[發明專利]一種用于提高鋰離子電池首次庫倫效率和循環性能的補鋰方法

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• 申請號: 202010463020.8
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111509288A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 王凱鋒;田占元;邵樂;鄭勇;袁麗只;曹新龍;米吉福
• 申請（專利權）人: 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/058;H01M4/04;H01M4/139
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

一種用于提高鋰離子電池首次庫倫效率和循環性能的補鋰方法，將粘結劑、溶劑和導電劑，真空攪拌均勻，得到補鋰膠液，向補鋰膠液中加入補鋰劑，攪拌均勻，得到補鋰漿液；以正極活性材料為主料制備正極極片，然后涂覆補鋰漿液至正極極片表面并烘干，得到正極補鋰極片；以硅基負極活性材料為主料制備負極極片，并與正極補鋰極片，經過輥壓、裁切、組裝、注液和化成工序完成電池制備。本發明中氮化物鋰鹽在化成時氧化分解為氮氣和鋰離子，鋰離子參與抵消鋰電池首次充放電形成SEI膜帶來的不可逆容量損失，提高電池首次庫倫效率和循環性能，從而提升了鋰離子電池能量密度；鋰鹽在于正極表面涂覆，適用于現有的生產和制造設備。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種用于提高鋰離子電池首次庫倫效率和循環性能的補鋰方法，主要應用于改善硅基負極鋰離子電池的首次庫倫效率和循環性能。

背景技術

隨著人們生活水平的提高，電動汽車和消費類電子產品的快速發展對開發具有高能量密度和高循環性能的鋰離子電池帶來了巨大的挑戰。低成本、高能量密度的電極材料對于高能量密度鋰離子電池至關重要，常規的陽極材料石墨容量有限，硅基材料由于其高的比容量(4200mAh/g)成為熱點。然而，硅基負極材料首次充放電形成SEI膜而帶來的不可逆容量，存在著首次庫倫效率低和循環性能差等問題。因此，補鋰技術被人們愈發關注。

針對硅基負極材料首次充放電形成SEI膜而帶來不可逆容量的問題，目前補鋰的方法很多。例如，使用鋰箔與電解液潤濕的負極極片組成原電池、鈍化鋰粉噴灑或涂抹于負極極片表面等，然而這些方法對環境要求高且操作繁瑣，或者存在安全隱患。正極添加少量富鋰材料(如Li₆CoO₄、Li₅FeO₄和Li₂CuO₂等)補充損失的鋰源，然而該方法目前仍需開發兼容性好且比容量更高的補鋰添加劑。因此，開發出簡單有效的補鋰方法，明顯提升鋰離子電池首次庫倫效率和循環性能有著重大意義。

發明內容

本發明為了解決硅基負極鋰離子電池首次庫倫效率低和循環性能差的問題，明顯提升鋰離子電池能量密度，目的在于提供一種用于提高鋰離子電池首次庫倫效率和循環性能的補鋰方法。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種用于提高鋰離子電池首次庫倫效率和循環性能的補鋰方法，包括以下步驟：

步驟1、將粘結劑、溶劑和導電劑，真空攪拌均勻，得到補鋰膠液，向補鋰膠液中加入補鋰劑，攪拌均勻，得到補鋰漿液；其中，溶劑為N,N-二甲基甲酰胺；所述的補鋰劑為氮化鋰或補鋰劑為氮化鋰與疊氮化鋰的混合物；

步驟2、以正極活性材料為主料制備正極極片，然后均勻涂覆補鋰漿液至正極極片表面并烘干，得到正極補鋰極片；

步驟3、以硅基負極活性材料為主料制備負極極片，并與正極補鋰極片，經過輥壓、裁切、組裝、注液和化成工序完成電池制備。

本發明進一步的改進在于，步驟1中，粘結劑為聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯與乙烯-丙烯-二烯三元共聚物中的一種；導電劑為SuperP、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、爐黑、燈黑和夏黑中的至少一種。

本發明進一步的改進在于，步驟1中，按質量百分數計，所述的補鋰漿液中補鋰劑的質量百分數為60～90％，導電劑的質量百分數為0～30％，粘結劑的質量百分數為5～10％。

本發明進一步的改進在于，步驟1中，攪拌速率的200～3000rmp，攪拌的時間為5～24h。

本發明進一步的改進在于，步驟1中，補鋰漿液的粘度范圍為1000～10000mPa·s。