锂离子电池重复单元、锂离子电池及其使用方法、电池模组和汽车转让专利
申请号 : CN201910621846.X
文献号 : CN112216878B
文献日 : 2021-11-12
发明人 : 李世彩 , 王蒙 , 焦晓朋 , 李向辉 , 甘永青
申请人 : 比亚迪股份有限公司
摘要 :
本公开涉及一种锂离子电池重复单元、锂离子电池及其使用方法、电池模组和汽车，重复单元包括按照层叠方向依次层叠设置的正极、第一隔膜和负极，负极包括在充电时彼此无电接触的第一负极和第二负极；第一负极包括活性材料层、导体层和绝缘层；负极中，活性材料层、导体层、绝缘层、第二负极、绝缘层、导体层和活性材料层按照层叠方向依次层叠设置。本公开的锂离子电池的能量密度较高，且能够克服现有电池中锂枝晶导致的安全问题。
权利要求 :
1.一种锂离子电池重复单元，其特征在于，所述重复单元包括按照层叠方向依次层叠设置的正极（3）、第一隔膜（4）和负极，所述负极包括在充电时彼此无电接触的第一负极（1）和第二负极（2）；所述第一负极（1）包括活性材料层（11）、导体层（12）和绝缘层（13）；所述负极中，所述活性材料层（11）、所述导体层（12）、所述绝缘层（13）、所述第二负极（2）、所述绝缘层（13）、所述导体层（12）和所述活性材料层（11）按照所述层叠方向依次层叠设置；
其中，所述导体层（12）含有无机多孔导电材料，所述无机多孔导电材料的孔中填充有液态电解质；
所述第二负极（2）为形成有导电突起的非导电体、实心金属体、具有多孔结构的金属体、涂覆有锂涂层的有导电突起的非导电体、涂覆有锂涂层的实心金属体和涂覆有锂涂层的具有多孔结构的金属体中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的重复单元，其中，所述绝缘层（13）含有第一有机多孔隔膜材料。
3.根据权利要求2所述的重复单元，其中，所述无机多孔导电材料为多孔金属材料、多孔碳材料和多孔氧化物材料中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的重复单元，其中，所述多孔金属材料为金属网或泡沫金属；所述多孔金属材料为铜、镍、镁、铝、锰、铁、钛和锌中的一种或几种；
所述多孔碳材料为多孔碳球、多孔碳纤维、多孔碳纳米管和多孔碳布中的一种或几种；
所述多孔氧化物材料为金属氧化物或经掺杂改性的所述金属氧化物；所述金属氧化物选自氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、二氧化钌、氧化锌和氧化银中的至少一种，经掺杂改性的所述金属氧化物中的掺杂元素为碳、硼、磷、氮、硫、硒、氯、碘和氟中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的重复单元，其中，所述第一有机多孔隔膜材料为多孔PE隔膜、多孔PP隔膜、多孔PET隔膜、多孔PAN隔膜、多孔PI隔膜和多孔PVDF隔膜中的一种隔膜，或者为它们中的几种形成的多孔复合隔膜。
6.根据权利要求2所述的重复单元，其中，所述第一有机多孔隔膜材料的孔中填充有液态电解质。
7.根据权利要求6所述的重复单元，其中，所述液态电解质为锂盐的酯溶液、醚溶液和砜溶液中的一种或几种；
所述锂盐包括LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSiF6、LiB(C6H5)4、LiCl、LiBr、LiAlCl4、LiC(SO2CF3)3、LiCH3SO3、LiN(SO2CF3)2和LiN(SO2C2F5)2中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的重复单元，其中，所述导体层（12）与所述活性材料层（11）接触的表面涂覆有碳涂层，所述碳涂层的碳材料为石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、碳纳米管、石墨烯和碳纤维中的一种或几种，所述碳涂层的厚度为0.1 10μm。
~
9.根据权利要求1所述的重复单元，其中，所述具有多孔结构的金属体包括金属网、泡沫金属和具有表面孔隙的金属体中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的重复单元，其中，以单位表面积的所述第二负极（2）为基准，2
所述锂涂层的用量为0.026 2.6mg/cm。
~
11.根据权利要求9所述的重复单元，其中，所述具有表面孔隙的金属体包括沿所述层叠方向依次设置的第一多孔部（21）、实心金属部（22）和第二多孔部（23），所述第一多孔部（21）和所述第二多孔部（23）分别具有沿所述层叠方向延伸的通孔。
12.根据权利要求11所述的重复单元，其中，所述第一多孔部（21）的所述通孔的孔径沿所述层叠方向渐张，所述第二多孔部（23）的所述通孔的孔径沿所述层叠方向渐缩。
13.根据权利要求11所述的重复单元，其中，所述通孔中填充有锂。
14.根据权利要求1所述的重复单元，其中，所述第二负极（2）与所述绝缘层（13）之间还包括第二有机多孔隔膜材料层，所述第二有机多孔隔膜材料层为多孔PE隔膜、多孔PP隔膜、多孔PET隔膜、多孔PAN隔膜、多孔PI隔膜和多孔PVDF隔膜中的一种形成的层或多种形成的多孔复合隔膜层。
15.根据权利要求1所述的重复单元，其中，所述活性材料层（11）的材料为天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、钛酸锂、氧化铁、磷酸钛锂、二氧化钛、硅、氧化亚硅、铝、锡和锑中的一种或几种。
16.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括一个或多个权利要求1‑15中任意一项所述的锂离子电池重复单元。
17.根据权利要求16所述的锂离子电池，其中，相邻的所述重复单元间设置有第二隔膜。
18.一种权利要求16或17所述的锂离子电池的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：充电时，先向所述第二负极（2）充电到电池容量达到Y，然后切换至向所述第一负极（1）充电到电池容量达到Y+X。
19.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组包括权利要求16或17所述的锂离子电池。
20.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括权利要求19所述的电池模组。
说明书 :
锂离子电池重复单元、锂离子电池及其使用方法、电池模组和
汽车
技术领域
[0001] 本公开涉及电池领域，具体地，涉及一种锂离子电池重复单元、锂离子电池及其使用方法、电池模组和汽车。
背景技术
[0002] 目前市场应用各种电池一般有两种类型：一是以燃料流液电池或液流电池为代表的将储能活性物质与提供化学反应场所的电堆分离的能量转换器件；二是以正极、隔膜、负
极均匀叠片或卷绕形成，活性物质分布在正极和负极形成存储能量和功率为整体的能量转
换器件。而锂离子电池就属于典型的第二种类型，其正极、隔膜、负极三者均匀相向排列。其
中正极包括正极集流体和正极材料，正极材料又可分为正极活性物质材料、正极电子导电
添加剂材料和正极离子导电材料；隔膜包括两部分，即电子阻隔部分和离子导通部分；负极
与正极类似，包括负极集流体和负极材料，负极材料又可分为负极活性物质材料、负极电子
导电添加剂材料和负极离子导电材料。
极均匀叠片或卷绕形成，活性物质分布在正极和负极形成存储能量和功率为整体的能量转
换器件。而锂离子电池就属于典型的第二种类型，其正极、隔膜、负极三者均匀相向排列。其
中正极包括正极集流体和正极材料，正极材料又可分为正极活性物质材料、正极电子导电
添加剂材料和正极离子导电材料；隔膜包括两部分，即电子阻隔部分和离子导通部分；负极
与正极类似，包括负极集流体和负极材料，负极材料又可分为负极活性物质材料、负极电子
导电添加剂材料和负极离子导电材料。
[0003] 传统的锂离子电池的正极材料和负极材料的化学组成和结构几乎都是均一的，也有少量使用混合材料，但即使是使用混合材料，在电池内部同一时间、同一区域离子和电子
的浓度基本一致，目的是为了确保电化学反应及功率等参数的平稳性。
的浓度基本一致，目的是为了确保电化学反应及功率等参数的平稳性。
[0004] 为了提升能量密度，就必须尽可能地提高电池中正极活性物质材料的电压和容量，负极活性物质材料则需要尽可能地降低电压和提高容量。目前传统商用负极活性物质
材料一般是石墨，包括天然石墨和人造石墨，这两者的平均电压(vs.Li)都是0.15V。理论容
量都是372mAh/g。因此为了寻找更低电压和更高容量的负极活性物质材料，世界范围内进
行了大量的科学研究。锂金属就是其中最有潜力的一个材料，其电压是目前所有化学物质
中最低的；其理论容量达到3860mAh/g，10倍于石墨负极材料。
材料一般是石墨，包括天然石墨和人造石墨，这两者的平均电压(vs.Li)都是0.15V。理论容
量都是372mAh/g。因此为了寻找更低电压和更高容量的负极活性物质材料，世界范围内进
行了大量的科学研究。锂金属就是其中最有潜力的一个材料，其电压是目前所有化学物质
中最低的；其理论容量达到3860mAh/g，10倍于石墨负极材料。
[0005] 但是金属锂迟迟无法得到应用，最大的问题在于其在循环过程中，形成大量枝晶，直至整个锂金属平面层全部转化为枝晶形态。这种枝晶形态会产生两个严重的问题：一是
穿刺透过隔膜，将正负极连接起来，造成短路，引起严重的安全事故；二是枝晶由于其表面
积巨大，生成时即与电解质发生原位化学反应，在其表面形成一层电子绝缘薄膜，这种薄膜
造成了这些晶体之间相互电子绝缘，只要根系一旦断裂，整条枝晶即变成了电子绝缘体，失
去电化学活性，表现为电池容量随循环不断快速降低。三是枝晶极其蓬松，需要挤占大量空
间，从而造成电池体积膨胀，电池循环性能迅速衰减。
穿刺透过隔膜，将正负极连接起来，造成短路，引起严重的安全事故；二是枝晶由于其表面
积巨大，生成时即与电解质发生原位化学反应，在其表面形成一层电子绝缘薄膜，这种薄膜
造成了这些晶体之间相互电子绝缘，只要根系一旦断裂，整条枝晶即变成了电子绝缘体，失
去电化学活性，表现为电池容量随循环不断快速降低。三是枝晶极其蓬松，需要挤占大量空
间，从而造成电池体积膨胀，电池循环性能迅速衰减。
发明内容
[0006] 本公开的目的是提供一种锂离子电池重复单元、锂离子电池及其使用方法、电池模组和汽车，以解决现有技术中电池能量密度低的问题和锂枝晶导致的安全问题。
