一种电极极片及含有该极片的锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种高首次效率电极极片的制备方法，通过添加有机小分子和锂盐组分，进行原位聚合或原位反应，在活性物质表面形成SEI或CEI膜，以保护活性物质界面，减少在电池后续首次充电时，活性物质与电解液溶剂或添加剂的反应，从而减少首次充电时电子、活性锂离子的消耗，来提升首次效率、增加放电容量，从而进一步提升锂离子电池能量密度。且该保护层中存在支化结构的聚合物，支化结构的聚合物有较好的弹性，有利于抑制电极充放电循环膨胀收缩导致的电极劣化、接触阻抗增加等问题。本发明专利技术制备方法简单，与现有锂电池工艺兼容，利于大规模制备。

The invention relates to an electrode plate and a lithium ion secondary battery containing the electrode piece

【技术实现步骤摘要】
一种电极极片及含有该极片的锂离子二次电池
本专利技术涉及电池
，具体涉及一种电极极片及含有该极片的锂离子二次电池。
技术介绍
锂离子二次电池有高电压、高能量密度等优点，被广泛应用于消费类电子产品、储能系统、动力系统的电源，提升锂离子电池的能量密度是一直以来产业界和学界最为关心的问题。在电池的首次充电过程中，如VC、PS等电解液添加剂以及EC等电解液溶剂在一定电位下反应聚合形成SEI或CEI膜，其反应过程中会消耗电子，也相应的消耗活性锂，将锂不可逆的固化到锂的碳酸盐或者醇盐、酯盐等，从而造成可逆锂、可逆容量的损失，降低首次效率，降低电池放电容量。为弥补首次充电形成SEI膜的锂损失，现在常用的技术方案是对电池正极或负极片进行补锂。例如专利申请号为CN105190958A的专利技术专利用锂粉对电极极片进行预补锂，。然而，这些方法往往使用到锂粉或超薄锂箔等危险化学品，为生产和制造带来不可控因素。因此，需要一种更为温和可控的提升锂离子电极极片及锂离子电池的首次效率的方法，从而进一步提升锂离子电池能量密度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过一种新型的锂离子电极极片，提高电极极片的首次效率，进一步提升锂离子电池的首次效率，从而进一步提升锂离子电池能量密度。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种电极极片，通过添加有机小分子和锂盐组分，进行原位聚合或原位反应，在活性物质表面形成SEI或CEI膜，以保护活性物质界面，减少在电池后续首次充电时，活性物质与电解液溶剂或添加剂的反应，从而减少首次充电时电子、活性锂离子的消耗；其制备方法包括以下步骤：S1：一种电极浆料的制备：将锂盐、活性物质粉末和有机小分子和添加剂按照一定比例，在溶剂中分散并混合均匀，得到浆料；所述的有机小分子至少包括一种含有不饱和碳碳键，和羰基或磺酰基或亚磺酰基的化合物；并且所述的有机小分子至少包括一种含有两个或以上不饱和碳碳键的化合物；S2：电极极片的制备：将S1中得到的浆料涂覆在金属集流体上，在一定温度下烘干去除溶剂，同时通过加热或光辐照或电子辐照的方法促进有机小分子的聚合或反应，在活性物质表面形成保护层，制备得到电极极片。步骤S1中，所述的添加剂为根据需要所添加的导电剂、粘接剂、聚合引发剂。所述的含有不饱和碳碳键，和羰基或磺酰基或亚磺酰基的化合物具体的为：碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烯基-磺酸内酯、甲基乙烯基砜、乙基乙烯基砜、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺、马来酰胺类化合物、马来酰亚胺类化合物、马来酸酐类化合物中的任意一种或几种的混合物。所述的含有两个或以上不饱和碳碳键的化合物具体的为：碳酸二烯丙酯、四丙烯酸异戊四酯、己二酸二烯丙酯、马来酸二烯丙酯、苯二甲酸二烯丙酯、双马来酰亚胺类化合物中的任意一种或几种的混合物。所述的锂盐具体的为：碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、硼酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的任意一种或几种的混合物；所述的引发剂具体的为：偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯；2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、苯甲酰甲酸甲酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮中的任意一种或几种的混合物。当S1步骤制作正极时，所述的活性物质粉末具体为：钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、锰酸锂、硫及硫的复合物、硫化锂中的任意一种或几种的混合物；活性物质粉末的重量与锂盐、有机小分子和添加剂的重量加和之比为99:1～90:10。当S1步骤制作负极时，所述的活性物质粉末具体为：石墨、硅、氧化硅、碳化硅、硬碳、软碳、钛酸锂中的任意一种或几种的混合物；活性物质粉末的重量与锂盐、有机小分子和添加剂的重量加和之比为99:1～60:40。S1和S2中，在锂盐、有机小分子和添加剂的重量加和中，锂盐的重量占比为10～60％，有机小分子的重量占比为40～90％，引发剂重量占比为0～10％；在有机小分子中，含有两个或以上不饱和碳碳键的化合物的重量占比为2～75％。S2中的反应条件为以下的一种或多种：R1热聚合：温度40～120℃，反应时间1分钟～12小时；R2光辐照聚合：温度-20～80℃，紫外光照射1分钟～12小时；R3电子辐照聚合：温度-20～80℃，电子辐照的吸收量为30Gy～30kGy。本专利技术还保护采用所述的电极极片制备的锂离子电池。