[发明专利]锂离子电池及其阳极片和稳定化锂金属粉末

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有复合导电壳层的稳定化锂金属粉末以及采用该稳定化锂金属粉末进行预锂化处理的阳极片，和包含该阳极片的锂离子电池。

背景技术

现阶段锂离子电池的广泛应用对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。在锂离子电池体系中，首次充放电效率主要由阳极的首次效率决定，因此提高阳极的首次效率可以有效的提高电池的首次效率和放大容量，从而实现电池能量密度的提升。

目前已有通过阳极预补锂来提高阳极首次效率的报道，专利申请CN101790806，CN1830110，CN101522343和US2009/0035663公开了稳定化锂金属粉末及其在锂电池中补锂的应用。上述技术中稳定的锂金属粉末表面壳层均为电子或锂离子的绝缘层，该绝缘层避免了锂金属与空气的直接接触，但在对电极活性物质进行预锂化过程中必须对其施加一个压力，将表面的壳层压破后使内核的锂金属与活性物质接触，才能实现活性物质的预锂化。在实际应用过程中，一方面由于稳定化锂金属粉末的粒径不均一，在冷压过程中不能保证所有锂金属粉末外壳均被压破，未能压破的锂金属颗粒内部的锂无法参与到活性物质的锂化过程，导致了“死锂”的存在，降低了预锂化的效率，另一方面预锂化后残留在阳极片上的电子或离子绝缘外壳会阻碍电子和锂离子在极片中的传输，对电池的电化学性能会产生一定的影响。

有鉴于此，确有必要提供一种具有复合导电壳层的稳定化锂金属粉末以及采用该稳定化锂金属粉末进行预锂化处理的阳极片，和包含该阳极片的锂离子电池。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种具有复合导电壳层的稳定化锂金属粉末，以有效地改善阳极的电子和离子导电性，从而改善电池的电化学性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种稳定化锂金属粉末，所述稳定化锂金属粉末具有核壳结构，所述核层为锂金属，所述壳层为电子良导体和锂离子良导体组成的复合物。由于稳定化锂金属粉末的壳层为由电子良导体和锂离子良导体复合构成的复合导电壳层，因而可以避免内部的锂金属粉末与外界气氛接触，有效地保证锂金属粉末的化学稳定性，同时壳层中存在的快速的电子和锂离子通道保证了其即使在壳层不受损的情况下亦可让壳内的锂金属与活性物质间进行锂的交换。

作为本发明稳定化锂金属粉末的一种改进，所述电子良导体为碳基材料和导电高分子中的至少一种。

作为本发明稳定化锂金属粉末的一种改进，所述碳基材料为碳黑、乙炔黑、导电碳纤维、碳纳米管和石墨烯中的至少一种，所述导电高分子为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔和聚双炔中的至少一种。

作为本发明稳定化锂金属粉末的一种改进，所述锂离子良导体为Li₂CO₃、Li₄SiO₄、LiF、Li₃PO₃、TiO₂、Li₂TiO₃、Li₄Ti₅O₁₂、SiO₂、SnO₂、SiC、LiAlO₂、β-Al₂O₃、NiS、CuS、FeS、MnS、Ag₂S和TiS₂中的至少一种。

作为本发明稳定化锂金属粉末的一种改进，所述电子良导体的电子导电率高于10S/cm，所述离子良导体的锂离子导电率高于0.1mS/cm，以保证稳定化锂金属粉末即使在壳层不受损的情况下亦可让壳内的锂金属与活性物质间进行锂的交换。

作为本发明稳定化锂金属粉末的一种改进，所述核层的粒径为30～100um。核层锂金属粉末的粒径太小，则锂的活性太大，不易进行表面处理，而若核层锂金属粉末的粒径太大，则会导致表面处理不均匀，而且在被压的过程中，容易导致一定的着火危险。

作为本发明稳定化锂金属粉末的一种改进，所述核层占稳定化锂金属粉末总质量的质量百分比为90％～98％，若核层所占质量分数太小，用该稳定化锂金属粉末进行预补锂的效率不高。

作为本发明稳定化锂金属粉末的一种改进，所述壳层的厚度为30～300nm，若壳层的厚度太小，则其对核层的保护作用不够，若壳层的厚度太大，壳内的锂金属与活性物质间进行锂交换时需要通过的通道太长，导致补锂效率较低。

相对于现有技术，本发明至少具有以下两方面的优点：