[0007] 为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种锂离子电池重复单元：所述重复单元包括按照层叠方向依次层叠设置的正极、第一隔膜和负极，所述负极包括在充电时彼此
无电接触的第一负极和第二负极；所述第一负极包括活性材料层、导体层和绝缘层；所述负
极中，所述活性材料层、所述导体层、所述绝缘层、所述第二负极、所述绝缘层、所述导体层
和所述活性材料层按照所述层叠方向依次层叠设置。
无电接触的第一负极和第二负极；所述第一负极包括活性材料层、导体层和绝缘层；所述负
极中，所述活性材料层、所述导体层、所述绝缘层、所述第二负极、所述绝缘层、所述导体层
和所述活性材料层按照所述层叠方向依次层叠设置。
[0008] 可选地，所述导体层含有无机多孔导电材料，所述绝缘层含有第一有机多孔隔膜材料。
[0009] 可选地，所述无机多孔导电材料为多孔金属材料、多孔碳材料和多孔氧化物材料中的一种或几种。
[0010] 可选地，所述多孔金属材料为金属网或泡沫金属；所述多孔金属材料中的金属为铜、镍、镁、铝、锰、铁、钛和锌中的一种或几种；
[0011] 所述多孔碳材料为多孔碳球、多孔碳纤维、多孔碳纳米管或多孔碳布，或者为它们中两者或三者的组合；
[0012] 所述多孔氧化物材料为金属氧化物或经掺杂改性的所述金属氧化物；所述金属氧化物为选自氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、二氧化钌、氧化锌和氧化银中的至少一种，经掺杂改
性的所述金属氧化物中的掺杂元素为碳、硼、磷、氮、硫、硒、氯、碘和氟中的至少一种。
性的所述金属氧化物中的掺杂元素为碳、硼、磷、氮、硫、硒、氯、碘和氟中的至少一种。
[0013] 可选地，所述第一有机多孔隔膜材料为多孔PE隔膜、多孔PP隔膜、多孔PET隔膜、多孔PAN隔膜、多孔PI隔膜和多孔PVDF隔膜中的一种隔膜，或者为它们中的几种形成的多孔复
合隔膜。
合隔膜。
[0014] 可选地，所述无机多孔导电材料和/或所述第一有机多孔隔膜材料的孔中填充有电解质，所述电解质为液态电解质。
[0015] 可选地，所述液态电解质为锂盐的酯溶液、醚溶液和砜溶液中的一种或几种；
[0016] 所述锂盐包括LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSiF6、LiB(C6H5)4、LiCl、LiBr、LiAlCl4、LiC(SO2CF3)3、LiCH3SO3、LiN(SO2CF3)2和LiN(SO2C2F5)2中的一种或几种。
[0017] 可选地，所述导体层与所述活性材料层接触的表面涂覆有碳涂层，所述碳涂层的碳材料为石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、碳纳米管、石墨烯和碳纤维中的一种或几种，所
述碳涂层的厚度为0.1～10μm。
述碳涂层的厚度为0.1～10μm。
[0018] 可选地，所述第二负极为形成有导电突起的非导电体、实心金属体和具有多孔结构的金属体中的一种或几种；所述具有多孔结构的金属体包括金属网、泡沫金属和具有表
面孔隙的金属体中的至少一种。
面孔隙的金属体中的至少一种。
[0019] 可选地，所述第二负极涂覆有锂涂层，以单位表面积的所述第二负极为基准，所述2
锂涂层的用量为0.026～2.6mg/cm。
锂涂层的用量为0.026～2.6mg/cm。
[0020] 可选地，所述具有表面孔隙的金属体包括沿所述层叠方向依次设置有第一多孔部、实心金属部和第二多孔部，所述第一多孔部和所述第二多孔部分别具有沿所述层叠方
向延伸的通孔。
向延伸的通孔。
[0021] 可选地，所述第一多孔部的所述通孔的孔径沿所述层叠方向渐张，和/或，所述第二多孔部的所述通孔的孔径沿所述层叠方向渐缩；
[0022] 优选地，所述通孔中填充有锂。
[0023] 可选地，所述第二负极与所述绝缘层之间包括第二有机多孔隔膜材料层，所述第二有机多孔隔膜材料层为多孔PE隔膜、多孔PP隔膜、多孔PET隔膜、多孔PAN隔膜、多孔PI隔
膜和多孔PVDF隔膜中的一种形成的层或多种形成的多孔复合隔膜层。
膜和多孔PVDF隔膜中的一种形成的层或多种形成的多孔复合隔膜层。
[0024] 可选地，所述活性材料层的材料为天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、钛酸锂、氧化铁、磷酸钛锂、二氧化钛、硅、氧化亚硅、铝、锡和锑中的一种或几种。
[0025] 本公开第二方面：提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括一个或多个本公开第一方面提供的锂离子电池重复单元。
[0026] 可选地，相邻的所述重复单元间设置有第二隔膜。
[0027] 本公开第三方面：提供一种本公开第二方面提供的锂离子电池的使用方法，该方法包括以下步骤：充电时，先向所述第二负极充电到电池容量达到Y，然后切换向所述第一
负极充电到电池容量达到Y+X。
负极充电到电池容量达到Y+X。
[0028] 本公开第四方面：提供一种电池模组，所述电池模组包括本公开第三方面提供的锂离子电池。
[0029] 本公开第五方面：提供一种汽车，所述汽车包括本公开第四方面提供的电池模组。
[0030] 通过上述技术方案，本公开能够实现如下有益效果：
[0031] 第一、通过设置第一负极和第二负极，使得金属锂可在第一负极和第二负极处进行储电，使得整个负极体系的能量得到大幅提升，进而使得锂离子电池的能量密度相比传
统结构电池大幅提升。
统结构电池大幅提升。
[0032] 第二、由于控制第一负极和第二负极的容量设定值，使得充电时生成的金属锂仅填充并集中在绝缘层与第二负极之间，不会发生锂枝晶穿刺，克服了传统电池结构中的短
路风险。
路风险。
[0033] 第三、放电时，第一负极与第二负极可并联放电，克服了传统锂金属负极电池倍率性能差的缺点。
[0034] 本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0035] 附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0036] 图1是本公开提供的锂离子电池一种具体实施方式的结构示意图。
[0037] 图2是传统锂离子电池的结构示意图。
[0038] 图3是本公开提供的锂离子电池重复单元中第二负极的一种具体实施方式的结构示意图。
[0039] 图4是本公开提供的锂离子电池重复单元中第二负极的另一种具体实施方式的结构示意图。
[0040] 图5是本公开提供的锂离子电池重复单元中第二负极的再一种具体实施方式的结构示意图。
[0041] 图6是对比例3的电池中金属锂作为负极循环形成枝晶的SEM电镜照片。
[0042] 图7是对比例2的电池的正极、负极分别对参比电极放电电压曲线。
[0043] 图8是实施例3的电池的正极、第一负极分别相对第二负极的电压曲线图。
[0044] 图9是实施例3的电池的正极、第二负极分别相对第一负极的电压曲线图。
[0045] 附图标记说明
[0046] 1 第一负极 11 活性材料层
[0047] 12 导体层 13 绝缘层
[0048] 2 第二负极 21 第一多孔部
[0049] 22 实心金属部 23 第二多孔部
[0050] 3 正极 31 正极集流体
[0051] 32 正极材料 4 隔膜
[0052] 5 负极 51 负极材料
[0053] 52 负极集流体 6 锂
具体实施方式
[0054] 以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
[0055] 本公开第一方面：提供一种锂离子电池重复单元，参考图1，重复单元包括按照层叠方向依次层叠设置的正极3、第一隔膜4和负极，负极包括在充电时彼此无电接触的第一
负极1和第二负极2；第一负极1包括活性材料层11、导体层12和绝缘层13；负极中，活性材料
层11、导体层12、绝缘层13、第二负极2、绝缘层13、导体层12和活性材料层11按照层叠方向
依次层叠设置。
负极1和第二负极2；第一负极1包括活性材料层11、导体层12和绝缘层13；负极中，活性材料
层11、导体层12、绝缘层13、第二负极2、绝缘层13、导体层12和活性材料层11按照层叠方向
依次层叠设置。
[0056] 根据本公开，负极5可以包括负极材料51和负极集流体52。与现有技术中的锂离子电池(图2)相比，本公开的锂离子电池重复单元为双负极结构，其中第一负极1可以包括活
性材料层11、导体层12和绝缘层13，绝缘层13的存在使得第一负极1和第二负极2在充电时
彼此无电接触。通过设置第一负极和第二负极，使得金属锂可在第一负极和第二负极处进
行储电，使得整个负极体系的能量得到大幅提升，进而使得具有本公开重复单元的锂离子
电池的能量密度相比传统结构电池大幅提升。正极3可以包括正极集流体31，正极集流体31
的表面可以涂覆有正极材料32，例如，靠近第一隔膜4的表面可以涂覆有正极材料32。其中，
层叠方向是指重复单元中从正极到负极的各功能层叠置的方向，例如为图1中水平由左向
右的方向。
性材料层11、导体层12和绝缘层13，绝缘层13的存在使得第一负极1和第二负极2在充电时
彼此无电接触。通过设置第一负极和第二负极，使得金属锂可在第一负极和第二负极处进
行储电，使得整个负极体系的能量得到大幅提升，进而使得具有本公开重复单元的锂离子
电池的能量密度相比传统结构电池大幅提升。正极3可以包括正极集流体31，正极集流体31
的表面可以涂覆有正极材料32，例如，靠近第一隔膜4的表面可以涂覆有正极材料32。其中，
层叠方向是指重复单元中从正极到负极的各功能层叠置的方向，例如为图1中水平由左向
右的方向。
[0057] 根据本公开，导体层12可以为含有导电材料的层，绝缘层13可以为含有绝缘材料的层，层叠的导体层12和绝缘层13可以使得第一负极在沿层叠方向不导通，并且在垂直于
层叠方向上导通。优选地，导体层12可以含有无机多孔导电材料，绝缘层13可以含有第一有
机多孔隔膜材料。根据本公开，无机多孔导电材料和第一有机多孔隔膜材料可以分别为多
孔结构，其中孔的形状、数量、孔径大小等参数可以为本领域常规的，本公开没有特殊的限
制。无机多孔导电材料和第一有机多孔隔膜材料的多孔结构可以使得电池内部保持锂离子
通路畅通，实现电池正常的充放电反应。使用有机多孔隔膜材料充当电子绝缘材料，具有与
电解液相容性好、技术成熟、造价低、容易获得的优势。
层叠方向上导通。优选地，导体层12可以含有无机多孔导电材料，绝缘层13可以含有第一有
机多孔隔膜材料。根据本公开，无机多孔导电材料和第一有机多孔隔膜材料可以分别为多
