[发明专利]一种补锂安全涂层、正极极片与锂离子电池

说明书

本发明提供了一种补锂安全涂层、正极极片与锂离子电池，所述补锂安全涂层包括造孔剂、粘结剂、无机填料和导电剂；所述造孔剂包括自牺牲锂盐。本发明通过在补锂安全涂层中构建多孔结构，提升了电池的电化学性能，当温度升高时，补锂安全涂层的电阻会增大，从而保护锂离子电池；同时，所述补锂安全涂层中的造孔剂能补充Li⁺的损耗，从而减少电池的首次充放电容量损失，提高电池首次效率和能量密度。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种安全涂层，尤其涉及一种补锂安全涂层、正极极片与锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于其高的放电电压、高的能量密度以及长的循环寿命等优点，现已广泛应用于各种电子设备中。然而，现有锂离子电池在首次充电过程中，正极锂离子嵌入到负极石墨中，放电过程中嵌入的大部分锂离子能回到正极中，但有少量的锂离子留在负极中，无法回到正极，该部分锂离子的消耗会导致电池容量的损失，降低了电池能量密度，造成了能量的浪费。同时，锂离子电池仍存在因热失控而导致的安全性问题。

CN 1427490A公开了一种锂金属在二次电池负电极内的分散，利用金属锂粉补偿石墨负极SEI膜活性锂的损耗。金属锂粉虽然可以补偿负极SEI膜消耗的活性锂，但由于金属锂粉非常活泼，其制备的环境要求非常严格，需要在非常干燥的条件下制备，过程繁琐，成本高，且锂粉易漂浮在空气中引起爆炸和火灾，且在电池循环的过程中容易形成锂枝晶刺穿隔膜，造成短路引起危险，具有极大的安全隐患。

CN 111725479A公开了一种具有梯度孔隙率的锂离子电池极片及其制备方法，其中包括：根据设计极片层数，将不同含量的粉末造孔剂与活性材料、导电剂、聚合物粘结剂混合，得到造孔剂含量不同的多份电极浆料；将造孔剂含量最低的电极浆料涂覆至集流体，干燥后用压辊第一次辊压压实，获得第一涂层；在第一涂层表面按照造孔剂含量由低至高的顺序逐层涂覆电极浆料；对极片进行加热干燥，使造孔剂分解逸出，在涂层中形成梯度孔道；公开的极片在经辊压获得较高能量密度，但是其制备过程繁琐，不能通过造孔解决锂离子电池热失控，以及正极锂损耗的问题。

基于以上研究，如何提供一种补锂安全涂层，既能解决锂离子电池热失控造成的安全性问题，保护锂离子电池，又能起到补锂的作用，减少整个电池的首次充放电容量损失，提高首次效率和能量密度，成为了目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种补锂安全涂层、正极极片与锂离子电池，所述补锂安全涂层能解决锂离子电池热失控造成的安全性问题，保护锂离子电池；同时，能释放Li⁺补充在负极不可逆Li⁺的损耗，即能起到补锂的作用，减少电池的首次充放电容量损失，提高首次效率和能量密度。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种补锂安全涂层，所述补锂安全涂层包括造孔剂、粘结剂、无机填料和导电剂；

所述造孔剂包括自牺牲锂盐。

本发明通过造孔剂在安全涂层中造孔，使补锂安全涂层能够增加电解液的浸润，安全涂层依靠导电材料以及电解液形成良好的导电网络，提升了电池的电化学性能；此外，当温度升高时，粘结剂开始膨胀，导电材料颗粒之间的间距增大，安全涂层的多孔结构被填充，导电网络被部分阻隔，安全涂层的电阻增大，从而保护锂离子电池；同时，所述补锂安全涂层中的造孔剂在首次充放电的过程中，能释放出Li⁺，补充Li⁺的损耗，从而减少电池的首次充放电容量损失，提高电池首次效率和能量密度。

本发明所述造孔剂在锂离子电池化成阶段的充放电过程中，会分解产生气体，锂离子从正极中脱出，嵌入负极补充SEI膜消耗，从而在补锂安全涂层内部形成一定的多孔结构。