[發(fā)明專利]一種鋰離子電池的正極極片及其制備方法和用途

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• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112151889A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設計）人: 杜雙龍;吳劍;魏成卓;熊后高;呂正中;劉金成
• 申請（專利權）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司;湖北億緯動力有限公司
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525;H01M10/44
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池的正極極片及其制備方法和用途，所述正極極片的活性物質(zhì)層中包含正極補鋰劑，正極補鋰劑包括Li₃N；在鋰離子電池的化成過程中，所述正極極片中的Li₃N作為充電電源的陽極失電子生成Li⁺和N₂，Li⁺由電解液、隔膜遷移到負極活性物質(zhì)表面，在負極極片的低電位下與電解液反應得到由無機層、有機層和聚合物層共同組成的SEI膜，從而減少了正極活性物質(zhì)中的Li⁺的消耗，實現(xiàn)了在保留均勻穩(wěn)定SEI膜的同時最大限度的發(fā)揮正極活性物質(zhì)中的Li⁺的目標；且Li₃N分解后無副產(chǎn)物殘留不會影響電池的結構和性能，且Li₃N分解后留下的空隙結構有利于電解液的填充和浸潤，進而提高鋰離子電池的電化學性能。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，涉及一種鋰離子電池的正極極片及其制備方法和用途。

背景技術

鋰離子二次電池由于其輸出電壓高、循環(huán)性能好、能量密度高以及環(huán)境友好性而被廣泛的應用。隨著化石能源的日益減少和全球環(huán)保意識的高漲，新能源電動車被認為是未來替代燃油車的最佳選擇。而新能源車的普及不可避免的對鋰離子電池性能提出了越來越高的要求，比如說長續(xù)航性，這就對高能量密度電池的研發(fā)給予了市場需求和資源供給。在保證電池安全性能、倍率性能、循環(huán)性能需求的同時，更高的能量密度是未來新能源車能大舉進入市場取代燃油車的關鍵。

電池能量密度的影響因素有很多，比如：正負極活性物質(zhì)的克容量、正負極漿料配方、壓實密度、面密度、箔材規(guī)格、隔膜規(guī)格、注液量等等。其中，首次充電過程負極活性物質(zhì)表面生成的固態(tài)電解質(zhì)界面膜(SEI)是造成電池能量密度下降的重要原因，因為SEI膜的生成需要消耗正極活性物質(zhì)中的鋰源從而導致電芯容量損失、首效降低，這在以硅/錫合金材料為活性物質(zhì)的負極片中表現(xiàn)得尤為明顯。與此同時，SEI膜又有著穩(wěn)定電芯系統(tǒng)保護負極活性物質(zhì)的作用，因此，厚度適中、均勻負載的SEI膜不可或缺。

在保證SEI膜存在的同時又要使電芯由于生成SEI膜帶來的不可逆容量的降低，已有研究人員從正極補鋰和負極補鋰兩方面進行了研究。

在正極補鋰方面，CN109546226A提到將補鋰物質(zhì)Li₅FeO₄、正極活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑和非水系溶劑混合形成漿料，再將此漿料涂覆到正極集流體上，經(jīng)烘烤、裁切得到新型正極片，再與負極片進行配對卷繞組裝入殼制備得到18650電池，其電芯容量得到明顯提升，但同時也造成了補鋰物質(zhì)中非鋰源成分的殘留，留下更多雜質(zhì)。

在負極補鋰方面，CN1290209C中報道將鋰金屬、負極材料和非水液體混合形成漿料，將漿料涂覆到負極集流體上，干燥漿液制備電池，該方法雖然能夠提高首次效率，但由于金屬鋰高的反應活性，整個操作需要在無水干燥的環(huán)境進行，導致操作困難、設備成本投入高。此外，非水溶劑的使用也進一步降低了實驗安全性；金屬鋰直接涂敷在負極活性物質(zhì)表面或集流體表面進行補鋰，雖能起到補鋰效果，但會造成補鋰不均勻、補鋰電流過大造成活性物質(zhì)結構破壞等隱患，如CN1830110A、CN102082288A和JP1996027910；將金屬鋰粉通過靜電場均勻噴涂在冷壓后負極表面并再次經(jīng)過輥壓使鋰粉和負極片得到有效復合從而達到補鋰目的，但同時也存在粉塵控制困難、生產(chǎn)安全性低、粒徑分布大、補鋰范圍波動異常等問題，如CN102779975A和CN102779978A；此外，如CN104584278A和CN110224182A所述，通過外接電源、導線與金屬鋰和電芯的負極相連，通過充放電過程實現(xiàn)對負極片的補鋰，但同樣存在操作困難，難產(chǎn)量化等問題。

因此，開發(fā)一種制備方法操作簡單、且補鋰后無雜質(zhì)殘留的正極極片及其制備方法仍具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容