含锂隔膜、锂电池电芯、锂电池制造技术

公开了含锂隔膜、锂电池电芯和锂电池。含锂隔膜包括：幅材形式的隔膜；在所述隔膜的一个表面上沿幅材的长度方向分布的一个或多个含锂区，其中在幅材的长度方向上，所述隔膜的长度大于等于所述含锂区的长度，并且在幅材的宽度方向上，所述隔膜的宽度大于所述含锂区的宽度，并且所述含锂区的厚度为0.1‑100μm。

Lithium-Containing Separator, Lithium Battery Core, Lithium Battery

【技术实现步骤摘要】
含锂隔膜、锂电池电芯、锂电池
本技术涉及电化学储能
，特别涉及用于锂电池的含锂隔膜、相应的锂电池电芯和锂电池。
技术介绍
锂电池因其高的比能量、长的循环寿命，高的电压而广泛应用于消费电子、电动汽车和储能等领域。近年来，随着电动汽车、储能基站、数码设备等锂电池应用领域不断取得技术性突破性发展，对锂电池提出了更深层次、更高的要求，现有锂离子电池已经远远不能满足上述领域的发展需求。现有锂离子电池所用的碳负极和硅负极材料，在电池首次充电过程中，会在负极表面形成固态电解质层(SEI层)。形成SEI层过程会消耗来自正极的锂离子，使得电池内锂离子数量减少，电池能量密度降低。为提升现有锂电池的能量密度，可以向电池额外的补充锂，以弥补因形成SEI层所消耗的锂。何向明(ElectrochimicaActa，2007(52)，4312–4316)直接以金属锂箔作为补锂锂源，将其贴和在碳负极表面，注入电解液后，金属锂、电解液和负极相互反应，在负极表面预先形成SEI层，因而不必再次消耗来自正极的锂离子，进而提升电池的能量密度。崔屹(NatureCommunications2014,(5)5088)以纳米的锂硅合金作为补锂锂源，直接加入到负极浆料中，涂布和注液后在负极表面原位形成SEI层。LiuGao(RSCAdvances，2013,3,15022–15027)以美国FMC公司开发锂粉(StabilizedLithiumMetalPowde，SLMP)作为补锂锂源直接加入到负极浆料中。为避免SLMP与混浆所用溶剂反应，采用甲苯作为混浆溶剂，与溶剂匹配采用丁苯橡胶作为粘结剂。但是上述补锂方式存在一些问题。采用锂片补锂，因为锂片难以做薄，会过量补锂，反而来自正极的锂离子无处可去，反而会降低能量密度(例如，负极面密度为5mAh/cm2，首效率为95％，需要锂箔厚度仅为1微米，目前尚难以做到)。采用锂硅合金和SLMP作为补锂锂源，锂硅合金和SLMP性质比较活泼，会与负极混浆所用溶剂(N-甲基吡咯烷酮或水)反应，因而需要改变现有锂电池的混浆工艺，开发新的混浆溶剂和工艺，增加电池成本。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种用于锂电池的含锂隔膜和锂电池电芯，其能够有效地解决上述技术问题中的至少一种，可以实现有效的负极补锂且制备工艺简单。本技术采用如下技术方案：本技术的一个方面提供一种含锂隔膜，包括：幅材形式的隔膜；在所述隔膜的一个表面上沿幅材的长度方向分布的一个或多个含锂区，其中，在幅材的长度方向上，所述隔膜的长度大于等于所述含锂区的长度，并且在幅材的宽度方向上，所述隔膜的宽度大于所述含锂区的宽度，并且所述含锂区的厚度为0.1-100μm。可选地，所述多个含锂区沿幅材的长度方向彼此间隔地分布。本技术的另一个方面提供一种锂电池电芯，包括：正极；负极；和将正极和负极分隔开的如上所述的含锂隔膜，其中所述含锂隔膜的具有一个或多个含锂区的表面面对负极。可选地，锂电池电芯具有将所述含锂隔膜夹在幅材形式的正极和负极之间并进行卷绕而形成的卷绕式电芯结构，其中所述含锂隔膜只具有一个含锂区，且所述含锂区的宽度与所述负极的宽度相等。可选地，锂电池电芯具有将所述含锂隔膜围绕正极和负极依次缠绕而形成的叠片式电芯结构，其中所述含锂隔膜具有多个含锂区，每个含锂区的长度与一个负极(或正极)的长度相同，且所述含锂区的宽度与所述负极(或正极)的宽度相等。可选地，所述多个含锂区中相邻两个含锂区之间的间隔与所述含锂隔膜缠绕一个负极(或正极)时位于所述负极(或正极)外侧边缘的部分相对应。本技术的再一个方面提供一种锂电池，其包含如上所述的锂电池电芯。本技术可以具有以下有益效果中的至少一种：(1)含锂隔膜具有一个或多个超薄厚度的含锂区，在用于锂电池时可以有效进行负极补锂，提高首次充放电效率；(2)可通过简单工艺获得具有与负极尺寸匹配的含锂区的隔膜，且可以减少不必要的锂；(3)与负极尺寸匹配的含锂区的尺寸可调，适用不同结构的锂电池。