孔结构，其中孔的形状、数量、孔径大小等参数可以为本领域常规的，本公开没有特殊的限
制。无机多孔导电材料和第一有机多孔隔膜材料的多孔结构可以使得电池内部保持锂离子
通路畅通，实现电池正常的充放电反应。使用有机多孔隔膜材料充当电子绝缘材料，具有与
电解液相容性好、技术成熟、造价低、容易获得的优势。
[0058] 一种具体实施方式，重复单元还可以包括正极极耳、第一负极极耳和第二负极极耳；重复单元的两个第一负极1可以分别与第一负极极耳连接，第二负极1可以与第二负极
极耳连接，正极3可以与正极极耳连接。
极耳连接，正极3可以与正极极耳连接。
[0059] 根据本公开，无机多孔导电材料可以为多孔金属材料、多孔碳材料和多孔氧化物材料中的一种或几种。
[0060] 进一步地，多孔金属材料可以为金属网或泡沫金属，多孔金属材料中的金属元素可以选自铜、镍、镁、铝、锰、铁、钛和锌中的一种或几种，即多孔金属材料例如可以为铜网、
泡沫铜、镍网、泡沫镍等。当无机多孔导电材料为多孔金属材料时，其具有机械强度高、导电
性好的优点，可以进一步提高锂离子电池重复单元的导电性和机械强度。
泡沫铜、镍网、泡沫镍等。当无机多孔导电材料为多孔金属材料时，其具有机械强度高、导电
性好的优点，可以进一步提高锂离子电池重复单元的导电性和机械强度。
[0061] 进一步地，多孔碳材料可以为多孔碳球、多孔碳纤维、多孔碳纳米管或多孔碳布，或者为它们中两者或三者的组合。当无机多孔导电材料为多孔碳材料时，优势为质量轻、能
量密度高。
量密度高。
[0062] 进一步地，多孔氧化物材料为金属氧化物或经掺杂改性的金属氧化物；金属氧化物选自氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、二氧化钌、氧化锌和氧化银中的至少一种，经掺杂改性的
金属氧化物中的掺杂元素可以为碳、硼、磷、氮、硫、硒、氯、碘和氟中的至少一种。当无机多
孔导电材料为多孔氧化物时，使得本公开的锂离子电池重复单元具有良好的热稳定性和安
全性。
金属氧化物中的掺杂元素可以为碳、硼、磷、氮、硫、硒、氯、碘和氟中的至少一种。当无机多
孔导电材料为多孔氧化物时，使得本公开的锂离子电池重复单元具有良好的热稳定性和安
全性。
[0063] 根据本公开，第一有机多孔隔膜材料可以为本领域技术人员公知的锂离子电池中所用的各种隔膜材料，例如可以为多孔PE(聚乙烯)隔膜、多孔PP(聚丙烯)隔膜、多孔PET(聚
对苯二甲酸乙二醇酯)隔膜、多孔PAN(聚丙烯腈)隔膜、多孔PI(聚酰亚胺)隔膜和多孔PVDF
(聚偏氟乙烯)隔膜中的一种隔膜，或者为它们中的几种形成的多孔复合隔膜。第一有机多
孔隔膜材料用作本公开的锂离子电池重复单元中的电子绝缘材料，其在现有锂离子电池体
系中广泛使用，可以较方便引入本发明电池体系中，具有与电解液相容性好、技术成熟、造
价低、容易获得的优势。
对苯二甲酸乙二醇酯)隔膜、多孔PAN(聚丙烯腈)隔膜、多孔PI(聚酰亚胺)隔膜和多孔PVDF
(聚偏氟乙烯)隔膜中的一种隔膜，或者为它们中的几种形成的多孔复合隔膜。第一有机多
孔隔膜材料用作本公开的锂离子电池重复单元中的电子绝缘材料，其在现有锂离子电池体
系中广泛使用，可以较方便引入本发明电池体系中，具有与电解液相容性好、技术成熟、造
价低、容易获得的优势。
[0064] 在一种优选的实施方式中，无机多孔导电材料和/或第一有机多孔隔膜材料的孔中填充有液态电解质。这样，能够保障电池内部的锂离子通路。
[0065] 进一步地，液态电解质可以为锂盐的酯溶液、醚溶液或砜溶液，或者为它们中两者或三者的组合，锂盐可以包括六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、
六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟硅酸锂(LiSiF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、氯化锂(LiCl)、溴
化锂(LiBr)、氯铝酸锂(LiAlCl4)、氟烃基磺酸锂(LiC(SO2CF3)3)、LiCH3SO3、LiN(SO2CF3)2、
LiN(SO2C2F5)2中的一种或几种。
六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟硅酸锂(LiSiF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、氯化锂(LiCl)、溴
化锂(LiBr)、氯铝酸锂(LiAlCl4)、氟烃基磺酸锂(LiC(SO2CF3)3)、LiCH3SO3、LiN(SO2CF3)2、
LiN(SO2C2F5)2中的一种或几种。
[0066] 根据本公开，第一负极1可以涂覆有碳涂层，优选地，碳涂层涂覆于导体层12与活性材料层11接触的表面。碳涂层的碳材料可以为本领域的技术人员所常规采用的，例如为
石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、碳纳米管、石墨烯和碳纤维中的一种或几种。碳涂层的厚
度可以在较大范围内变化，优选地，碳涂层的厚度可以为0.1～10μm，可以使得第一负极与
负极活性材料具有良好的接触性。
石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、碳纳米管、石墨烯和碳纤维中的一种或几种。碳涂层的厚
度可以在较大范围内变化，优选地，碳涂层的厚度可以为0.1～10μm，可以使得第一负极与
负极活性材料具有良好的接触性。
[0067] 根据本公开，导体层12和绝缘层13的厚度各自可以在很大范围内变化，例如，导体层12的厚度可以是0.1～50μm，优选为1～10μm，绝缘层13的厚度可以是1～50μm，优选为1～
10μm。
10μm。
[0068] 根据本公开，导体层12和绝缘层13可以通过贴合、胶粘、或热压成型等方式形成整体，或者，可以采用涂布方式在导体层12的一侧涂覆第一有机多孔隔膜材料以形成绝缘层
13。
13。
[0069] 根据本公开，活性材料层11的材料可以为天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、钛酸锂、氧化铁、磷酸钛锂、二氧化钛、硅、氧化亚硅、铝、锡和锑中的一种或几种。活性材料层11
的材料优选为具有高于锂的电极电势的嵌锂材料，例如为石墨、软碳、硬碳、硅、氧化亚硅、
锡、锑、钛酸锂，这样，当第二负极2中生成大量锂枝晶并穿透绝缘层13和导体层12可能进一
步接触到活性材料层11时，由于电极电势的差异，金属锂与活性材料层11会在电解质存在
的情况下构成原电池，金属锂自发充当阳极，失去电子形成锂离子，电子和锂离子则会全部
嵌入活性材料层11中，保证了金属锂在任何情况下都不可能与正极形成短路连接，进一步
克服了传统电池结构中锂枝晶生长导致电池短路、起火爆炸等风险。
的材料优选为具有高于锂的电极电势的嵌锂材料，例如为石墨、软碳、硬碳、硅、氧化亚硅、
锡、锑、钛酸锂，这样，当第二负极2中生成大量锂枝晶并穿透绝缘层13和导体层12可能进一
步接触到活性材料层11时，由于电极电势的差异，金属锂与活性材料层11会在电解质存在
的情况下构成原电池，金属锂自发充当阳极，失去电子形成锂离子，电子和锂离子则会全部
嵌入活性材料层11中，保证了金属锂在任何情况下都不可能与正极形成短路连接，进一步
克服了传统电池结构中锂枝晶生长导致电池短路、起火爆炸等风险。
[0070] 根据本公开，第二负极2可以为常见的各种用于汇集电流的物质，具体地，第二负极2的结构可以为形成有导电突起的非导电体(例如涂覆有导电颗粒的聚乙烯、聚丙烯、聚
氯乙烯、聚酰胺酸和无纺布的片状、箔状、网状材料等)、实心金属体(例如金属箔、金属片、
金属布等)和具有多孔结构的金属体中的一种或几种，具有多孔结构的金属体可以包括金
属网、泡沫金属和具有表面孔隙的金属体中的至少一种。
氯乙烯、聚酰胺酸和无纺布的片状、箔状、网状材料等)、实心金属体(例如金属箔、金属片、
金属布等)和具有多孔结构的金属体中的一种或几种，具有多孔结构的金属体可以包括金
属网、泡沫金属和具有表面孔隙的金属体中的至少一种。
[0071] 此外，第二负极2可以涂覆有锂涂层，参考图3。锂涂层的制备方法可以为本领域技术人员熟知的，一种具体实施方式，当第二负极形成有导电突起的非导电体、实心金属体和
具有多孔结构的金属体，例如金属网、泡沫金属时，可以将金属锂分散于有机溶剂(如已烷
等)中，然后均匀涂覆在实心金属体、金属网或泡沫金属的至少一侧；或者，也可以将金属锂
加热到熔融状态，直接涂覆在实心金属体的表面或者灌注入金属网或泡沫金属的孔隙中；
也可以采用电化学沉积金属锂等方法。以单位表面积的第二负极为基准，锂涂层的用量可
2
以为0.026～2.6mg/cm ，更优选地，使涂覆的金属锂的体积不溢出金属网或泡沫金属的孔
隙。在第二负极上预先涂覆锂，可以有效补充因SEI膜形成、副反应所消耗的锂，进而可以提
高含有本公开重复单元的锂离子电池的容量和循环寿命。
具有多孔结构的金属体，例如金属网、泡沫金属时，可以将金属锂分散于有机溶剂(如已烷
等)中，然后均匀涂覆在实心金属体、金属网或泡沫金属的至少一侧；或者，也可以将金属锂
加热到熔融状态，直接涂覆在实心金属体的表面或者灌注入金属网或泡沫金属的孔隙中；
也可以采用电化学沉积金属锂等方法。以单位表面积的第二负极为基准，锂涂层的用量可
2
以为0.026～2.6mg/cm ，更优选地，使涂覆的金属锂的体积不溢出金属网或泡沫金属的孔
隙。在第二负极上预先涂覆锂，可以有效补充因SEI膜形成、副反应所消耗的锂，进而可以提
高含有本公开重复单元的锂离子电池的容量和循环寿命。
[0072] 其中，具有多孔结构的金属体是指将实心结构与多孔结构相结合得到的一种结构，可以包括实心金属部分和多孔金属部分，且多孔金属部分靠近绝缘层13。具有多孔结构
的金属体的制备方法可以为本领域技术人员熟知的，例如可以是原位在金属体的至少一侧
通过腐蚀造孔形成具有一定深度的孔的多孔金属部分，也可以是非原位将具有多孔结构的
金属和无孔基底金属通过物理方法压片连接成整体，或贴合烧制成整体。
的金属体的制备方法可以为本领域技术人员熟知的，例如可以是原位在金属体的至少一侧
通过腐蚀造孔形成具有一定深度的孔的多孔金属部分，也可以是非原位将具有多孔结构的
金属和无孔基底金属通过物理方法压片连接成整体，或贴合烧制成整体。
[0073] 一种具体实施方式，具有表面孔隙的金属体可以具有微孔，例如一种实施方式中，具有表面孔隙的金属体可以具有垂直于层叠方向的两个主表面，其中至少一个主表面上可
以形成有微孔。其中可以通过原位生成、化学和物理沉积、腐蚀生成等方法在无孔基底金属
