[发明专利]一种锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池正极片，其包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层中含有正极活性物质、导电剂、粘结剂和富锂化合物，所述富锂化合物在锂离子电池化成充电时分解产生锂离子，并释放出气体、导电碳和具有电化学储锂活性的物质中的一种或多种。产生的锂离子在化成充电时由正极转移到负极并参与负极反应(与电解液分解产物一起在负极形成SEI膜)，弥补形成SEI膜所需的锂，因此可降低正极活性物质的锂离子消耗，提高锂离子电池的能量密度和循环性能。本发明还提供了锂离子电池正极片的制备方法、采用该锂离子电池正极片的锂离子电池及其制备方法。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极片，以及采用所述锂离子电池正极片的锂离子电池及其制备方法。

背景技术

正极材料是锂离子电池中锂离子的唯一(或主要)提供者。锂离子电池正极材料的比容量一般为120～160mAhg^-1。为了得到更高的比容量，目前倾向于将正极材料充电到4.3V甚至4.5V以上(LiFePO₄、LiMn₂O₄类正极材料充电到4.2V就已足够，但尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄和橄榄石结构LiCoPO₄为正极活性材料的锂离子电池要充电到4.7-4.8V)。目前的负极材料以石墨类(容量可达360mAhg^-1)材料为主，但未来的发展趋势是使用具有更高储锂容量的硅(理论容量为4200mAhg^-1)、锡(理论容量994mAhg^-1)基负极材料。为了在负极表面生成具有保护作用的固体电解质界面膜(SEI膜)，在锂离子电池的首次(或初始几次的)循环中，需要有部分电解液发生还原分解，该过程需要消耗大约5％～10％的锂。对于硅、锡基负极材料来说，由于锂离子嵌入脱出引起巨大的材料体积膨胀/收缩，发生部分的颗粒破碎，这一过程会消耗更多的锂离子，总消耗量可以达到20％～30％。由于这部分锂离子不能在随后的放电过程中回到正极材料的晶格中去，因而会有部分正极材料(或者正极材料的潜在容量)不能继续发挥作用而造成浪费，降低了锂离子电池的循环效率(按活性正极材料质量或体积计算)能量密度和循环寿命，也提高了电池的成本(正极材料成本约占锂离子电池总成本的40％)。因此，给锂离子电池“补锂”成为提高电池能量密度、降低电池成本的重要方法。

可以通过牺牲电极补锂、负极补锂和正极补锂三种途径实现补锂目的。早期曾有人设想通过预嵌锂或通过第三个电极为负极材料补锂。但这两种方法都因操作复杂、难以实用化而未得到实施。目前的补锂方法是在涂制负极片时在负极材料中添加经过保护处理的金属锂粉。但是，在随后的辊压过程中，金属锂粉会因保护层破坏与负极材料直接接触，发生完全失控的锂嵌入反应，带来诸如石墨剥离、硅颗粒粉化等问题。此外，在负极中添加锂粉还会使负极片的电位降到0V，容易引发很多副反应。最后，由于金属锂的密度非常小，金属锂粉易形成粉尘不易控制，因此通过锂金属补锂对电极片的制备工艺要求也非常高。

我们也注意到近年来有将叠氮锂(Li₃N)、方酸类锂盐、草酸锂、酰肼类锂盐或其组合作为补锂材料加入到锂离子电池阴极材料中的报道。但这些材料存在自身物理化学性质不够稳定(如Li₃N)、使阴极片的制备工艺变得复杂，或者自身能够实际贡献的锂离子量较低、且材料成本较高等问题(如方酸类锂盐、草酸锂、酰肼类锂盐)。

因此，目前仍有必要开发新的锂离子电池补锂技术以弥补现有技术中的缺陷。

发明内容

因此，为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极片、采用所述锂离子电池正极片的锂离子电池及其制备方法，以提高锂离子电池的循环效率，提升锂离子电池能量密度，延长锂离子电池的循环寿命(提高容量保持率)。