[发明专利]锂离子电池富锂工艺及使用该工艺制备的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种锂离子电池富锂工艺及使用该工艺制备的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池大规模商用化以来，凭借其能量密度高、功率密度高等优点，已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到了普遍应用。然而，随着消费类电子产品设计的不断更新和集成功能的逐渐增多，其对电池能量密度和性能的提升要求也越来越高。

为了提高锂离子电池的能量密度，一个重要的方向就是采用高克容量的负极材料，如硅碳负极、合金负极等。然而，这些高克容量的负极材料都存在首次效率比较低的问题，如果不能通过富锂的方法将其首次效率提升上来，锂离子电池的能量密度就得不到明显地实际提升。

尽管富锂是提升锂离子电池首次效率的有效手段，但目前的工艺手段都存在诸多问题，需要进一步改善，例如：1)有人提出将锂金属、负极材料和非水液体混合形成浆料，再将浆料涂覆到集流体上并干燥浆液，从而实现富锂的目的；但是，以这种工艺制备的极片中的锂粉被负极活性材料吸收后，会在极片中原锂粉位置留下孔洞而导致极片中颗粒之间的接触阻抗恶化；2)有人提出通过振动和电场作用，将锂粉从过滤网中滤过后洒到极片表面形成富锂层；该方法具有工艺简单、无需制备浆料的优点，但是其生产效率比较低，而且实际操作过程中极片宽度方向存在锂粉洒落不均匀的问题，另外还因易于造成锂粉漂浮而形成很大的安全隐患；3)也有人提出通过在负极片表层覆盖一层锂片的方式进行富锂，但是由于目前可用锂片的厚度都远远超过负极片需求的富锂量，因此多余的锂会在电池里面造成很大的安全隐患，而且会增加电池的厚度；4)还有人提出采用真空蒸镀的方法在极片表面沉积一层锂金属层进行富锂，但是该方法需要在高真空的环境下进行，而且具有效率低下、整体工艺成本昂贵的缺点；5)又有人提出将锂粉加入NMP等溶剂中制备得到锂粉浆料，然后将锂粉浆料涂覆到极片或者隔离膜上，再加热干燥使溶剂挥发而得到富锂层；该工艺的问题之一在于锂粉很轻、容易上浮，直接加入到溶剂中很难分散均匀，若要分散均匀就必须采用高强度搅拌或者捏合搅拌方式，但这两种搅拌方式都容易对锂粉表面的保护层造成破坏；该工艺的问题之二在于溶剂的去除需要加热干燥，而加热干燥容易导致锂粉快速氧化，而且由于EC、PC类溶剂的加热干燥温度需要达到200℃以上，因此还会对隔离膜和极片的性能造成一定程度的损伤；6)有人通过将锂粉浆料在50℃氮气保护下进行干燥来解决方法5)中存在的问题，这确实能够避免高温干燥对锂粉、极片、隔离膜的损伤，但是又带来了另外两个问题：一是氮气本身会和锂发生反应；二是氮气作为干燥气氛，会在氮气消耗和配套设备方面带来较大的成本增加。

有鉴于此，确有必要提供一种能够克服上述各种技术问题的锂离子电池富锂工艺。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种安全、高效、高品质、低成本、环境友好、同时还能提高电芯安全性的锂离子电池富锂工艺，并提供使用上述工艺制备的锂离子电池。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池富锂工艺，其包括以下步骤：

1)在低于EC熔点的温度下，将锂粉与EC粉末在干粉状态下预混均匀，然后再升温到高于EC熔点的温度，以使EC粉末溶剂化，从而得到锂粉均匀分散在EC溶剂中的锂粉浆料；

2)将制得的锂粉浆料涂覆在锂离子电池正极片、负极片、隔离膜中的至少一种上，然后冷却至低于EC熔点的温度，得到表层为富锂层的正极片、负极片和/或隔离膜；

3)使用上述富锂处理过的正极片、负极片和/或隔离膜制备锂离子电池。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

首先，本发明步骤1)利用了EC在室温下为固态、在39℃以上为液态的特殊性质，先将锂粉与EC粉末在固体状态下混合均匀，然后才升温到39℃以上，使EC粉末熔化为EC溶液。因为两种粉末已经在干混状态下混合均匀，所以EC溶剂化后，锂粉就会以一种分散均匀的形式存在于EC溶剂中。相比之下，现有技术中锂粉浆料的制备工艺都是将锂粉直接加入到EC等溶剂中，因为锂金属的密度只有0.534g/cm³，所以锂粉很容易上浮，需要采用强力搅拌或者捏合方式才能确保锂粉均匀分散到EC等溶剂中，但强力搅拌或者捏合方式都很容易破坏锂粉表面的保护层；而本发明只需要一些柔和的搅拌方式即可将锂粉和EC粉末混合均匀，因此对锂粉表层的保护层基本上没有损伤。