上通过腐蚀成一定深度的微孔，从而得到具有表面孔隙的金属体。例如，采用微米铜或铜合
金箔材，在其两侧表面采用物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)各沉积一定厚度
的多孔金属铜或碳；或者，将微米铜或铜合金箔材置于酸性或碱性化学腐蚀液中，腐蚀一定
时间，从而在其两侧形成腐蚀孔洞。
以形成有微孔。其中可以通过原位生成、化学和物理沉积、腐蚀生成等方法在无孔基底金属
上通过腐蚀成一定深度的微孔，从而得到具有表面孔隙的金属体。例如，采用微米铜或铜合
金箔材，在其两侧表面采用物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)各沉积一定厚度
的多孔金属铜或碳；或者，将微米铜或铜合金箔材置于酸性或碱性化学腐蚀液中，腐蚀一定
时间，从而在其两侧形成腐蚀孔洞。
[0074] 另一种优选实施方式中，参考图4，具有表面孔隙的金属体可以包括沿层叠方向依次设置的第一多孔部21、实心金属部22和第二多孔部23，即第一多孔部21和第二多孔部23
位于实心金属部22的两侧。第一多孔部21和/或第二多孔部23可以具有沿层叠方向延伸的
通孔，优选地，第一多孔部21和第二多孔部23可以分别具有沿层叠方向延伸的通孔。通孔能
够有效提供用于容纳金属锂的空间，从而进一步提高电池容量。此外，这种多孔结构还可以
提供更多的反应位点，有利于提高电池的倍率性能。该实施方式特别适用于具有多个负极
结构的锂离子电池。
位于实心金属部22的两侧。第一多孔部21和/或第二多孔部23可以具有沿层叠方向延伸的
通孔，优选地，第一多孔部21和第二多孔部23可以分别具有沿层叠方向延伸的通孔。通孔能
够有效提供用于容纳金属锂的空间，从而进一步提高电池容量。此外，这种多孔结构还可以
提供更多的反应位点，有利于提高电池的倍率性能。该实施方式特别适用于具有多个负极
结构的锂离子电池。
[0075] 进一步地，实心金属部22可以为实心金属体(例如金属箔、金属片、金属布等)。实心金属部22的厚度可以为1～50μm，优选为5～15μm。第一多孔部21和第二多孔部23可以分
别为多孔金属材料、多孔碳材料或多孔氧化物材料，例如为铜网或泡沫铜。第一多孔部21和
第二多孔部23的厚度各自可以为1～50μm，优选为5～15μm。在该实施方式中，可以将第一多
孔部21、实心金属部22和第二多孔部23依次叠置然后通过物理压片连接成整体，或贴合烧
制成整体，从而得到具有表面孔隙的金属体。例如一种实施方式，可以依次将铜网(或泡沫
铜)、铜箔、铜网(或泡沫铜)叠加电流焊接成为整体，得到具有表面孔隙的金属体。
别为多孔金属材料、多孔碳材料或多孔氧化物材料，例如为铜网或泡沫铜。第一多孔部21和
第二多孔部23的厚度各自可以为1～50μm，优选为5～15μm。在该实施方式中，可以将第一多
孔部21、实心金属部22和第二多孔部23依次叠置然后通过物理压片连接成整体，或贴合烧
制成整体，从而得到具有表面孔隙的金属体。例如一种实施方式，可以依次将铜网(或泡沫
铜)、铜箔、铜网(或泡沫铜)叠加电流焊接成为整体，得到具有表面孔隙的金属体。
[0076] 进一步地，根据本公开，第一多孔部21的通孔的孔径可以沿层叠方向渐张，第二多孔部23的通孔的孔径可以沿层叠方向不变。或者，第一多孔部21的通孔的孔径可以沿层叠
方向不变，第二多孔部23的通孔的孔径可以沿层叠方向渐缩。优选的一种实施方式中，第一
多孔部21的通孔的孔径沿层叠方向渐张，且第二多孔部23的通孔的孔径沿层叠方向渐缩。
具有通孔的第一多孔部21和第二多孔部23可以根据其种类采用现有工艺制备得到，例如，
当第一多孔部21和第二多孔部23分别为多孔金属材料时，只需对其进行斜形切削即可。在
这一种实施方式中，具有如此形状的通孔可以为锂提供更多的沉积空间的同时，能够更有
效地抑制和约束金属锂的生长范围，从而既能够提供充足的容量，又能够避免锂枝晶造成
的短路等安全问题。
方向不变，第二多孔部23的通孔的孔径可以沿层叠方向渐缩。优选的一种实施方式中，第一
多孔部21的通孔的孔径沿层叠方向渐张，且第二多孔部23的通孔的孔径沿层叠方向渐缩。
具有通孔的第一多孔部21和第二多孔部23可以根据其种类采用现有工艺制备得到，例如，
当第一多孔部21和第二多孔部23分别为多孔金属材料时，只需对其进行斜形切削即可。在
这一种实施方式中，具有如此形状的通孔可以为锂提供更多的沉积空间的同时，能够更有
效地抑制和约束金属锂的生长范围，从而既能够提供充足的容量，又能够避免锂枝晶造成
的短路等安全问题。
[0077] 优选地，通孔中可以填充有锂，参考图5。这样，当正极材料不含锂或正极体系混合了不含锂材料时，能够通过在所述通孔中预填的锂进一步地提升电池的能量密度。此外，预
先沉积锂还可以补充因SEI膜形成、副反应等对活性锂的消耗，提升电池的容量保持率和循
环寿命。锂可以通过提前压制、高温流延、电沉积、蒸镀等方式沉积到通孔中，锂可以是粉
状、块状、纳米线等存在形式。锂的填充量可以根据实际需要进行调整，例如可以为0.026～
2
2.6mg/cm。
先沉积锂还可以补充因SEI膜形成、副反应等对活性锂的消耗，提升电池的容量保持率和循
环寿命。锂可以通过提前压制、高温流延、电沉积、蒸镀等方式沉积到通孔中，锂可以是粉
状、块状、纳米线等存在形式。锂的填充量可以根据实际需要进行调整，例如可以为0.026～
2
2.6mg/cm。
[0078] 为了进一步实现第一负极1和第二负极2在充电时彼此无电接触的目的，在第二负极2为具有多孔结构的金属体的实施方式中，第二负极2与绝缘层13之间还可以包括第二有
机多孔隔膜材料层，第二有机多孔隔膜材料层和第二负极紧密接触，保证第一负极与第二
负极之间不会发生电接触，且具有配合第二负极特殊设计的孔结构，可以使锂以无枝晶形
貌进行生长，进一步限制锂在第二负极2中的生长行为。同时，第二有机多孔隔膜材料层也
可以避免尖端处沉锂，使得锂全部在多孔结构中沉积。第二有机多孔隔膜材料层可以为本
领域技术人员公知的锂离子电池中所用的各种隔膜材料层，例如可以为多孔PE(聚乙烯)隔
膜、多孔PP(聚丙烯)隔膜、多孔PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)隔膜、多孔PAN(聚丙烯腈)隔
膜、多孔PI(聚酰亚胺)隔膜和多孔PVDF(聚偏氟乙烯)隔膜中的一种形成的层或者多种形成
的多孔复合隔膜层。第二有机多孔隔膜材料层的材料可以与第一有机多孔隔膜材料相同，
也可以不同。
机多孔隔膜材料层，第二有机多孔隔膜材料层和第二负极紧密接触，保证第一负极与第二
负极之间不会发生电接触，且具有配合第二负极特殊设计的孔结构，可以使锂以无枝晶形
貌进行生长，进一步限制锂在第二负极2中的生长行为。同时，第二有机多孔隔膜材料层也
可以避免尖端处沉锂，使得锂全部在多孔结构中沉积。第二有机多孔隔膜材料层可以为本
领域技术人员公知的锂离子电池中所用的各种隔膜材料层，例如可以为多孔PE(聚乙烯)隔
膜、多孔PP(聚丙烯)隔膜、多孔PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)隔膜、多孔PAN(聚丙烯腈)隔
膜、多孔PI(聚酰亚胺)隔膜和多孔PVDF(聚偏氟乙烯)隔膜中的一种形成的层或者多种形成
的多孔复合隔膜层。第二有机多孔隔膜材料层的材料可以与第一有机多孔隔膜材料相同，
也可以不同。
[0079] 本公开第二方面：提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括一个或多个本公开第一方面提供的锂离子电池重复单元。
[0080] 优选地，相邻的重复单元间可以设置有第二隔膜，第二隔膜的材料可以与第一隔膜的材料相同或者不同。
[0081] 将本公开的多个锂离子电池重复单元叠加形成锂离子电池时，不同的重复单元的第一负极极耳可以电连接在一起并形成为锂离子电池的第一负极极耳，不同的重复单元的
第二负极极耳可以电连接在一起并形成为锂离子电池的第二负极极耳，不同的重复单元的
正极极耳可以电连接在一起并形成为锂离子电池的正极极耳。
第二负极极耳可以电连接在一起并形成为锂离子电池的第二负极极耳，不同的重复单元的
正极极耳可以电连接在一起并形成为锂离子电池的正极极耳。
[0082] 根据本公开，锂离子电池的结构可以是本领域常规的，例如，锂离子电池可以包括壳体、位于壳体内部的极芯和电解液，极芯包括本公开第一方面提供的锂离子电池重复单
元。
元。
[0083] 本公开锂离子电池重复单元的正极包括正极材料，对正极材料没有特别的限制。正极材料通常可以包括正极活性物质、粘结剂以及导电剂。正极活性物质可以采用迄今为
止可以商用的所有材料，例如LiFePO4、Li3V2(PO4)3、LiMn2O4、LiMnO2、LiNiO2、LiCoO2、
LiVPO4F、LiFeO2等；或者三元体系Li1+xL1－y－zMyNzO2，其中‑0.1≤x≤0.2，0≤y≤1，0≤z≤1，0
≤y+z≤1.0，L、M、N各自独立地为Co、Mn、Ni、Al、Mg、Ga及3d过渡金属元素中至少一种。粘结
剂可以采用本领域所公知的任何粘结剂，例如可以采用聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡
胶、聚丙烯酸酯中的一种或几种。粘结剂的含量可以为正极材料的0.1～15重量％，优选为1
～7重量％。导电剂可以采用本领域所公知的任何导电剂，例如可以采用石墨、碳纤维、碳
黑、金属粉末、金属氧化物和纤维中的一种或几种。导电剂的含量可以为正极材料的0.1～
20重量％，优选为1～5重量％。正极的制备方法可以采用本领域常用的各种方法，例如用溶
剂将正极活性物质、粘结剂和导电剂制备成正极材料浆液，溶剂的加入量为本领域技术人
员所公知的，可根据所要制备的正极浆液的拉浆涂布的粘度和可操作性的要求进行灵活调
整。然后将所制得的正材料浆液拉浆涂覆在正极集电体上干燥压片，再裁片得到正极和负
极。干燥的温度通常可以为120℃，干燥时间通常为5h。正极浆液所用的溶剂可以是现有技
术中的各种溶剂，如可以选自水、N‑甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰
胺(DEF)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)和醇类中的一种或几种。溶剂的用量使所述浆
料能够涂覆到所述导电基体上即可。一般来说，溶剂的用量可以使浆液中正极活性物质的
含量为40～90重量％，优选为50～85重量％。
止可以商用的所有材料，例如LiFePO4、Li3V2(PO4)3、LiMn2O4、LiMnO2、LiNiO2、LiCoO2、
