[发明专利]补锂集流体及其制备方法、应用、负极极片和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种补锂集流体及其制备方法、应用、负极极片和锂离子电池，其中，补锂集流体，包括集流体本体和补锂材料层；所述集流体本体包括依次设置的第一涂炭层、基底层和第二涂炭层，第一涂炭层、基底层和第二涂炭层相邻两层之间紧贴并固定连接；所述第一涂炭层上间隔设有若干通孔，且若干通孔均穿透基底层和第二涂炭层；所述补锂材料层填充于若干通孔之中。本发明所述的补锂集流体，集流体含有补锂物质，可以实现硅碳负极的精确补锂同时降低补锂后极片的内阻，提高电池的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种补锂集流体及其制备方法、应用、负极极片和锂离子电池。

背景技术

发展新能源汽车被广泛认为是有效应对能源与环境挑战的重要战略举措。此外,对我国而言,发展新能源汽车是我国从“汽车大国”迈向“汽车强国”的必由之路。以动力电池作为部分或全部动力的电动汽车,因具有高效节能和非现场排放的显著优势,是当前新能源汽车发展的主攻方向.为解决纯电动汽车“里程焦虑”的困扰，大幅度提升电池的能量密度，研发具有更高能量密度的新储能材料体系，是当今高能量密度电池发展面临的必然选择。目前，磷酸铁锂电池受到自身材料性能的限制，以目前的技术水平难以在高能量密度要求，因此高镍三元正极材料成为必然的选择。虽然高镍三元材料的比容量高，但是和石墨负极组装成电池后，其能量密度还是很难大幅度提高。在石墨负极掺杂其他元素或者化合物能显著提高石墨负极的容量和电化学性能，硅基材料容量高、工作电势平台优以及与电解液反应活性低等特点使其备受关注。

锂离子电池充放电循环中由于负极形成SEI膜消耗锂离子、循环过程中的副反应消耗锂离子以及活性材料结构破坏导致参与充放电循环的活性锂减少等原因，使的锂离子电池在循环过程中容量逐步衰减。硅基材料首次不可逆容量损失大，消耗大量正极材料中脱出的锂离子，导致电池较低的充放电效率和放电容量。为提高采用硅碳负极电池的首次充放电效率和能量密度，实现硅碳负极材料体积的预膨胀，减少材料颗粒在嵌锂过程中的破裂和极化，提升硅碳负极的机械稳定性和循环性，对硅碳负极进行预锂化成为一种有效的技术手段。

现有技术中，专利CN102610861A中将金属锂片压在负极片表面上，利用锂片为负极极片进行预锂化，降低首次充电的不可逆容量损失，提升电池的能量密度。集流体采用的实心铜铝箔，需在每个负极极片表面复合锂片，目前市场上锂带均较厚，由于锂金属质地较软，将锂带进行压延加工成锂箔，为保证锂箔的均一性，锂箔的厚度和宽度不能无限扩展，预锂化结束后往往会造成锂箔(带)不能完全消耗，造成负极过度锂化，出现析锂产生安全隐患。专利CN107768743A使用多孔锂网对极片进行补锂，但是锂非常活泼且质地较软，难以加工，因此很难得到超薄锂箔和多孔锂网，即使得到超薄锂箔或多孔锂网也由于材料太软难以实际操作。专利CN1290209C的中国专利申请，将金属锂粉、负极材料、非水介质混合制成浆料涂覆至集流体上制成电极。由于金属锂粉表面存在Li₂CO₃包覆层，需要经过辊压活化的方式将Li₂CO₃包覆层压碎释放出内部的Li，但是通过该方法，锂粉溶解后会在极片内部留下很多的空穴，或是使极片表面变得凹凸不平，不仅降低了压实密度，电子在负极的传导也会受到较大的影响(阻抗增大)，同时容易存在混浆不均导致局部锂化过多，补锂均一性差，过程难以控制，造成其实际效果难以满足设计要求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种补锂集流体，以克服现有技术的缺陷，集流体含有补锂物质，可以实现硅碳负极的精确补锂同时降低补锂后极片的内阻，提高电池的倍率性能和循环性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

补锂集流体，包括集流体本体和补锂材料层；

所述集流体本体包括依次设置的第一涂炭层、基底层和第二涂炭层，第一涂炭层、基底层和第二涂炭层相邻两层之间紧贴并固定连接；所述第一涂炭层上间隔设有若干通孔，且若干通孔均穿透基底层和第二涂炭层；