[發(fā)明專利]補(bǔ)鋰負(fù)極片及其制備方法、鋰離子超級電容器、鋰離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510314986.4
• 申請日: 2015-06-10
• 公開（公告）號: CN104993098A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李洪濤;平麗娜;張紅雷;李少軍;周志勇
• 申請（專利權(quán)）人: 中航鋰電（洛陽）有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01G11/50;H01M10/0525;H01G11/06;H01M4/1395
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種補(bǔ)鋰負(fù)極片及其制備方法、鋰離子超級電容器、鋰離子電池，屬于儲能器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池和鋰離子超級電容器的負(fù)極在首次充放電過程中存在一定程度的不可逆嵌鋰，造成鋰離子電池和鋰離子超級電容器的容量損失，另外，不可逆嵌鋰還會導(dǎo)致極片表面的陰離子不可逆吸附，造成電解液離子濃度的降低和電池、電容器容量的衰減。采用負(fù)極預(yù)嵌鋰的方式能夠很好地解決上述問題。

富士重工的Osamu?Hatozaki等人在2006年第十六屆國際電化學(xué)電容器研討會上報(bào)道了一種鋰超級電容器，該鋰超級電容器的負(fù)極是以經(jīng)過金屬鋰片處理過的嵌鋰炭材料，正極是活性炭，其工作電壓達(dá)3.8V，比能量達(dá)到12-30Wh/kg，比功率最高達(dá)6kW/kg。但是，這種方法的電極制造工藝十分復(fù)雜，組裝環(huán)境要求十分苛刻，金屬鋰片作為電極引入電容體系中容易帶來安全問題。

三星電機(jī)株式會社在申請?zhí)枮?01110321951.5的中國發(fā)明專利(2012年7月4日公布，申請公布號：CN102543460A)中公開了一種鋰離子電容器，其負(fù)極包括預(yù)摻雜有鋰離子的碳材料，預(yù)摻雜方式為將金屬鋰箔與負(fù)極片相對放置，二者之間使用聚丙烯無紡布作為隔膜，持續(xù)2小時(shí)使負(fù)極中摻雜鋰離子。這種方法是通過使用鋰箔向負(fù)極中摻雜鋰離子，由于其使用了金屬鋰箔，而且使用隔膜將負(fù)極與鋰箔隔開，鋰離子向負(fù)極中的摻雜滲透效率較低，滲透效果較差，若要達(dá)到較高的鋰離子滲透率需要很長的滲透時(shí)間。而且使用金屬鋰箔，同樣能帶來安全問題，鋰箔的引入還增加了電解液和隔膜的使用量，增加了生產(chǎn)成本。

為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中一般采用鋰粉鋪在負(fù)極片表面進(jìn)行嵌鋰的方式，即直接將鋰粉通過篩網(wǎng)震動或在電場下均勻鋪撒于負(fù)極片表面。該方法操作相對簡便，成本相對較低，也降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。但是，這種方法一般使用的干的鋰粉，在鋪撒過程中容易出現(xiàn)鋰粉飄落的情況，容易帶來安全隱患。

為了避免鋰粉飄落存在的安全隱患，現(xiàn)有技術(shù)中存在一種采用一種將鋰金屬與負(fù)極基材制成漿液涂覆在集流體上制成嵌鋰負(fù)極片的方法，這種方法能夠避免補(bǔ)鋰過程中鋰粉飄落情況的發(fā)生，提高了安全性。但是，這種方法得到的嵌鋰負(fù)極片，鋰粉分布在負(fù)極材料中間，鋰粉部分溶解后，易導(dǎo)致鋰粉形成孤立狀態(tài)，與負(fù)極電子絕緣，導(dǎo)致鋰粉的利用效率低下。而且，由于負(fù)極材料通常為較細(xì)的石墨粉體材料，與鋰粉很難實(shí)現(xiàn)均勻混合，鋰粉容易漂浮在漿液的上層，涂覆后，容易造成鋰粉在混合材料中的分布不均勻。

申請?zhí)枮?01210350770.X的中國發(fā)明專利(2013年2月6日公布，申請公布號：CN102916164A)公開了一種向鋰離子電池正極片補(bǔ)鋰的方法，采用將有機(jī)鋰溶液噴灑在正極片表面，使有機(jī)鋰溶液中的鋰離子被還原成金屬鋰并嵌入正極片中，干燥后得到嵌鋰的正極片。該方法使用濕法補(bǔ)鋰，使鋰粉分布在負(fù)極片表面，避免了鋰粉在負(fù)極片中分布不均勻的情況。但是，該方法通過有機(jī)鋰溶液在正極片表面的還原后得到的鋰粉來進(jìn)行補(bǔ)鋰，還原得到的鋰粉附著在正極片表面，非常容易脫落，在后續(xù)加工過程中也容易出現(xiàn)掉粉的現(xiàn)象，無法保證補(bǔ)鋰量及補(bǔ)鋰效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種補(bǔ)鋰負(fù)極片，以解決現(xiàn)有技術(shù)中負(fù)極片嵌鋰過程中出現(xiàn)鋰粉利用效率低、鋰粉易飄落、掉粉的問題。另外提供一種補(bǔ)鋰負(fù)極片的制備方法和使用該補(bǔ)鋰負(fù)極片的鋰離子超級電容器及鋰離子電池。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的補(bǔ)鋰負(fù)極片的技術(shù)方案如下：

一種補(bǔ)鋰負(fù)極片，包括負(fù)極片，所述負(fù)極片是由負(fù)極集流體以及涂覆在負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料涂層構(gòu)成的，所述負(fù)極材料涂層表面涂覆有鋰粉層，所述鋰粉層包括均勻混合分布的鋰粉和粘結(jié)劑，所述鋰粉和粘結(jié)劑的重量比為60-98:2-4。

本發(fā)明將鋰粉與粘結(jié)劑涂覆在負(fù)極片上的負(fù)極材料涂層表面，提高了鋰粉與負(fù)極材料涂層的結(jié)合力，使鋰粉不容易脫落，提高了鋰粉的利用效率。通過在負(fù)極片表面涂覆鋰粉層，在鋰粉的溶解嵌鋰過程中，鋰粉顆粒之間不會形成空隙，提高了鋰粉溶解擴(kuò)散的效率，也提高了鋰粉的使用效率，保證了補(bǔ)鋰量和補(bǔ)鋰效果。嵌鋰后鋰粉發(fā)生溶解，鋰粉原來的位置形成了孔隙率超高的多孔層，不影響鋰離子在負(fù)極、隔膜、正極之間的傳導(dǎo)。

本發(fā)明的補(bǔ)鋰負(fù)極片的制備方法的技術(shù)方案如下：

補(bǔ)鋰負(fù)極片的制備方法，包括如下步驟：

1)a.取負(fù)極片，所述負(fù)極片由負(fù)極集流體以及涂覆在負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料涂層構(gòu)成；

b.將鋰粉、粘結(jié)劑加入溶劑中，均勻分散，得到鋰粉混合漿料；