LiVPO4F、LiFeO2等；或者三元体系Li1+xL1－y－zMyNzO2，其中‑0.1≤x≤0.2，0≤y≤1，0≤z≤1，0
≤y+z≤1.0，L、M、N各自独立地为Co、Mn、Ni、Al、Mg、Ga及3d过渡金属元素中至少一种。粘结
剂可以采用本领域所公知的任何粘结剂，例如可以采用聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡
胶、聚丙烯酸酯中的一种或几种。粘结剂的含量可以为正极材料的0.1～15重量％，优选为1
～7重量％。导电剂可以采用本领域所公知的任何导电剂，例如可以采用石墨、碳纤维、碳
黑、金属粉末、金属氧化物和纤维中的一种或几种。导电剂的含量可以为正极材料的0.1～
20重量％，优选为1～5重量％。正极的制备方法可以采用本领域常用的各种方法，例如用溶
剂将正极活性物质、粘结剂和导电剂制备成正极材料浆液，溶剂的加入量为本领域技术人
员所公知的，可根据所要制备的正极浆液的拉浆涂布的粘度和可操作性的要求进行灵活调
整。然后将所制得的正材料浆液拉浆涂覆在正极集电体上干燥压片，再裁片得到正极和负
极。干燥的温度通常可以为120℃，干燥时间通常为5h。正极浆液所用的溶剂可以是现有技
术中的各种溶剂，如可以选自水、N‑甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰
胺(DEF)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)和醇类中的一种或几种。溶剂的用量使所述浆
料能够涂覆到所述导电基体上即可。一般来说，溶剂的用量可以使浆液中正极活性物质的
含量为40～90重量％，优选为50～85重量％。
[0084] 根据本公开，正极集流体为本领域的技术人员所公知的，一般来说，可使用铝箔，厚度可以为1～50μm，优选5～15μm。也可使用覆碳铝箔，其中碳涂层厚度为0.1～10μm，优选
1～5μm，所覆碳材料可以是商用石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、碳纳米管、石墨烯、碳纤维
中的一种或几种。
1～5μm，所覆碳材料可以是商用石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、碳纳米管、石墨烯、碳纤维
中的一种或几种。
[0085] 根据本公开，本公开锂离子电池重复单元的第一隔膜具有电绝缘性能，其种类可以选自本领域技术人员公知的锂离子电池中所用的各种隔膜，例如聚烯烃微多孔膜、聚对
苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯毡、玻璃纤维毡或超细玻璃纤维纸。
苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯毡、玻璃纤维毡或超细玻璃纤维纸。
[0086] 根据本公开，电解液可以为电解质锂盐在非水溶剂中形成的溶液，电解质锂盐例如可以选自六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂
(LiAsF6)、六氟硅酸锂(LiSiF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr)、
氯铝酸锂(LiAlCl4)、氟烃基磺酸锂(LiC(SO2CF3)3)、LiCH3SO3、LiN(SO2CF3)2和LiN(SO2C2F5)2
中的一种或几种。非水溶剂可以为链状酸酯和环状酸酯混合溶液，其中链状酸酯可以为碳
酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)
以及其它含氟、含硫或含不饱和键的链状有机酯类中的一种或几种；环状酸酯可以为碳酸
乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、γ‑丁内酯(γ‑BL)、磺内酯以及其它含
氟、含硫或含不饱和键的环状有机酯类中的一种或几种。非水溶剂还可以为链状醚和环状
醚溶液或混合溶液，其中环状醚可以为四氢呋喃(THF)、2‑甲基四氢呋喃(2‑MeTHF)、1,3‑二
氧戊烷(DOL)和4‑甲基‑1,3‑二氧环戊烷(4‑MeDOL)以及其它含氟、含硫或含不饱和键的链
状有机酯类中的一种或几种；链状醚主要包括二甲氧基甲烷(DMM)、1,2‑二甲氧基乙烷
(DME)、1,2‑二甲氧基丙烷(DMP)和二甘醇二甲醚(DG)以及其它含氟、含硫或含不饱和键的
链状有机酯类中的一种或几种。在电解液中，电解质锂盐的浓度一般为0.1～15mol/L，优选
为1～10mol/L。
(LiAsF6)、六氟硅酸锂(LiSiF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr)、
氯铝酸锂(LiAlCl4)、氟烃基磺酸锂(LiC(SO2CF3)3)、LiCH3SO3、LiN(SO2CF3)2和LiN(SO2C2F5)2
中的一种或几种。非水溶剂可以为链状酸酯和环状酸酯混合溶液，其中链状酸酯可以为碳
酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)
以及其它含氟、含硫或含不饱和键的链状有机酯类中的一种或几种；环状酸酯可以为碳酸
乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、γ‑丁内酯(γ‑BL)、磺内酯以及其它含
氟、含硫或含不饱和键的环状有机酯类中的一种或几种。非水溶剂还可以为链状醚和环状
醚溶液或混合溶液，其中环状醚可以为四氢呋喃(THF)、2‑甲基四氢呋喃(2‑MeTHF)、1,3‑二
氧戊烷(DOL)和4‑甲基‑1,3‑二氧环戊烷(4‑MeDOL)以及其它含氟、含硫或含不饱和键的链
状有机酯类中的一种或几种；链状醚主要包括二甲氧基甲烷(DMM)、1,2‑二甲氧基乙烷
(DME)、1,2‑二甲氧基丙烷(DMP)和二甘醇二甲醚(DG)以及其它含氟、含硫或含不饱和键的
链状有机酯类中的一种或几种。在电解液中，电解质锂盐的浓度一般为0.1～15mol/L，优选
为1～10mol/L。
[0087] 根据本公开，锂离子电池的制备方法为本领域的技术人员所公知，一般来说，将本公开第一方面提供的锂离子电池重复单元按本领域所公知的方法制成极芯，例如将锂离子
电池重复单元通过卷绕或叠片等方法制成极芯，然后将极芯置入电池壳体中，加入电解液，
密封，得到锂离子电池。其中，密封的方法，电解液的用量为本领域技术人员所公知。
电池重复单元通过卷绕或叠片等方法制成极芯，然后将极芯置入电池壳体中，加入电解液，
密封，得到锂离子电池。其中，密封的方法，电解液的用量为本领域技术人员所公知。
[0088] 本公开第三方面：提供一种本公开第二方面提供的锂离子电池的使用方法，该方法包括以下步骤：充电时，先向第二负极2充电到电池容量达到Y，然后切换向第一负极1充
电到电池容量达到Y+X。
电到电池容量达到Y+X。
[0089] 其中，向第二负极2充电到电池容量达到Y时，负极容量Y来源于锂在第二负极的沉积反应；向第一负极1充电到电池容量达到Y+X时，负极容量X来源于锂在第一负极中的嵌入
反应或合金化反应。本公开的方法使得充电时生成的金属锂的量仅填充集中在绝缘层与第
二负极之间，不会发生锂枝晶穿刺，克服了传统电池结构中的短路风险。
反应或合金化反应。本公开的方法使得充电时生成的金属锂的量仅填充集中在绝缘层与第
二负极之间，不会发生锂枝晶穿刺，克服了传统电池结构中的短路风险。
[0090] 进一步地，可以采用充电控制元件控制上述充电过程，充电控制元件可以为本领域的技术人员所常规采用的，例如可以为BMS(电池管理系统器件)。
[0091] 放电时，则没有限制，可以将第一负极和第二负极单独连接正极放电，也可以将第一负极和第二负极并联作为负极连接正极放电。X和Y之和取决于正极总可脱出锂离子对应
的电化学容量。
的电化学容量。
[0092] 本公开第四方面：提供一种电池模组，该电池模组包括本公开第三方面所提供的锂离子电池。
[0093] 本公开第五方面：提供一种汽车，该汽车包括本公开第四方面所提供的电池模组。
[0094] 下面通过实施例作为示例并结合附图对本公开作进一步详细的描述。
[0095] 实施例1
[0096] 1、制备正极：称取正极活性物质(LiCoO2)1kg、导电剂碳纳米管20g和粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)20g加入到1kg的N‑甲基吡咯烷酮中，然后在搅拌机中搅拌30min，形成稳定均
一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在铝箔上，转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa
2
压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊正极极耳，面密度为30mg/cm。
一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在铝箔上，转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa
2
压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊正极极耳，面密度为30mg/cm。
[0097] 2、制备隔膜：取普通商用11μmPVDF涂层的锂电池PE隔膜分切成77mm宽。
[0098] 3、制备第一负极：取普通商用11μmPVDF涂层的锂电池PE隔膜(绝缘层)，与20μm厚度的铜网(导体层)在120℃下热压30s，压力为1MPa，铜网孔隙率为50％，孔径为1mm。称取负
极活性物质(D50为15μm的人造石墨与氧化亚硅复合负极材料)1kg、导电剂乙炔黑10g、粘结
剂丁苯橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水中，然后在搅拌机
中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在上述导体层表面，然后转入烘箱中80
℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊第一负极极
2
耳，面密度为10mg/cm。
极活性物质(D50为15μm的人造石墨与氧化亚硅复合负极材料)1kg、导电剂乙炔黑10g、粘结
