[发明专利]一种锂离子电池的阳极极片及其应用

说明书

本申请提供了一种锂离子电池的阳极极片及其应用，所述阳极极片包括集流体、阳极活性材料层和特别设计的析锂抑制层，本发明的阳极极片能够以经济而简便的方式有效地避免阳极极片表面的析锂，同时有效地降低阳极和阴极的容量比、提升锂离子电池的首次库伦效率、循环寿命、能量密度和安全性。

技术领域

本申请涉及电池领域，更具体来说涉及用于锂离子电池的阳极极片，还涉及包含该阳极极片的锂离子电池、电池模组、电池包和用电装置，以及一种抑制锂离子电池中阳极极片表面析锂的方法。

背景技术

随着近些年来相关领域的发展，可充电电池(也被称为二次电池)被越来越多地应用于诸如日用消费品、新能源汽车、大规模储能、航空航天、船舶、重型机械之类的高科技、高强度、高要求的领域，甚至在这些领域被用作主要动力和能源供应设备。在开发的各种不同的二次电池中，锂离子二次电池由于具有优异的性能而广受关注。但是锂离子二次电池本身也存在迄今为止始终无法解决的一些重大缺陷，例如在锂离子电池的日常充放电使用过程中，电解质中的锂离子嵌入阳极的过程并不是均匀进行的，由此在长期的循环之后有可能会在阳极表面产生金属锂枝晶，严重的情况下这些枝晶有可能会穿透隔膜，进而存在发生诸如电池短路、膨胀、燃烧、甚至爆炸等安全事故的风险。为了避免上述问题，现有技术进行了一些尝试，例如在阳极表面上设置陶瓷质绝缘层，但是这种做法并不能真正解决阳极的石墨层表面析锂而石墨层底部无法嵌锂的问题，只是在一定程度上降低枝晶的危害；非但无法真正有效地避免阳极表面析出锂枝晶的问题，还会导致其他的问题，例如电池极化增加、能量密度降低、循环寿命短、充放电电压平台不稳定等。人们迫切希望能够解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，申请人进行了深入的研究，出人意料地发现通过采用具有专门设计的析锂抑制层的阳极极片，能够使锂离子优先嵌入到底层活性材料中而非优先聚集于析锂抑制层，以非常简单而经济的方式有效地避免阳极表面析锂的现象，同时可以降低锂离子电池的阳极/阴极容量比(CB值，Cell Balance值)，大幅提升锂离子电池的首次库伦效率、能量密度，实现理想的循环寿命和充放电电压平台。

本申请的第一个方面提供了一种用于锂离子电池的阳极极片，该阳极极片包括：

i)集流体；

ii)位于所述集流体至少一个表面上的阳极活性材料层；以及

iii)位于所述阳极活性材料层上的析锂抑制层，所述析锂抑制层包含以下析锂抑制材料中的至少一种：LiNi_xCo_yMn_zFe_wO₂、LiMPO₄、LiMO₂和Li₄Ti₅O₁₂，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤w≤1，且x+y+z+w＝1，M选自Fe、Co、Ni、Mn或其组合。