一种锂离子电池裸电芯及含有该裸电芯的锂离子电池的制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池的裸电芯：包括阴极片、隔离膜和阳极片，所述隔离膜介于阴极片和阳极片之间；所述隔离膜为表面复合有富锂物质组成的多孔结构层的复合隔离膜，且该富锂物质多孔结构层处于隔离膜与阳极之间。采用本发明专利技术裸电芯制备的锂离子电池，可以有效的减缓/抑制在电解液浸润过程中，富锂物质层中的锂向阳极活性物质颗粒内部嵌入，减少/消除阳极内部结构性能一致性差的SEI膜的生成；最终制得容量、循环性能更加优良的富锂锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池裸电芯及含有该裸电芯的锂离子电池的制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，特别涉及一种锂离子电池裸电芯及含有该裸电芯的锂离子电池的制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有高能量密度、高电压、低自放电和重量轻等优点，因此被广泛应用于笔记本电脑、数码相机、手机、MP3等各种便携式移动电子设备中。随着便携式移动电子设备向小型化、多功能化的发展，人们对锂离子二次电池的能量密度要求越来越高。由于锂离子电池在化成的过程中，需要形成固体电解质(SEI)膜，从而消耗了由阴极提供的Li+，带来了电池的容量损失，影响了能量密度的提升。对于石墨体系而言，首次化成会带来约10％的能量损失；对于一些高容量的合金阳极材料，如硅基、锡基及Sn-Co-Al复合材料等，首次效率甚至只有60％～80％，严重影响了合金材料的实际应用和推广。为了较大幅度地提高电芯的能量密度，需要提高电芯的首次库伦效率。因此国内外专家展开了广泛的研究，并取得了一些成果：中国专利申请公开号为CN1177417A的专利采用将金属锂片覆盖在阳极片(采用整片箔材作为集流体)表面，然后卷绕制成电池，再灌注电解液的方法制备富锂锂离子电池。使用该方法补锂时，由于现有工艺无法生产厚度较薄的金属锂片，因此往往导致阳极片能够吸收的锂量远远小于金属锂片提供的锂量，使得补锂过量、电芯出现析锂、循环性能差等问题。公开号为CN103199217A的中国专利提出，采用打孔后的金属锂片覆盖在阳极片表面，然后卷绕制成电池，再灌注电解液的方法制备富锂锂离子电池，有效地解决了无法生产出足够薄的金属锂片的问题。但是以上这些通过富锂手段提高电池首次效率、进而提高电池容量的方法，在电池制备过程中，注液后随着电解液的浸润，富锂物质与被富锂电极之间形成离子通道和电子通道时，将在被富锂物质颗粒表面自发的形成固体电解质膜(SEI膜)，该SEI膜的成膜过程为不可控过程，形成的SEI膜组成及结构一致性差，因此制备得到的电芯循环性能较差。有鉴于此，确有必要开发一种新的锂离子电池及其制备方法，不仅能对整个电池体系进行富锂，同时又能够形成结构性能一致性好的SEI膜，最终制备得到性能优良的电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种锂离子电池裸电芯：包括阴极片、隔离膜和阳极片，所述隔离膜介于阴极片和阳极片之间；所述隔离膜为表面复合有富锂物质组成的多孔结构层的复合隔离膜，且该富锂物质多孔结构层处于隔离膜与阳极之间。采用本专利技术裸电芯制备的锂离子电池，可以有效的减缓/抑制在电解液浸润过程中，富锂物质层中的锂向阳极活性物质颗粒内部嵌入，减少/消除阳极内部结构性能一致性差的SEI膜的生成；最终制得容量、循环性能更加优良的富锂锂离子电池。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种锂离子电池裸电芯，包括阴极片、隔离膜和阳极片，所述隔离膜介于所述阴极片和所述阳极片之间；所述隔离膜为表面复合有由富锂物质组成的多孔结构层的复合隔离膜，且所述多孔结构层处于所述隔离膜与所述阳极片之间。作为本专利技术锂离子电池裸电芯的一种改进，其所述阳极片由含有阳极活性物质的阳极涂层和阳极集流体组成；所述富锂物质为能够为电极补锂提供锂源的物质，包括锂粉、锂粉浆料、锂带、打孔锂带、富锂有机物(如1,4-丁基二锂、1,6-己基二锂等)中至少一种。作为本专利技术锂离子电池裸电芯的一种改进，所述阴极活性物质包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂铁氧化物、锂钒氧化物、硫或硫化物、三元或多元复合化合物和聚阴离子阴极材料中的至少一种；所述阳极活性物质包括碳材料、含碳化合物和非碳材料中的至少一种。作为本专利技术锂离子电池裸电芯的一种改进，所述隔离膜为具有多孔结构的、离子导通电子绝缘的自支撑膜，包括聚丙烯、聚乙烯、共聚乙丙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物、聚偏氟乙烯、共聚氟乙丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺中的一种或几种；其厚度h为2μm～50μm。作为本专利技术锂离子电池裸电芯的一种改进，所述多孔结构层的等效孔直径(等效孔直径是指将孔面积换算成一个圆面积时，所述圆的直径)不超过4cm；两孔边缘之间的连续富锂层宽度不超过4cm。作为本专利技术锂离子电池裸电芯的一种改进，所述多孔结构层的等效直径不超过2cm；两孔边缘之间的连续富锂层宽度不超过2cm。