剂丁苯橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水中，然后在搅拌机
中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在上述导体层表面，然后转入烘箱中80
℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊第一负极极
2
耳，面密度为10mg/cm。
[0099] 4、制备第二负极：取普通商用8μm铜箔，裁成50cm×75cm的极片，点焊第二负极极耳。
[0100] 5、组装电池：将上述制作好的正极、隔膜、第一负极(活性材料层一侧朝向隔膜，绝缘层一侧朝向第二负极)、第二负极依次按叠片电池工艺进行组装，然后封装在铝塑膜中；
再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和折边处理等工艺环
节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和折边处理等工艺环
节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
[0101] 6、电池充放电性能测试：第一负极和第二负极连接在充电控制元件(BMS)上，先连2
接正极极耳和第二负极极耳以5mA/cm电流恒流充电24min，充电容量1.6Ah；然后断开，切
2
换正极极耳和第一负极极耳以5mA/cm电流恒流充电，截止电压4.4V，充电容量2.8Ah；两段
充电总容量4.4Ah。并联第一负极极耳和第二负极极耳后，与正极极耳放电，放电电流为
2
5mA/cm，放电截止电压为2.75V，放电总容量为4.1Ah。
接正极极耳和第二负极极耳以5mA/cm电流恒流充电24min，充电容量1.6Ah；然后断开，切
2
换正极极耳和第一负极极耳以5mA/cm电流恒流充电，截止电压4.4V，充电容量2.8Ah；两段
充电总容量4.4Ah。并联第一负极极耳和第二负极极耳后，与正极极耳放电，放电电流为
2
5mA/cm，放电截止电压为2.75V，放电总容量为4.1Ah。
[0102] 实施例2
[0103] 1、按照实施例1的方法制备正极和隔膜。
[0104] 2、制备第一负极：称取20g PVDF‑HFP溶解于80g丙酮中，再加入3g乙醇作为造孔剂，分散均匀后采用刮涂的方法涂布在15μm厚度的铜网(导体层)一侧，然后在60℃真空烘
箱中干燥8h，铜网孔隙率为60％，孔径为1mm，PVDF涂层(绝缘层)厚度为4μm。称取负极活性
物质(D50为2μm的氧化亚硅与碳纳米管复合负极材料)1kg、导电剂乙炔黑10g、粘结剂丁苯
橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水中，然后在搅拌机中搅拌，
形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在上述导体层表面，然后转入烘箱中80℃下烘
干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊第一负极极耳，面
2
密度为10mg/cm。
箱中干燥8h，铜网孔隙率为60％，孔径为1mm，PVDF涂层(绝缘层)厚度为4μm。称取负极活性
物质(D50为2μm的氧化亚硅与碳纳米管复合负极材料)1kg、导电剂乙炔黑10g、粘结剂丁苯
橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水中，然后在搅拌机中搅拌，
形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在上述导体层表面，然后转入烘箱中80℃下烘
干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊第一负极极耳，面
2
密度为10mg/cm。
[0105] 3、制备第二负极：取普通15μm铜锌合金箔，浸入1M的NaOH溶液1h后取出，用去离子水洗涤后烘干，得到如图4所示具有第一多孔部21、实心金属部22和第二多孔部23的结构；
第一多孔部21和第二多孔部23的孔深度各5μm，中间实心金属部22厚度为5μm，裁成50cm×
75cm的极片，点焊第二负极极耳。
第一多孔部21和第二多孔部23的孔深度各5μm，中间实心金属部22厚度为5μm，裁成50cm×
75cm的极片，点焊第二负极极耳。
[0106] 4、组装电池：将上述制作好的正极、隔膜、第一负极(活性材料层一侧朝向隔膜，绝缘层一侧朝向第二负极)、第二负极依次按叠片电池工艺进行组装，然后封装在铝塑膜中；
再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和折边处理等工艺环
节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和折边处理等工艺环
节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
[0107] 5、电池充放电性能测试：第一负极和第二负极连接在充电控制元件，BMS上，先连2
接正极极耳和第二负极极耳以6mA/cm电流恒流充电24min，充电容量2.2Ah；然后断开，切
2
换正极极耳和第一负极极耳以6mA/cm电流恒流充电，截止电压4.1V，充电容量3.6Ah；两段
充电总容量5.8Ah。并联第一负极极耳和第二负极极耳后，与正极极耳放电，放电电流为
2
5mA/cm，放电截止电压为2.75V，放电总容量为5.1Ah。
接正极极耳和第二负极极耳以6mA/cm电流恒流充电24min，充电容量2.2Ah；然后断开，切
2
换正极极耳和第一负极极耳以6mA/cm电流恒流充电，截止电压4.1V，充电容量3.6Ah；两段
充电总容量5.8Ah。并联第一负极极耳和第二负极极耳后，与正极极耳放电，放电电流为
2
5mA/cm，放电截止电压为2.75V，放电总容量为5.1Ah。
[0108] 实施例3
[0109] 1、制备正极：称取正极活性物质(LiFePO4)1kg、导电剂碳纳米管20g和粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)10g加入到1kg的NMP中，然后在搅拌机中搅拌30min，形成稳定均一的浆料；将
该浆料均匀地涂覆在铝箔上，转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压
2
后，裁成50mm×75mm的极片，点焊正极极耳，面密度为10mg/cm。
该浆料均匀地涂覆在铝箔上，转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压
2
后，裁成50mm×75mm的极片，点焊正极极耳，面密度为10mg/cm。
[0110] 2、制备隔膜：取普通商用11μmPVDF涂层的锂电池PE隔膜分切成77mm宽。
[0111] 3、制备第一负极：取普通商用11μmPVDF涂层的锂电池PE隔膜(绝缘层)，与20μm厚度的多孔碳布(导体层)在120℃下热压30s，压力为1MPa，多孔碳布孔隙率为50％，孔径为
1mm。称取负极活性物质(D50为15μm的人造石墨与氧化亚硅复合负极材料)1kg、导电剂乙炔
黑10g、粘结剂丁苯橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水中，然
后在搅拌机中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在上述导体层表面，然后转
入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下辊压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊
2
第一负极极耳，面密度为10mg/cm。
1mm。称取负极活性物质(D50为15μm的人造石墨与氧化亚硅复合负极材料)1kg、导电剂乙炔
黑10g、粘结剂丁苯橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水中，然
后在搅拌机中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在上述导体层表面，然后转
入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下辊压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊
2
第一负极极耳，面密度为10mg/cm。
[0112] 4、制备第二负极：取普通15μm铜锌合金箔，浸入1M的NaOH溶液1h后取出，用去离子水洗涤后烘干，得到如图4所示具有第一多孔部21、实心金属部22和第二多孔部23的结构；
第一多孔部21和第二多孔部23的孔深度各10μm，中间实心金属部22厚度为5μm，然后于真空
下两面涂布5μm厚的金属锂层，在0.5MPa压力下馄压极片，裁成50cm×75cm的极片，点焊第
二负极极耳。
第一多孔部21和第二多孔部23的孔深度各10μm，中间实心金属部22厚度为5μm，然后于真空
下两面涂布5μm厚的金属锂层，在0.5MPa压力下馄压极片，裁成50cm×75cm的极片，点焊第
二负极极耳。
[0113] 5、组装电池：将上述制作好的正极、隔膜、第一负极(活性材料层一侧朝向隔膜，绝缘层一侧朝向第二负极)、第二负极依次按叠片电池工艺进行组装，然后封装在50μm厚的钢
化膜中；再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和折边处理等
工艺环节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
化膜中；再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和折边处理等
工艺环节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
[0114] 6、电池充放电性能测试：第一负极和第二负极连接在充电控制元件，BMS上，先连2
接正极极耳和第二负极极耳以1.5mA/cm电流恒流充电15min，充电容量1.0Ah；然后断开，
2
切换正极极耳和第一负极极耳以1.5mA/cm电流恒流充电，截止电压3.8V，充电容量2.2Ah；
两段充电总容量3.2Ah。并联第一负极极耳和第二负极极耳后，与正极极耳放电，放电电流
2
