[发明专利]一种电化学储能器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学储能器件技术领域，特别涉及一种电化学储能器件及其制备方法。

背景技术

1991年，日本索尼公司创造性的采用炭材料作为锂离子电池阳极材料，为锂离子电池领域带来了革命性的变化；自此之后，锂离子电池技术迅猛发展，在移动电话、摄像机、笔记本电脑以及其他便携式电器上面大量运用。锂离子电池具有诸多优点，例如电压高、体积小、质量轻、比能力高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等，是二十一世纪理想的移动电器电源、电动汽车电源以及储电站用储电器。

但随着便携式电子设备微型化、长待机的不断发展，对锂离子电池的能量密度的提出了越来越高的要求。对于现有的负极材料而言，在首次充电过程中均会形成固体电解质膜(SEI膜)，从而消耗一部分来自正极材料中的锂离子，最终导致电芯的首次库伦效率低于100％，例如石墨材料的首次效率在90％左右，而合金负极首次效率更低，以硅负极材料为例，其首次库伦效率之间65％～85％之间。因此如果能够提高电芯的首先库伦效率，能够较大幅度的提高电芯的能量密度。同时，在电池设计过程中，为了避免负极容量过低出现析锂，进而影响电池的安全性能，往往需要将负极容量设计得大于正极的容量，但负极容量过量过多时，会降低电池的能量密度，因此通常设计时负极过量6％～12％。最后，随着各种储能器件的广泛应用，其对电池的循环性能要求更高，如何提高电池的循环性能也是急需解决的问题。

为了达到提高电芯首次库伦效率的目的，国内外专家均展开了广范的研究，并取得了一些成果：公开号为CN1290209C的中国专利申请提到将锂金属、负极材料和非水液体混合形成浆料，将浆料涂覆到集流体上，然后干燥浆液；该方法虽然能够起到补锂作用，最终实现提高电芯的首次库伦效率，但是整个电芯的生产工艺必须在干燥室内完成，同时金属锂与阳极共混难度大，因此生产成本较高。申请号为JP1996027910的日本专利申请采用将金属锂片覆盖在负极片表面，然后卷绕制成电池，然后灌注电解液的方法制备锂离子电池；使用该方法补锂时，电芯组装成型时，金属锂片很容易刺穿隔离膜导致阴阳极短路，同时，由于很难制备得到较薄的金属锂片，因此往往导致负极片能够吸收的锂的量远远小于金属锂片提供的锂，使得电芯出现析锂、循环性能差等问题。

有鉴于此，确有必要提供一种新的电化学储能器件，既具有较高的首次效率、又具有较好的安全性能，还具有优异的循环性能。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种电化学储能器件：包括正极片、负极片、隔离膜、电解质和外包装，所述正极片上的正极活性物质的首次库伦效率为c％，单位面积正极片的可逆容量为CcmAh；所述负极片上的负极活性物质的首次库伦效率为a％，单位面积负极片的可逆容量为CamAh，单位面积负极容量过量率η＝(Ca-Cc)/Cc×100％；所述电极片经过富锂处理，且单位面积的富锂容量m为：Ca×(1-a％)/a％-Cc×(1-c％)/c％≤m。本发明采用富锂技术对电极富锂，提高储能器件的首次效率，进而提高其能量密度；同时，通过适当提高储能器件中负极容量:正极容量的值，增加负极的储锂能力，提高电池的安全性能；最后，富锂时，单位面积的富锂容量m为：Ca×(1-a％)/a％-Cc×(1-c％)/c％≤m，可以确保补充负极首次锂损失外，还能有多余的锂用于补充循环过程中的锂消耗，从而提高电池的循环性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电化学储能器件，包括正极片、负极片、隔离膜、电解质和外包装，所述正极片上的正极活性物质的首次库伦效率为c％，单位面积正极片的可逆容量为CcmAh；所述负极片上的负极活性物质的首次库伦效率为a％，单位面积负极片的可逆容量为CamAh，单位面积负极容量过量率η＝(Ca-Cc)/Cc×100％；所述电极片经过富锂处理，且单位面积的富锂容量m为：Ca×(1-a％)/a％-Cc×(1-c％)/c％≤m。

作为本发明电化学储能器件的一种改进，所述富锂处理的电极片包括正极片或/和负极片；且0≤c％≤120％，30％≤a％≤100％，0≤η≤40％，Ca×(1-a％)/a％-Cc×(1-c％)/c％<m≤1.1×(Ca-Cc)。

作为本发明电化学储能器件的一种改进，0≤c％≤100％，30％≤a％≤95％，2％≤η≤20％，Ca×(1-a％)/a％-Cc×(1-c％)/c％<m≤Ca-Cc。