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种高首次效率电极极片的制备方法，即在电极制备过程中，添加有机小分子和锂盐组分，通过原位聚合或原位反应的方式，在活性物质表面人工制造SEI或CEI膜，保护活性物质界面，减少在电池后续首次充电时，活性物质与电解液溶剂或添加剂的反应，从而减少首次充电时电子、活性锂离子的消耗，来提升首次效率、增加放电容量，从而进一步提升锂离子电池能量密度。且该保护层中存在支化结构的聚合物，支化结构的聚合物有较好的弹性，有利于抑制电极充放电循环膨胀收缩导致的电极劣化、接触阻抗增加等问题。本专利技术制备方法简单，与现有锂电池工艺兼容，利于大规模制备。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案以及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例仅列举了软包装电池，但是也适用于其它外壳和结构的电池，如方形钢壳、圆柱型电池等。正极对比例1：正极极片的制备：将钴酸锂、聚偏氟乙烯、Super-P，按照重量比96:2:2加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌匀浆制成正极浆料；将正极浆料双面涂布在正极集流体上，经过85℃、15分钟的烘烤去除溶剂，再经过压实、分切、110℃、4小时的二次烘烤后得到正极极片。正极实施例1：正极极片的制备：将钴酸锂、聚偏氟乙烯、Super-P、双氟磺酰亚胺锂、1,3-丙烯基-磺酸内酯、丙烯腈、马来酸二烯丙酯、偶氮二异丁腈，按照重量比96:2:2:1:1.6:0.2:0.16加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌匀浆制成正极浆料；将正极浆料双面涂布在正极集流体上，经过85℃、15分钟的烘烤去除溶剂并初步聚合，再经过压实、分切、110℃、4小时的二次烘烤后得到正极极片。正极对比例2：正极极片的制备：将镍钴锰酸锂、聚偏氟乙烯、Super-P，按照重量比96:2:2加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌匀浆制成正极浆料；将正极浆料双面涂布在正极集流体上，经过100℃、15分钟的烘烤去除溶剂，再经过压实、分切、110℃、6小时的二次烘烤后得到正极极片。正极实施例2：正极极片的制备：将镍钴锰酸锂、聚偏氟乙烯、Su本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极极片，其特征在于：通过添加有机小分子和锂盐组分，进行原位聚合或原位反应，在活性物质表面形成SEI或CEI膜，以保护活性物质界面，减少在电池后续首次充电时，活性物质与电解液溶剂或添加剂的反应，从而减少首次充电时电子、活性锂离子的消耗；其制备方法包括以下步骤：/nS1：一种电极浆料的制备：将锂盐、活性物质粉末和有机小分子和添加剂按照一定比例，在溶剂中分散并混合均匀，得到浆料；所述的有机小分子至少包括一种含有不饱和碳碳键，和羰基或磺酰基或亚磺酰基的化合物；并且所述的有机小分子至少包括一种含有两个或以上不饱和碳碳键的化合物；/nS2：电极极片的制备：将S1中得到的浆料涂覆在金属集流体上，在一定温度下烘干去除溶剂，同时通过加热或光辐照或电子辐照的方法促进有机小分子的聚合或反应，在活性物质表面形成保护层，制备得到电极极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种电极极片，其特征在于：通过添加有机小分子和锂盐组分，进行原位聚合或原位反应，在活性物质表面形成SEI或CEI膜，以保护活性物质界面，减少在电池后续首次充电时，活性物质与电解液溶剂或添加剂的反应，从而减少首次充电时电子、活性锂离子的消耗；其制备方法包括以下步骤：
S1：一种电极浆料的制备：将锂盐、活性物质粉末和有机小分子和添加剂按照一定比例，在溶剂中分散并混合均匀，得到浆料；所述的有机小分子至少包括一种含有不饱和碳碳键，和羰基或磺酰基或亚磺酰基的化合物；并且所述的有机小分子至少包括一种含有两个或以上不饱和碳碳键的化合物；
S2：电极极片的制备：将S1中得到的浆料涂覆在金属集流体上，在一定温度下烘干去除溶剂，同时通过加热或光辐照或电子辐照的方法促进有机小分子的聚合或反应，在活性物质表面形成保护层，制备得到电极极片。


2.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于：步骤S1中，所述的添加剂为根据需要所添加的导电剂、粘接剂、聚合引发剂。


3.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于：所述的含有不饱和碳碳键，和羰基或磺酰基或亚磺酰基的化合物具体的为：碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烯基-磺酸内酯、甲基乙烯基砜、乙基乙烯基砜、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺、马来酰胺类化合物、马来酰亚胺类化合物、马来酸酐类化合物中的任意一种或几种的混合物。


4.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于：所述的含有两个或以上不饱和碳碳键的化合物具体的为：碳酸二烯丙酯、四丙烯酸异戊四酯、己二酸二烯丙酯、马来酸二烯丙酯、苯二甲酸二烯丙酯、双马来酰亚胺类化合物中的任意一种或几种的混合物。


5.根据权利要求1所述的电极极片，其特征在于：所述的锂盐具体的为：碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、硼酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、双草...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟传鑫，严涛，张明慧，徐子福，
申请(专利权)人：安普瑞斯无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32