为1.5mA/cm，放电截止电压为2.0V，放电总容量为3.04Ah。
接正极极耳和第二负极极耳以1.5mA/cm电流恒流充电15min，充电容量1.0Ah；然后断开，
2
切换正极极耳和第一负极极耳以1.5mA/cm电流恒流充电，截止电压3.8V，充电容量2.2Ah；
两段充电总容量3.2Ah。并联第一负极极耳和第二负极极耳后，与正极极耳放电，放电电流
2
为1.5mA/cm，放电截止电压为2.0V，放电总容量为3.04Ah。
[0115] 实施例4
[0116] 1、制备正极：称取正极活性物质(LiCoO2)1kg、导电剂碳纳米管20g和粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)20g加入到1kg的N‑甲基吡咯烷酮中，然后在搅拌机中搅拌30min，形成稳定均
一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在铝箔上，转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa
2
压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊正极极耳，面密度为30mg/cm。
一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在铝箔上，转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa
2
压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊正极极耳，面密度为30mg/cm。
[0117] 2、制备隔膜：取普通商用11μmPVDF涂层的锂电池PE隔膜分切成77mm宽。
[0118] 3、制备第一负极：取100g氧化铟锡氧化物颗粒，与5gPVDF，200gNMP溶液混合并搅拌均匀，然后涂覆在普通商用10μm的锂电池PE隔膜(绝缘层)，然后在110℃下热压20min，压
力为1MPa。称取负极活性物质(D50为15μm的人造石墨与氧化亚硅复合负极材料)1kg、导电
剂乙炔黑10g、粘结剂丁苯橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水
中，然后在搅拌机中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在上述导电氧化物表
面，然后转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的
2
极片，点焊第一负极极耳，面密度为10mg/cm。
力为1MPa。称取负极活性物质(D50为15μm的人造石墨与氧化亚硅复合负极材料)1kg、导电
剂乙炔黑10g、粘结剂丁苯橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水
中，然后在搅拌机中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在上述导电氧化物表
面，然后转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的
2
极片，点焊第一负极极耳，面密度为10mg/cm。
[0119] 4、制备第二负极：取普通商用8μm铜箔，裁成50cm×75cm的极片，点焊第二负极极耳。
[0120] 5、组装电池：将上述制作好的正极、隔膜、第一负极(活性材料层一侧朝向隔膜，绝缘层一侧朝向第二负极)、第二负极依次按叠片电池工艺进行组装，然后封装在铝塑膜中；
再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和折边处理等工艺环
节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和折边处理等工艺环
节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
[0121] 6、电池充放电性能测试：第一负极和第二负极连接在充电控制元件(BMS)上，先连2
接正极极耳和第二负极极耳以5mA/cm电流恒流充电24min，充电容量1.6Ah；然后断开，切
2
换正极极耳和第一负极极耳以5mA/cm电流恒流充电，截止电压4.4V，充电容量2.8Ah；两段
充电总容量4.4Ah。并联第一负极极耳和第二负极极耳后，与正极极耳放电，放电电流为
2
5mA/cm，放电截止电压为2.75V，放电总容量为4.05Ah。
接正极极耳和第二负极极耳以5mA/cm电流恒流充电24min，充电容量1.6Ah；然后断开，切
2
换正极极耳和第一负极极耳以5mA/cm电流恒流充电，截止电压4.4V，充电容量2.8Ah；两段
充电总容量4.4Ah。并联第一负极极耳和第二负极极耳后，与正极极耳放电，放电电流为
2
5mA/cm，放电截止电压为2.75V，放电总容量为4.05Ah。
[0122] 实施例5
[0123] 1、制备正极：称取正极活性物质(LiCoO2)1kg、导电剂碳纳米管20g和粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)20g加入到1kg的N‑甲基吡咯烷酮中，然后在搅拌机中搅拌30min，形成稳定均
一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在铝箔上，转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa
2
压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊正极极耳，面密度为30mg/cm。
一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在铝箔上，转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa
2
压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊正极极耳，面密度为30mg/cm。
[0124] 2、制备隔膜：取普通商用11μmPVDF涂层的锂电池PE隔膜分切成77mm宽。
[0125] 3、制备第一负极：取普通商用11μmPVDF涂层的锂电池PE隔膜(绝缘层)，与20μm厚度的铜网(导体层)在120℃下热压30s，压力为1MPa，铜网孔隙率为50％，孔径为1mm。称取负
极活性物质(D50为15μm的人造石墨与氧化亚硅复合负极材料)1kg、导电剂乙炔黑10g、粘结
剂丁苯橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水中，然后在搅拌机
中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在上述导体层表面，然后转入烘箱中80
℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊第一负极极
2
耳，面密度为10mg/cm。
极活性物质(D50为15μm的人造石墨与氧化亚硅复合负极材料)1kg、导电剂乙炔黑10g、粘结
剂丁苯橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水中，然后在搅拌机
中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在上述导体层表面，然后转入烘箱中80
℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊第一负极极
2
耳，面密度为10mg/cm。
[0126] 4、制备第二负极：取厚度为30微米的泡沫铜，孔隙率为75％，然后使用真空蒸镀的方法在泡沫铜的两侧蒸镀3μm厚的金属锂层，在0.5MPa压力下馄压极片，裁成50cm×75cm的
极片，点焊第二负极极耳。
极片，点焊第二负极极耳。
[0127] 5、组装电池：将上述制作好的正极、隔膜、第一负极(活性材料层一侧朝向隔膜，绝缘层一侧朝向第二负极)、第二负极依次按叠片电池工艺进行组装，然后封装在铝塑膜中；
再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和折边处理等工艺环
节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和折边处理等工艺环
节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
[0128] 6、电池充放电性能测试：第一负极和第二负极连接在充电控制元件(BMS)上，先连2
接正极极耳和第二负极极耳以5mA/cm电流恒流充电24min，充电容量1.6Ah；然后断开，切
2
换正极极耳和第一负极极耳以5mA/cm电流恒流充电，截止电压4.4V，充电容量2.8Ah；两段
充电总容量4.4Ah。并联第一负极极耳和第二负极极耳后，与正极极耳放电，放电电流为
2
5mA/cm，放电截止电压为2.75V，放电总容量为4.3Ah。
接正极极耳和第二负极极耳以5mA/cm电流恒流充电24min，充电容量1.6Ah；然后断开，切
2
换正极极耳和第一负极极耳以5mA/cm电流恒流充电，截止电压4.4V，充电容量2.8Ah；两段
充电总容量4.4Ah。并联第一负极极耳和第二负极极耳后，与正极极耳放电，放电电流为
2
5mA/cm，放电截止电压为2.75V，放电总容量为4.3Ah。
[0129] 对比例1
[0130] 1、按照实施例1的方法制备正极和隔膜。
[0131] 2、制备负极：称取负极活性物质(D50为15μm的人造石墨)1kg、导电剂乙炔黑10g、粘结剂丁苯橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水中，然后在搅
拌机中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在8μm铜箔表面，然后转入烘箱中
80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊负极极
2
耳，面密度为14mg/cm。
拌机中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在8μm铜箔表面，然后转入烘箱中
80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊负极极
