[发明专利]一种锂离子二次电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于电池领域，尤其涉及锂离子二次电池领域。

背景技术

锂离子二次电池因其具有工作电压高、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等优点，而逐步取代了传统的镍隔、镍氢等二次电池，成为现代移动电子设备和通讯设备，如手机、笔记本电脑、手提电脑、个人数字助理(PDA)、摄相机、数码相机等用电器的理想能源。

锂离子二次电池是一种Li⁺浓差电池，其正负极都是锂离子嵌层式化合物，充电时，Li⁺从正极化合物中脱出经过电解液嵌入负极晶格，负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时，Li⁺从负极脱嵌，经过电解液嵌入正极，正极为富锂态。从充放电反应的可逆性看，锂离子电池应是一种理想的可逆反应，锂离子在嵌层式化合物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距变化。

锂离子电池在首次充电过程中，电解液在电池负极表面优先于Li的嵌入，发生还原反应，生成覆盖于电极材料表面的钝化层。该钝化层具有固体电解质的特征，被称之为固体电解质界面膜，简称SEI膜(Solid Electrolyte Interface)。SEI膜阻止了电解液溶剂分子的共嵌入，避免了对电极材料造成的破坏，提高了电极的循环性能和使用寿命。

但是，SEI膜的形成消耗了部分锂离子，使得首次充放电不可逆容量增加，且降低了电极材料的充放电效率，从而降低了材料的利用率。SEI膜在首次形成过程中消耗锂的量，随负极材料种类，结构及形态存在较大的差别，特别是与负极材料的表面形态有着到关重要的影响。以目前商业化的碳负极材料为例，首次SEI膜的形成所消耗的锂导致电池的不可逆容量损失可达电池标称容量的15～20％。严重影响电池容量及充放电循环性能。

为此，专利CN200410052213为减少电池的不可逆容量损失，特别是首次充电的不可逆损失，提高材料的利用率及改善电池的循环寿命，提出将金属锂置于电池内部，金属锂与电解液接触并发生反应，以此补充在SEI膜形成阶段所消耗的锂。

但其在文中只提到将其置于电池壳内，进一步也只说将其贴附在正极片或负极片表面或外壳内表面上，但实际上，经试验发现，虽然只要加入锂就能起到一定的补充锂并提高可逆容量的作用，由于金属锂与电解液接触时在金属表面也会生成SEI膜，由于膜的导电性不佳，导致不能再溶解锂，补充锂的效果则会逐渐减低，最终导致加入的金属锂不能充分利用。

发明内容

本发明为解决锂离子二次电池中常规加入锂的方式不能充分利用补充锂的技术问题，提供一种高可逆容量的锂离子二次电池。

一种锂离子二次电池，包括极芯、电解液、金属外壳，极芯和电解液容纳于金属外壳内；

极芯包括正极片、负极片及位于正极片、负极片之间的隔膜；正极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体上的正极浆料，负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体上的负极浆料；

其中，还包括一复合锂片，复合锂片设置于金属外壳内；

复合锂片包括金属基体层和覆锂层，金属基体层不溶于电解液及不与电解液发生电化学反应，金属基体层焊接在正极集流体或负极集流体或金属外壳内表面上。

其次，本发明还提供了一种制造高可逆容量的锂离子电池的方法：

包括如下步骤：

制备极芯：在正极集流体上涂覆正极浆料制得正极片，在负极集流体上涂敷负极浆料制得负极片，然后在正极片和负极片之间设置隔膜，制得极芯；

封装：将极芯放入金属外壳中，然后向内注入电解液；

其中，还包括如下步骤：

制作复合锂片：在一金属基体层上采用PVD，电化学沉积或机械嵌压方式形成一覆锂层，得到复合锂片；

焊接：在制备极芯步骤中将复合锂片的金属基体层焊接到正极集流体或负极集流体上；或在封装步骤中用盖板封口前，将复合锂片金属基体层焊接到金属外壳上。

采用本发明方案，可有效补充形成SEI膜所消耗的锂离子，提高锂材料的利用率。不仅可提高锂离子电池的可逆容量，降低电池的不可逆容量，尤其是首次充放电的不可逆容量；也可保持电池的高可逆容量，即在锂离子因为锂离子被消耗过程中可随时补充锂，尤其是在SEI膜消耗过程中进一步反应生成SEI的时候，补充锂离子，从而了缓解了电池循环过程中的容量衰减，改善了电池的循环特性。

附图说明

图1是现有技术提供的在电池壳内加入锂片的结构示意图；

图2是图1中电池壳内加入锂片后首次充电生成SEI膜状态示意图；

图3是本发明具体实施方式中正极集流体上焊接复合锂片结构示意图；