作为本专利技术锂离子电池裸电芯的一种改进，将所述隔离膜与所述多孔结构层进行复合时，复合力为0.01MPa～10MPa；所述复合方式为隔离膜单面复合或双面复合。作为本专利技术锂离子电池裸电芯的一种改进，所述复合隔离膜中，隔离膜无被富锂层刺穿区域或被富锂层刺穿点，且隔离膜上被富锂层刺伤区域或被富锂层刺伤点的最大深度不大于(h-1)μm；所述隔离膜的复合有富锂物质的一侧设置有陶瓷涂层、PVDF涂层或者陶瓷-PVDF涂层。本专利技术还包括一种使用上述裸电芯制备锂离子电池的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，复合隔离膜的制备：对富锂物质进行预处理，以得到至少一个面的毛刺/凸点的高度不超过(h-1)μm的多孔富锂层，之后将烘干后的隔离膜与富锂物质的预处理面复合，复合面压为0.01MPa～10MPa，得到复合隔离膜，其中，h为隔离膜的厚度；步骤2，待化成电芯的制备：将步骤1得到的复合隔离膜与烘干后的阴极片、阳极片组装得到裸电芯，其中，多孔富锂层介于阳极片与隔离膜之间，入壳/袋后注入电解液，静置；步骤3，SEI膜的生成：对步骤2得到的经电解液充分浸润的电芯进行化成，化成温度为10℃～90℃，充电电流为0.01C～5C(C为电池容量值，例如，若电池容量为1500mAh，则1C即为1500mA的电流)，化成时对电芯施加的压力为0～0.5MPa，充电SOC(即充电状态，10％SOC即为电池充电制10％的容量时的状态)为3％～90％；步骤4，嵌锂：对步骤3得到的电芯施加0.5MPa～5.0MPa的面压，使得富锂物质层与形成SEI膜后的阳极片的表面充分接触，以形成电子通道，由于富锂物质层与阳极之间存在电势差，富锂物质层中的锂将自发的向阳极活性物质层中嵌入，最终实现补锂效果；步骤5，成品电芯的制作：将步骤4制得的电芯进行整形、除气制得成品电芯。作为本专利技术制备锂离子电池的方法的一种改进，步骤1中，对所述富锂物质进行预处理，以得到至少一个面毛刺/凸点的高度不超过(h-2)μm的多孔富锂层，复合时的面压为0.1MPa～3MPa；步骤4所述对电芯施加面压为0.5MPa～2.0MPa，温度为20℃～100℃，时间为10min～48h。与传统裸电芯结构相比，本专利技术的裸电芯制备的锂离子电池，可以有效的减缓/抑制在电解液浸润过程中，富锂物质层中的锂向阳极活性物质颗粒内部嵌入，减少/消除阳极内部结构性能一致性差的SEI膜的生成(因为此类直接接触的嵌锂过程是不可控过程)；同时，通过可控的充电化成流程，在浸润充分的阳极活性物质表面形成结构及性均一的SEI膜；待SEI膜通过可控的充电过程形成后，再对电芯施加压力，使得富锂物质层与阳极活性物质之间充分接触，形成电子通道，在阳极与富锂物质层之间的电势差的驱动下，富锂物质层中的锂源自发的向阳极活性物质之间嵌入；最后得到容量、循环性能更加优良的富锂锂离子电池。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术及其有益效果进行详细说明，但本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池裸电芯，包括阴极片、隔离膜和阳极片，所述隔离膜介于所述阴极片和所述阳极片之间；其特征在于，所述隔离膜为表面复合有由富锂物质组成的多孔结构层的复合隔离膜，且所述多孔结构层处于所述隔离膜与所述阳极片之间。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池裸电芯，包括阴极片、隔离膜和阳极片，所述隔离膜介于所述阴极片和所述阳极片之间；其特征在于，所述隔离膜为表面复合有由富锂物质组成的多孔结构层的复合隔离膜，且所述多孔结构层处于所述隔离膜与所述阳极片之间；其制备方法包括如下步骤：步骤1，复合隔离膜的制备：对富锂物质进行预处理，以得到至少一个面的毛刺/凸点的高度不超过(h-1)μm的多孔富锂层，之后将烘干后的隔离膜与富锂物质的预处理面复合，复合面压为0.01MPa～10MPa，得到复合隔离膜，其中，h为隔离膜的厚度；步骤2，待化成电芯的制备：将步骤1得到的复合隔离膜与烘干后的阴极片、阳极片组装得到裸电芯，其中，多孔富锂层介于阳极片与隔离膜之间，入壳/袋后注入电解液，静置；步骤3，SEI膜的生成：对步骤2得到的经电解液充分浸润的电芯进行化成，化成温度为10℃～90℃，充电电流为0.01C～5C，化成时对电芯施加的压力为0～0.5MPa，充电SOC为3％～90％；步骤4，嵌锂：对步骤3得到的电芯施加0.5MPa～5.0MPa的面压，使得富锂物质层与形成SEI膜后的阳极片的表面充分接触，以形成电子通道，由于富锂物质层与阳极之间存在电势差，富锂物质层中的锂将自发的向阳极活性物质层中嵌入，最终实现补锂效果；步骤5，成品电芯的制作：将步骤4制得的电芯进行整形、除气制得成品电芯。2.一种权利要求1所述的锂离子电池裸电芯，其特征在于：所述阴极片由含有阴极活性物质的阴极涂层和阴极集流体组成；所述阳极片由含有阳极活性物质的阳极涂层和阳极集流体组成；所述富锂物质为能够为电极补锂提供锂源的物质，包括锂粉、锂粉浆料、锂带、富锂有机物中至少一种。3.一种权利要求2所述的锂离子电池裸电芯，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉洁，
申请(专利权)人：广东烛光新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44