶距离,但是与具有内燃发动机的汽车的燃料补给时间(refueling time)相比,存在花费长时间进行充电的问题。因此,需要通过增加电池的能量密度来减少充电次数,并且需要通过电池的快速充电特性来减少充电时间。
3、普遍地用作可再充电锂电池的负极材料的石墨具有372mah/g的理论比容量,但是由于它目前实现360mah/g以上的比容量,因此石墨自身已经达到其极限。因此,正在使用具有高理论比容量的添加剂(诸如硅),但由于体积膨胀的问题,仅施加少量的添加剂。
4、锂金属具有3860mah/g的高理论比容量和-3.04v(相对于h/h+)的最低还原电位,因此当负极变为锂金属时,存在锂离子电池的能量密度可能超过约250wh/kg并实现为约440wh/kg的可能性。然而,由于锂的价格、锂箔在生产中的问题以及由于高反应性引起的稳定性问题,难以将其应用于电池制造设备。因此,需要开发一种新的体系来解决使用锂所带来的问题。
5、在按原样使用当前电池制造设备的同时显著增加负极容量的方法在于:诱导锂电沉积在石墨内部的内部孔或石墨颗粒之间的空隙中,从而利用锂的容量以及石墨的容量。为此目的,如果电池被设计并且被充电为具有大于石墨的理论比容量(372mah/g)的比容量(例如,约700mah/g至800mah/g),则在以约0.1v(相对于li/li+)完成对石墨充电之后,通过锂的电沉积,可确保比容量约为石墨的比容量的两倍。然而,在这种情况下,锂作为枝晶沉积在石墨负极的表面上,而不是沉积在石墨内部。在这种情况下,锂可渗透隔离件并到达正极,这可能导致电池中的严重的安全事故(诸如起火和爆炸)。另外,当使用包括锂盐(诸如lipf6)和碳酸酯类溶剂的商业电解液时,该电解液与锂金属反应并且由于该反应的低可逆性而导致电解液被持续分解和消耗,导致电池容量快速降低。
技术实现思路
1、通过充电,锂不是作为枝晶电沉积在碳材料负极板的上端上,而是成功地电沉积在碳材料负极内部,以提供通过组合碳材料和锂可实现约400mah/g或更高的比容量的混合负极,并且采用使混合负极能够运行的高浓度电解液体系,以提供具有高容量、高能量密度和长循环寿命特性和确保的安全性的可再充电锂电池。
2、在实施例中,一种可再充电锂电池包括:正极、负极、位于所述正极与所述负极之间的隔离件以及电解液,其中,所述负极包括负极集流体和位于所述负极集流体上的负极活性材料层,所述负极活性材料层包括作为负极活性材料的能够嵌入和脱嵌锂的碳材料,所述负极还包括位于所述负极集流体的表面上和/或位于所述负极活性材料层内部的亲锂元素,所述亲锂元素包括选自al、ag、au、bi、in、mg、pd、pt、si、sn和zn中的一种或更多种元素,所述负极具有通过充电而电沉积在所述负极集流体与所述负极活性材料层之间和/或电沉积在所述负极活性材料层内部的锂,所述电解液包括有机溶剂和锂盐,所述有机溶剂包括约50vol%或更多的醚类溶剂,并且所述锂盐的浓度为约3m(mol/l)至5m。
3、根据实施例,用于可再充电锂电池的混合负极可通过充电将锂成功地电沉积在碳材料负极内部而实现大于或等于约400mah/g的比容量,从而通过碳材料与锂一起实现可逆容量。根据实施例的可再充电锂电池包括高浓度电解液体系,该高浓度电解液体系能够使这样的负极体系运行,并且可实现非常高的容量,同时实现高能量密度、高输出充电和放电以及长循环寿命特性,并确保安全性。
1.一种可再充电锂电池,包括:
2.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
3.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
4.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
5.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
6.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
7.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
8.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
9.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
10.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
11.根据权利要求10所述的可再充电锂电池,其中,
12.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
13.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
14.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
15.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
16.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
17.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
18.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
19.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
20.根据权利要求19所述的可再充电锂电池,其中,
21.根据权利要求19所述的可再充电锂电池,其中,
22.根据权利要求1所述的可再充电锂电池,其中,
23.根据权利要求22所述的可再充电锂电池,其中,
24.根据权利要求22所述的可再充电锂电池,其中,