[发明专利]加有锂粉的锂离子电池电极及其制备方法和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种加有锂粉的锂离子电池电极及其制备方法和含有该电极的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是目前商品化二次电池中能量密度最高的电池体系，商品化锂离子电池具有良好循环性和使用安全性，它在通讯、交通、电子设备、工业产品等领域获得了大量的应用，并且快速的获得更大的市场。

目前的锂离子电池开发的重要方向是进一步提高电池的比能量，主要通过电池结构的优化以及采用能量密度更高的新型电极材料等手段。锂离子电池通常由正极、负极、电解液、隔膜等部分组成。其中正极材料通常由钴酸锂、锰酸锂、三元正极、磷酸铁锂等，负极材料通常有人造石墨(如CMS、MCMB等)，以及新型的硅系列材料等。在电池工作过程中，锂离子首先在充电过程中由正极脱出并进入负极，然后在放电过程中由负极脱出并进入正极，这个过程也被称作“摇椅反应过程”。在锂离子电池工作原理的研究中发现，在锂离子电池的首次充放电循环中，正极材料的容量会出现5％～15％左右的衰减。经研究发现，这是因为在最初的几次循环过程中，负极材料和正极材料的表面都会形成一层具有保护作用的固体电解质层，也称为SEI膜。这层膜的生长过程同时也是锂离子的消耗过程，被消耗的锂离子与电解液反应形成SEI膜。虽然这层膜对正负极材料的循环稳定性有益，但它同时也使正极材料的容量显著下降。因此如何降低或弥补SEI膜形成过程中锂离子的消耗，一直是研究者研究的目标。

在以往的研究中，美国FMC公司的研究人员提出在锂离子电池中添加锂粉以抵消上述的不可逆容量，锂粉在电池工作过程中溶解释放出锂离子以弥补SEI膜形成过程中所消耗的锂离子。结果显示该方法取得了明显的成果，锂粉的加入可以抵消锂离子的损耗，提高电池的首次充放电效率，进而提高了电池的比能量。

但是，到目前为止，FMC所提出的加入锂粉的方法还没有获得大面积的使用，其存在的问题之一就是锂粉加入工艺存在问题以下几方面问题：一、锂粉的加入，可能会导致电池出现不可预测的问题，这是因为FMC的锂粉加入方法使负极表面存在一定量的锂粉，而这些锂粉在充放电过程中有可能脱离负极，并穿过隔膜达到正极，形成电池微短路，带来电池容量下降甚至是安全性问题；二、FMC所提出的工艺复杂，且需要特殊设备。到目前为止，FMC公司共提出三种锂离子电池负极中加入锂粉的方法，第一种是将锂粉直接混入负极浆料，并按普通负极工艺加工成型，该方法制备过程中锂粉会与溶剂等反应，降低锂粉利用率，且对烘干等过程有特殊要求；第二种方法是用喷涂法将锂粉喷涂到已经制备好的负极表面，该方法需要特殊的喷涂设备，且工艺稳定性不易控制；第三种方法是将锂粉提前制备成膜，然后贴合到普通负极表面，该方法工艺复杂，需要额外增添设备。

鉴于以上分析，FMC所提出的几种锂粉应用方法始终没有得到推广。但是在电池中添加锂粉的思路是可行的，并已经获得实验证明。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种加有锂粉的锂离子电池电极，该电极中的锂粉不会脱离电极，并且成本低；为此，本发明还提供了上述电极的一种制备方法和含有上述电极的锂离子电池，该制备方法能够简便地将锂粉加入锂电池电极，实现锂粉在锂离子电池中的应用。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种加入锂粉的锂离子电极，包括辊压在一起的两层电极体，所述两层电极体之间封闭有锂粉层。

所述锂粉的质量为所述电极主体活性材料质量的10～20％。

本发明所采取的第二个技术方案是：一种制备上述锂离子电极的方法，先制备两个层状电极体，再将两个层状电极体辊压在集流网两侧，在辊压过程中，在所述两个层状电极体之间加入锂粉，辊压后得到加入锂粉的锂离子电极。

所述锂粉的加入质量为所述电极主体活性材料质量的10～20％。

本发明所采取的第三个技术方案是：一种锂离子电池，包括上述的锂离子电极。

本发明具有的优点和积极效果是：与现有的锂粉加入锂离子电池电极的方法相比，本发明具有以下几方面优势：1)将锂粉加入到负极中时，锂粉被紧紧地包裹在两层电极体之间，不会出现锂粉从负极表面脱离并进入正极区域的问题；2)锂粉在电极体成形后，采用物理方法结合到电极中，该过程不需要溶剂分散、溶剂烘干等步骤，避免了锂粉与溶剂之间的反应，提高了锂粉的利用率，也降低了对电极制备工艺的要求；3)不需要喷涂设备、膜层转印设备等现有工艺所需要的设备，降低了电极的制造成本和工艺复杂性。

附图说明

图1是现有技术在基体上涂布浆料形成层状电极体的示意图；