[發明專利]鋰離子電池富鋰工藝及使用該工藝制備的鋰離子電池

有效

• 申請號: 201410412801.9
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104332657A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 李白清;張盛武;陶興華;張柏清
• 申請（專利權）人: 東莞新能源科技有限公司;寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M4/04;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才;王冬華

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，更具體地說，本發明涉及一種鋰離子電池富鋰工藝及使用該工藝制備的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池大規模商用化以來，憑借其能量密度高、功率密度高等優點，已在便攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到了普遍應用。然而，隨著消費類電子產品設計的不斷更新和集成功能的逐漸增多，其對電池能量密度和性能的提升要求也越來越高。

為了提高鋰離子電池的能量密度，一個重要的方向就是采用高克容量的負極材料，如硅碳負極、合金負極等。然而，這些高克容量的負極材料都存在首次效率比較低的問題，如果不能通過富鋰的方法將其首次效率提升上來，鋰離子電池的能量密度就得不到明顯地實際提升。

盡管富鋰是提升鋰離子電池首次效率的有效手段，但目前的工藝手段都存在諸多問題，需要進一步改善，例如：1)有人提出將鋰金屬、負極材料和非水液體混合形成漿料，再將漿料涂覆到集流體上并干燥漿液，從而實現富鋰的目的；但是，以這種工藝制備的極片中的鋰粉被負極活性材料吸收后，會在極片中原鋰粉位置留下孔洞而導致極片中顆粒之間的接觸阻抗惡化；2)有人提出通過振動和電場作用，將鋰粉從過濾網中濾過后灑到極片表面形成富鋰層；該方法具有工藝簡單、無需制備漿料的優點，但是其生產效率比較低，而且實際操作過程中極片寬度方向存在鋰粉灑落不均勻的問題，另外還因易于造成鋰粉漂浮而形成很大的安全隱患；3)也有人提出通過在負極片表層覆蓋一層鋰片的方式進行富鋰，但是由于目前可用鋰片的厚度都遠遠超過負極片需求的富鋰量，因此多余的鋰會在電池里面造成很大的安全隱患，而且會增加電池的厚度；4)還有人提出采用真空蒸鍍的方法在極片表面沉積一層鋰金屬層進行富鋰，但是該方法需要在高真空的環境下進行，而且具有效率低下、整體工藝成本昂貴的缺點；5)又有人提出將鋰粉加入NMP等溶劑中制備得到鋰粉漿料，然后將鋰粉漿料涂覆到極片或者隔離膜上，再加熱干燥使溶劑揮發而得到富鋰層；該工藝的問題之一在于鋰粉很輕、容易上浮，直接加入到溶劑中很難分散均勻，若要分散均勻就必須采用高強度攪拌或者捏合攪拌方式，但這兩種攪拌方式都容易對鋰粉表面的保護層造成破壞；該工藝的問題之二在于溶劑的去除需要加熱干燥，而加熱干燥容易導致鋰粉快速氧化，而且由于EC、PC類溶劑的加熱干燥溫度需要達到200℃以上，因此還會對隔離膜和極片的性能造成一定程度的損傷；6)有人通過將鋰粉漿料在50℃氮氣保護下進行干燥來解決方法5)中存在的問題，這確實能夠避免高溫干燥對鋰粉、極片、隔離膜的損傷，但是又帶來了另外兩個問題：一是氮氣本身會和鋰發生反應；二是氮氣作為干燥氣氛，會在氮氣消耗和配套設備方面帶來較大的成本增加。

有鑒于此，確有必要提供一種能夠克服上述各種技術問題的鋰離子電池富鋰工藝。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種安全、高效、高品質、低成本、環境友好、同時還能提高電芯安全性的鋰離子電池富鋰工藝，并提供使用上述工藝制備的鋰離子電池。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種鋰離子電池富鋰工藝，其包括以下步驟：

1)在低于EC熔點的溫度下，將鋰粉與EC粉末在干粉狀態下預混均勻，然后再升溫到高于EC熔點的溫度，以使EC粉末溶劑化，從而得到鋰粉均勻分散在EC溶劑中的鋰粉漿料；

2)將制得的鋰粉漿料涂覆在鋰離子電池正極片、負極片、隔離膜中的至少一種上，然后冷卻至低于EC熔點的溫度，得到表層為富鋰層的正極片、負極片和/或隔離膜；

3)使用上述富鋰處理過的正極片、負極片和/或隔離膜制備鋰離子電池。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

首先，本發明步驟1)利用了EC在室溫下為固態、在39℃以上為液態的特殊性質，先將鋰粉與EC粉末在固體狀態下混合均勻，然后才升溫到39℃以上，使EC粉末熔化為EC溶液。因為兩種粉末已經在干混狀態下混合均勻，所以EC溶劑化后，鋰粉就會以一種分散均勻的形式存在于EC溶劑中。相比之下，現有技術中鋰粉漿料的制備工藝都是將鋰粉直接加入到EC等溶劑中，因為鋰金屬的密度只有0.534g/cm³，所以鋰粉很容易上浮，需要采用強力攪拌或者捏合方式才能確保鋰粉均勻分散到EC等溶劑中，但強力攪拌或者捏合方式都很容易破壞鋰粉表面的保護層；而本發明只需要一些柔和的攪拌方式即可將鋰粉和EC粉末混合均勻，因此對鋰粉表層的保護層基本上沒有損傷。