2
耳，面密度为14mg/cm。
[0132] 3、组装电池：将上述制作好的正极、隔膜、负极依次按叠片电池工艺进行组装，然后封装在铝塑膜中；再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和
折边处理等工艺环节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
折边处理等工艺环节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
[0133] 4、电池充放电性能测试：将化成好的电池以5mA/cm2电流恒流充电60min，截止电2
压4.4V，充电容量3.7Ah；然后以1.5mA/cm电流恒流放电，放电截止电压为3.3V，放电总容
量为3.4Ah。
压4.4V，充电容量3.7Ah；然后以1.5mA/cm电流恒流放电，放电截止电压为3.3V，放电总容
量为3.4Ah。
[0134] 对比例2
[0135] 1、制备正极：称取正极活性物质(LiFePO4)1kg、导电剂碳纳米管20g和粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)20g加入到1kg的N‑甲基吡咯烷酮中，然后在搅拌机中搅拌30min，形成稳定均
一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在铝箔上，转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa
2
压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊正极极耳，面密度为15mg/cm。
一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在铝箔上，转入烘箱中80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa
2
压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊正极极耳，面密度为15mg/cm。
[0136] 2、制备隔膜：取普通商用11μmPVDF涂层的锂电池PE隔膜分切成77mm宽。
[0137] 3、制备负极：称取负极活性物质(D50为15μm的人造石墨)1kg、导电剂乙炔黑10g、粘结剂丁苯橡胶(SBR)30g和羧甲基纤维素钠(CMC)20g加入到1kg的去离子水中，然后在搅
拌机中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在8μm铜箔表面，然后转入烘箱中
80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊负极极
2
耳，面密度为7mg/cm。
拌机中搅拌，形成稳定均一的浆料；将该浆料均匀地涂覆在8μm铜箔表面，然后转入烘箱中
80℃下烘干；将烘干后的极片在2MPa压力下馄压后，裁成50mm×75mm的极片，点焊负极极
2
耳，面密度为7mg/cm。
[0138] 4、组装电池：将上述制作好的正极、隔膜、负极依次按叠片电池工艺进行组装，在叠好的电芯外侧放置一片40mm×10mm的锂片并引出单个极耳，作为参比电极接口，然后将
整个电芯包括参比电极全部封装在铝塑膜中；再注满电解液，化成后进行抽气、热封和折边
处理等工艺环节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
整个电芯包括参比电极全部封装在铝塑膜中；再注满电解液，化成后进行抽气、热封和折边
处理等工艺环节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
[0139] 5、电池充放电性能测试：将化成好的电池以1.5mA/cm2电流恒流充电60min，截止2
电压3.8V，充电容量2.4Ah；然后以1.5mA/cm电流恒流放电，放电截止电压为2V，放电总容
量为2.2Ah。
电压3.8V，充电容量2.4Ah；然后以1.5mA/cm电流恒流放电，放电截止电压为2V，放电总容
量为2.2Ah。
[0140] 对比例3
[0141] 1、按照对比例2的方法制备正极和隔膜。
[0142] 2、制备负极：将8μm厚铜箔裁成50mm×75mm的极片，点焊负极极耳。
[0143] 3、组装电池：将上述制作好的正极、隔膜、负极依次按叠片电池工艺进行组装，然后封装在铝塑膜中；再注满电解液，连接正极极耳和第一负极极耳化成后进行抽气、热封和
折边处理等工艺环节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
折边处理等工艺环节，得到锂离子电池，电池总厚度为4mm。
[0144] 4、电池充放电性能测试：将化成好的电池以1.5mA/cm2电流恒流充电60min，截止2
电压3.8V，充电容量3.6Ah；然后以1.5mA/cm电流恒流放电，放电截止电压为2V，放电总容
量为3.0Ah。
电压3.8V，充电容量3.6Ah；然后以1.5mA/cm电流恒流放电，放电截止电压为2V，放电总容
量为3.0Ah。
[0145] 测试例1
[0146] 测试实施例和对比例制备的锂离子电池的放电容量、能量密度和循环性能，结果列于表1。
[0147] 循环方法为：对电池进行恒流充放电，并计算多次循环后的容量保持率。能量密度的测试方法为：记录电池的放电电压、放电容量、电池体积，电池的能量密度为放电电压乘
以放电容量再除以电池体积。按照以下公式计算充电效率、容量保持率。
以放电容量再除以电池体积。按照以下公式计算充电效率、容量保持率。
[0148] 充电效率(％)＝放电容量/充电容量
[0149] 容量保持率(％)＝第n圈的放电容量/第1圈的放电容量
[0150] 表1
[0151]
[0152] 测试例2
[0153] 将对比例2的电池进行充放电测试，以1.5mA/cm2电流恒流充电60min，截止电压2
3.8V；然后以1.5mA/cm电流恒流放电，放电截止电压为2V。对比例3的电池在循环3次后发
生短路，拆开电池后采用日本JEOL公司JSM‑7600F型场发射扫描电镜观察电池形貌，SEM照
片如图6所示。可见，负极侧生成大量锂枝晶，从而导致短路发生。
3.8V；然后以1.5mA/cm电流恒流放电，放电截止电压为2V。对比例3的电池在循环3次后发
生短路，拆开电池后采用日本JEOL公司JSM‑7600F型场发射扫描电镜观察电池形貌，SEM照
片如图6所示。可见，负极侧生成大量锂枝晶，从而导致短路发生。
[0154] 测试例3
[0155] 将对比例2制备的电池以1.5mA/cm2的电流进行充放电测试，充电截止电压为3.8V，放电截止电压为2V，放电过程中分别测试其正‑负极电压曲线，正‑参比电压曲线，负‑
参比电压曲线，如图7所示。从图7中可以看出，在放电态下，此时传统负极(等同于实施例3
+
电池中的第一负极)的电压(Vs.Li/Li)是1.2V。
参比电压曲线，如图7所示。从图7中可以看出，在放电态下，此时传统负极(等同于实施例3
+
电池中的第一负极)的电压(Vs.Li/Li)是1.2V。
[0156] 将放电态的实施例3的电池(此时第一负极1电压为1.2V(Vs.Li+/Li)，第二负极电+ 2
压为0V(Vs.Li/Li))连接正极极耳和第二负极极耳以1.5mA/cm电流恒流充电30min，充电
总容量2.0Ah，然后静置15min。充电过程以及停止充电后静置过程中，分别记录第一负极‑
第二负极电压曲线，正极‑第二负极电压曲线，以及正极‑第一负极电压曲线，如图8‑9。由，
如图8‑9所示电压变化曲线可以看出，当充电超过15min后，由于生成的金属锂的体积已经
2
完全填充第二负极表面微孔(锂厚度5μm/cm)，因此金属锂开始沿第一负极中的孔隙生长，
直至第16min，生成的锂枝晶穿透第一负极，导致第一负极‑第二负极电压由1.2V突降为0V；
同时正极‑第二负极电压也由2.3V突升为3.5V。继续充电至第30min，此时已生成大量锂枝
晶充分连通第一负极‑第二负极，但在其后的静置曲线中可以看到，在经过1min静置后，正
极‑第二负极电压下降为3.3V，且第一负极‑第二负极电压由0上升至0.2V，说明其中连通第
一负极‑第二负极的锂枝晶自动断开。
压为0V(Vs.Li/Li))连接正极极耳和第二负极极耳以1.5mA/cm电流恒流充电30min，充电
总容量2.0Ah，然后静置15min。充电过程以及停止充电后静置过程中，分别记录第一负极‑
第二负极电压曲线，正极‑第二负极电压曲线，以及正极‑第一负极电压曲线，如图8‑9。由，
如图8‑9所示电压变化曲线可以看出，当充电超过15min后，由于生成的金属锂的体积已经
2
完全填充第二负极表面微孔(锂厚度5μm/cm)，因此金属锂开始沿第一负极中的孔隙生长，
直至第16min，生成的锂枝晶穿透第一负极，导致第一负极‑第二负极电压由1.2V突降为0V；
同时正极‑第二负极电压也由2.3V突升为3.5V。继续充电至第30min，此时已生成大量锂枝
晶充分连通第一负极‑第二负极，但在其后的静置曲线中可以看到，在经过1min静置后，正
极‑第二负极电压下降为3.3V，且第一负极‑第二负极电压由0上升至0.2V，说明其中连通第
一负极‑第二负极的锂枝晶自动断开。
[0157] 测试例4
[0158] 测试实施例和对比例的电池进行充放电后的体积膨胀情况，结果列于表2。
[0159] 测试方法：测试电池在初始状态(h1)以及完全充电状态下(h2)的厚度，膨胀率为(h2‑h1)/h1。
[0160] 表2
[0161] 体积膨胀率(单位％)
实施例1 12
实施例2 7
实施例3 8
实施例4 12
实施例5 8
对比例1 9
对比例2 8
对比例3 30
实施例1 12
实施例2 7
实施例3 8
实施例4 12
实施例5 8
对比例1 9
对比例2 8
对比例3 30
[0162] 以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简
单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0163] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可
能的组合方式不再另行说明。
能的组合方式不再另行说明。
[0164] 此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。