[发明专利]表面具有锂层的隔膜及其制备方法和锂离子电池

说明书

公开了一种表面具有锂层的隔膜及其制备方法和锂离子电池。本发明的表面具有锂层的隔膜包括：隔膜；位于隔膜的一个表面上的亲锂的预处理层；以及沉积在所述预处理层上的锂层。通过在隔膜表面引入亲锂的化合物或官能团，并且结合锂沉积技术，在隔膜表面形成了均匀的超薄镀锂层，该超薄镀锂层能够有效地起到补锂效果，同时不会堵塞隔膜的微孔，且增强了隔膜的拉伸强度，从而显著提高锂电池性能。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，特别涉及用于锂离子电池的隔膜及其制备方法和相应的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高电压、高能量密度和长循环寿命的优势，成为应用范围最广的二次电池之一。但随着便携式电子设备微型化、长待机的不断发展，以及电动自行车、电动汽车等大功率、高能量设备的启用，都对作为储能电源的锂离子电池的能量密度的提出了越来越高的要求。对于锂离子电池而言，在首次充放电过程中都会因固态电解质(SEI)膜的生成而消耗正极的活性锂，造成首次效率的降低，而电池中活性锂损失导致电池容量下降。这种现象在以硅为活性物质的负极中尤为明显。

含锂的复合隔膜可以作为解决上述问题的技术手段之一。目前，主要通过以下方法获得含锂的复合隔膜：将锂粉直接撒在隔膜上然后冷压形成复合隔膜(干法)；将锂粉制成浆料涂覆在隔膜表面；将锂带和隔膜通过冷压的方法复合在一起(锂带复合)；以及将熔融状态的锂和隔膜复合在一起。

但是，申请人发现这些方法存在以下不足：第一，锂带复合技术很难精确控制复合在隔膜上的金属锂的含量，其锂金属处在一个过量的状态，一部分锂作为补锂使用，而多余的锂会作为锂离子成核位点，导致析锂，产生锂枝晶。第二，将金属锂粉撒在隔膜表面，然后进行冷压复合，虽然也可制得复合隔膜，但锂粉比表面积大，活性高，整个操作过程需要在干燥环境下进行，对环境要求苛刻。第三，采用锂粉制备成浆料虽然可以控制金属锂的添加量，但是操作过程中需要采用有机溶剂进行混浆，之后涂膜，烘干，工序繁琐，大量使用有机溶剂，不环保，同时，涂布的厚度也无法控制的很薄，液态的浆料也很容易堵塞隔膜的微孔结构，造成所组装的电池阻抗大，锂粉在隔膜上分布的均匀性需要进一步评估。第四，采用锂锭熔融后覆在预先冷却的隔膜表面，然后再对隔膜降温后使得锂金属凝固形成的超薄锂带，其缺点在于隔膜本身的闭孔温度为130℃-150℃，而金属锂的熔点为180℃，尽管对隔膜有预先冷却，但隔膜表层接触到熔融金属锂的的瞬间温度也会达到180℃，从而造成隔膜闭孔，其所组装的电池无法使用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种表面具有锂层的隔膜及其制备方法，以及使用该隔膜的锂离子电池，其能够有效地提供补锂效果且几乎不存在上述方法中的不足之处。

具体而言，本发明通过在隔膜表面引入亲锂的化合物或官能团，并且结合锂沉积技术，在隔膜表面形成均匀的超薄镀锂层，该超薄镀锂层能够有效地起到补锂效果，同时不会堵塞隔膜的微孔，且增强隔膜的拉伸强度，从而显著提高锂电池的性能。

本发明采用如下技术方案：

本发明的一个方面提供一种表面具有锂层的隔膜，包括：隔膜；位于隔膜的一个表面上的亲锂的预处理层；以及沉积在所述预处理层上的锂层。

本发明的另一个方面提供一种制备上述表面具有锂层的隔膜的方法，包括：对隔膜的一个表面进行改性处理或涂覆处理以形成的亲锂的预处理层；和通过物理沉积方法，在所述预处理层上形成锂层。

本发明的再一个方面提供一种锂离子电池，其包含上述的表面具有锂层的隔膜。

本发明可以具有以下有益效果中的至少一种：

(1)通过在隔膜表面形成亲锂的预处理层与锂沉积技术的结合，实现了均匀分布的超薄锂层，该超薄锂层可以负极进行补锂，提高首次充放电效率。

(2)超薄锂层分布均匀且厚度小，不堵塞隔膜的微孔。

(3)超薄锂层增强了隔膜的横向以及纵向的拉伸强度。