附图说明图1为本技术的含锂隔膜的一种结构示意图；图2为本技术的含锂隔膜的另一种结构示意图；图3为本技术的一种卷绕式电芯的结构示意图；图4为本技术的一种叠片式电芯的结构示意图；图5为图4所示叠片式电芯结构的截面示意图；图6a-6c示意性地显示了本技术的制备含锂隔膜的一种方法的工艺流程，其中图6a显示了掩模版在隔膜上的放置；图6b显示了沉积锂的过程；图6c显示了在沉积锂后，取下掩模版时获得的含锂隔膜结构；图7a-7c示意性地显示了本技术的制备含锂隔膜的另一种方法的工艺流程，其中图7a显示了掩模版在隔膜上的放置；图7b显示了沉积锂的过程；图7c显示了在沉积锂后，取下掩模版时获得的含锂隔膜结构；图8为本技术实施例1中使用的掩模版的结构示意图；图9为本技术实施例1中所获得的含锂隔膜的截面电镜图；图10显示了本技术实施例1中补锂电池和空白电池首次循环库伦效率对比；图11显示了本技术实施例1中补锂软包电池和空白软包电池循环性能对比。具体实施方式本技术涉及用含锂隔膜进行锂电池补锂的技术，用于解决目前锂电池及负极补锂技术中存在的问题。本技术的一个方面提供一种含锂隔膜，包括：幅材形式的隔膜和在所述隔膜的一个表面上沿幅材的长度方向分布的一个或多个含锂区，其中，在幅材的长度方向上，所述隔膜的长度大于等于所述含锂区的长度，并且在幅材的宽度方向上，所述隔膜的宽度大于所述含锂区的宽度。本技术中，“幅材”表示在一个维度(例如，纵向或长度方向)上的尺寸远远大于另一维度的尺寸、可以成卷的材料。本技术的幅材形式的隔膜在纵向或长度方向上的尺寸远大于在横向或宽度方向上的尺寸。在一些实施例中，可用于形成本技术的隔膜的材料包括：(1)聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚酰亚胺(PI)，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚酯，聚酰胺，纤维素，芳纶，氨纶；或者(2)由(1)中至少两种材料形成的复合材料；(3)具有修饰层的(1)或(2)中隔膜。所述修饰层由无机颗粒和/或有机聚合物构成，所述无机颗粒包括氧化铝(Al2O3)，二氧化硅(SiO2)，二氧化钛(TiO2)，钛酸钡(BaTiO3)、氧化锌(SnO2)、勃姆石中的一种或者几种的混合物，所述有机聚合物包括聚丙烯腈、聚三聚氰胺、聚苯胺中的一种或几种的混合物。所述隔膜的厚度可以为5-50μm，表面修饰层厚度可以为0.1-20μm；(4)一个表面上具有亲锂的预处理层的(1)中或(2)中隔膜，亲锂的预处理层可以通过对所述隔膜表面进行改性处理(例如，等离子体处理和电晕处理等)而形成，在一些实施例中，在隔膜的一个表面上沿幅材的长度方向分布的一个或多个含锂区位于隔膜的具有预处理层的表面上。在一些实施例中，含锂区通过物理沉积方法将金属锂沉积在隔膜的预定区域而形成。所述物理沉积方法可以包括蒸镀(例如：真空蒸镀)或溅射(例如：磁控溅射)。在预定区域的沉积可以通过在沉积时使用掩模版而实现。在一些实施例中，含锂区的厚度为0.1-100μm，优选0.1-30μm，例如，含锂区的厚度可以为1-30，或者1-10μm，或者1-5μm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含锂隔膜，包括：幅材形式的隔膜；在所述隔膜的一个表面上沿幅材的长度方向分布的一个或多个含锂区，其中，在幅材的长度方向上，所述隔膜的长度大于等于所述含锂区的长度，并且在幅材的宽度方向上，所述隔膜的宽度大于所述含锂区的宽度，并且所述含锂区的厚度为0.1‑100μm。

【技术特征摘要】
1.一种含锂隔膜，包括：幅材形式的隔膜；在所述隔膜的一个表面上沿幅材的长度方向分布的一个或多个含锂区，其中，在幅材的长度方向上，所述隔膜的长度大于等于所述含锂区的长度，并且在幅材的宽度方向上，所述隔膜的宽度大于所述含锂区的宽度，并且所述含锂区的厚度为0.1-100μm。2.如权利要求1所述的含锂隔膜，其中所述隔膜具有多个含锂区，且所述多个含锂区沿幅材的长度方向彼此间隔地分布。3.如权利要求1所述的含锂隔膜，其中所述含锂区的厚度为0.1-30μm。4.一种锂电池电芯，包括：正极；负极；将正极和负极分隔开的如权利要求1-3中任一项所述的含锂隔膜，其中所述含锂隔膜的具有一个或多个含锂区的表面面对负极。5.如权利要求4所述的锂电池电芯，其中所述锂电池电芯具有将所述含锂隔膜夹在幅材形...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘承浩，王亚龙，陈强，牟瀚波，
申请(专利权)人：中能中科天津新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12