[发明专利]具有补锂电极的二次电池及其制备方法

说明书

本发明涉及具有补锂电极的二次电池及其制备方法。根据一示例性实施例，一种二次电池可包括：正极片和负极片，其通过隔膜彼此隔离开；以及至少一个补锂极片，其包括锂活性层，所述至少一个补锂极片也通过隔膜与所述正极片和负极片隔离开。本发明的二次电池能够实现高的容量，并且具有补锂极片从而能够在首次或者循环过程中向负极片或正极片补充锂元素，以实现高的库伦效率，并且改善循环特性。

技术领域

本发明总体上涉及新能源领域，更特别地，涉及一种具有补锂电极的二次电池，其可以在首次或者循环过程中向二次电池的负极片或正极片补充锂元素，并且还涉及制备这样的具有补锂电极的二次电池的方法。

背景技术

近年来，快速发展的电动汽车和储能行业对以锂离子电池、钠离子电池为代表的二次电池的能量密度、成本、循环性和安全性提出了更高的要求。以锂离子电池为例，常规的锂离子电池主要采用石墨负极，石墨负极的理论容量为372mAh/g，目前国内主要的石墨负极生产商例如江西紫宸、深圳贝特瑞等已经实现了365mAh/g的容量，接近于理论容量的极限。为了实现更高的能量密度和功率密度，人们开始关注新型负极材料，例如非石墨化碳材料、硅负极、硅碳复合负极、氧化亚硅负极、以及氧化亚硅硅碳复合负极等。然而，这些材料存在不可逆容量高、首次库伦效率低等严重问题，容易导致锂离子电池容量明显下降。

目前，为了解决锂离子电池负极材料首次库伦效率低的问题，研究人员提出了化学还原法、人造SEI(Solid Electrolyte Interface，固体电解质界面)膜法、以及电化学预锂化法等，其中电化学预锂化法是一种最直接的解决锂离子电池负极材料首次库伦效率低这一问题的方法。

在中国专利申请第200480021793.X号中，公开了一种将锂粉与电极材料直接接触，然后再通过原电池反应实现电极材料预锂化的方法。然而，该方法容易产生“死锂”，并且反应剧烈，容易导致电极材料的结构受到破坏，并且难以形成致密且稳定的SEI膜，最终使得电极材料的循环性能下降。此外，锂粉是一种较为危险的材料，容易燃烧，因此实施该预锂化方法的工艺条件较为苛刻，导致了成本上升。

在中国专利申请第201210573270.2号中，针对锂化电流大的问题，公开了一种低温注液方法，使原电池反应在较低温度下进行以控制材料的嵌锂速度，从而在提高材料的首次库伦效率和容量的同时，改善材料的循环性能。然而，该方法需要低温操作，工艺较复杂，成本高，而且低温下的电解液粘度增大，注液操作困难。

在中国专利申请第201410839836.0号中，在正极和负极上涂覆金属锂，然后再涂覆固体电解质，以降低反应速度，但是制作工艺复杂，不易大规模工业化生产。

纳米硅和碳复合负极或者氧化亚硅和碳复合负极被认为是第三代负极，理论容量可达到4200mAh/g。采用此类负极能够将电池能量密度提高到300wh/kg，但是此类负极首周和循环效率与正极相比较低。如要实现长循环，则仍需要对电池进行补锂。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种新颖的二次电池，其能够实现高的容量，并且具有补锂极片从而能够在首次或者循环过程中向二次电池的负极片或正极片补充锂元素，以实现高的库伦效率。

根据一示例性实施例，一种二次电池可包括：正极片和负极片，其通过隔膜彼此隔离开；以及至少一个补锂极片，其包括锂活性层，所述至少一个补锂极片也通过隔膜与所述正极片和负极片隔离开。

在一些示例中，所述锂活性层包括纯金属锂、锂硅合金、锂铝合金、锂硼合金、以及锂镁合金中的一种或多种。

在一些示例中，所述二次电池还包括：壳体，用于容纳所述正极片、负极片、补锂极片和隔膜；正极耳，连接到所述正极片且延伸到所述壳体外；负极耳，连接到所述负极片且延伸到所述壳体外；以及补锂极耳，连接到所述补锂极片且延伸到所述壳体外。所述补锂极耳可包括镍或铝。