[发明专利]锂离子电池及其富锂阳极片及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种锂离子电池及其富锂阳极片及制备方法。

背景技术

传统阳极材料的首次库伦效率较低，以硅阳极材料为例，其首次库伦效率在65%～85%之间。为了较大幅度地提高电芯的能量密度，需要提高电芯的首次库伦效率。因此国内外专家展开了广泛的研究，并取得了一些成果：专利申请公开号为CN102315422A的中国专利提出补锂阴极富锂的方法，即采用叠片的方式将阴极、隔离膜以及阳极组装成电芯，之后将补锂阴极侧放于电芯侧面，注液浸润后在补锂阴极与阳极之间施加电压充电以实现对阳极的补锂；该方法由于补锂阴极与阳极之间的间隙过大且间隙的一致性非常差，导致补锂速度慢、补锂均匀性差，此外该方法必须采用叠片工艺制备电芯，极大地限制了其广泛推广。专利申请公开号为CN102148401A和CN101459262A的专利介绍了组装电池前让电解液充分浸润阳极，之后将阳极与富锂源组装在一起进行充电富锂的方法。由于阳极被电解液充分浸润，因此富锂源与阳极接触时，富锂源中的锂会源源不断地向阳极转移直至两者电位平衡，而在锂离子转移过程中，将发生SEI膜生成以及锂离子向活性材料内部嵌入等过程。这两个专利均是通过组装电芯前在阳极表面先形成SEI膜的方法来补偿首次不可逆容量；但是采用该方法补锂时，活性物质表面形成的SEI膜具有一定厚度、且部分锂离子会嵌入活性物质内部使得活性物质体积膨胀，导致活性物质颗粒间间隙减小，膜片变硬变脆，在卷绕过程中会出现膜片脱落以及制备出来的电芯自放电严重等问题，而且形成SEI膜后的阳极在组装电池时需要严格控制环境的湿度和气氛，生产成本较高。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池及其富锂阳极片及制备方法，其能够均匀富锂、同时富锂后的极片硬度又能够满足卷绕要求。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供一种锂离子电池的富锂阳极片，其包括：集流体；以及膜片，含有活性物质且形成在集流体上，膜片所含的活性物质为阳极活性物质。其中，膜片和集流体形成初始阳极片，且膜片远离集流体的一侧为表层而靠近集流体的一侧为底层；在对初始阳极片的膜片通过电解液浸润和充电富锂后，膜片形成富锂层和非富锂层，富锂层的厚度小于膜片的厚度；且在膜片的表层上还分布有金属锂层，且富锂层和金属锂层的富锂量总和与初始阳极片需要富锂的容量相匹配。

在本发明的第二方面，本发明提供一种锂离子电池的富锂阳极片的制备方法，其用于本发明第一方面的锂离子电池的富锂阳极片，包括以下步骤：将活性物质、导电剂、粘接剂以及溶剂混合均匀制成浆料，将所述浆料涂覆在集流体上，冷压、烘干得到初始阳极片，其中涂覆在集流体上的浆料在烘干后成为膜片；控制初始阳极片的电解液浸润深度，得到浸润阳极片；将浸润阳极片表面依次布置离子导通电子绝缘层以及富锂源，之后在富锂源与浸润阳极片之上施加外电场对其充电，使得富锂源上的锂富于膜片表面，从而膜片形成富锂层和非富锂层，富锂层的厚度小于膜片的厚度，且在膜片的表层上分布有金属锂层，且富锂层和金属锂层的富锂量总和与初始阳极片需要富锂的容量相匹配，从而得到富锂阳极片。

在本发明的第三方面，本发明提供一种锂离子电池，其包括：阴极片；阳极片；隔离膜，设置于阴极片和阳极片之间；以及电解液。其中，所述阳极片为本发明第一方面的富锂阳极片。

本发明的有益效果为：与传统的电镀富锂尽量避免在富锂过程中金属锂富集于膜片表层不同，本发明的精髓即为充分利用过电位的理论，使得阳极膜片需要的富锂量所对应的锂离子以金属锂的形式均匀地富集于膜片表层，得到富锂阳极片。具体地，本发明制备的富锂阳极片的优点为：

1.本发明提供的锂离子电池的富锂阳极片通过设置在富锂层上的金属锂层富锂，不仅克服了传统富锂阳极片（组装电芯前先形成SEI膜）富锂后极片（即膜片）变硬变脆以及不利于卷绕等工序操作问题，而且制备出来的电芯具有更好的自放电性能。从而避免了因卷绕前膜片变硬变脆而导致的生产过程中膜片与集流体之间的接触松动，以及进一步导致的电芯的阻抗变大、倍率性能变差的问题，还进一步避免了传统富锂阳极片由于膜片变硬变脆而容易在生产过程中发生膜片局部脱落而导致阴极对面无阳极与之对应并在锂离子电池使用过程中在该区域发生严重析锂及生长锂支晶过程，以及最终导致电芯隔离膜刺穿、安全性能变差的问题。

2.采用本发明制备的富锂阳极片时，由于在卷绕前并没有完全形成SEI膜，只在电解液浸润的区域产生SEI膜，因此对卷绕工序的环境要求更低，能够有效降低生产成本。