一种锂离子电池的正极补锂方法、其产品及产品用途技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池的正极补锂方法、其产品及产品用途；所述正极补锂方法包括将正极活性物质、辅料及正极补锂剂进行干法混合，得到混合粉体，之后制备得到补锂正极极片，所述正极补锂剂包括Li

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池的正极补锂方法、其产品及产品用途
本专利技术属于电池领域，涉及一种锂离子电池的正极补锂方法、其产品及产品用途。
技术介绍
锂离子二次电池由于其输出电压高、循环性能好、能量密度高以及环境友好性而被广泛的应用。随着化石能源的日益减少和全球环保意识的高涨，新能源电动车被认为是未来替代燃油车的最佳选择。而新能源车的普及不可避免的对锂离子电池性能提出了越来越高的要求，比如说长续航性，这就对高能量密度电池的研发给予了市场需求和资源供给。在保证电池安全性能、倍率性能、循环性能需求的同时，更高的能量密度是未来新能源车能大举进入市场取代燃油车的关键。电池能量密度的影响因素有很多，比如：正负极活性物质的克容量、正负极浆料配方、压实密度、面密度、箔材规格、隔膜规格、注液量等等。其中，首次充电过程负极活性物质表面生成的固态电解质界面膜(SEI)是造成电池能量密度下降的重要原因，因为SEI膜的生成需要消耗正极活性物质中的锂源从而导致电芯容量损失、首效降低，这在以硅/锡合金材料为活性物质的负极片中表现得尤为明显。与此同时，SEI膜又有着稳定电芯系统保护负极活性物质的作用，因此，厚度适中、均匀负载的SEI膜不可或缺。在保证SEI膜存在的同时又要使电芯由于生成SEI膜带来的不可逆容量的降低，已有研究人员从正极补锂和负极补锂两方面进行了研究。在正极补锂方面，如CN109546226A提到将补锂物质Li5FeO4、正极活性物质、导电剂、粘结剂和非水系溶剂混合形成浆料，再将此浆料涂覆到正极集流体上，经烘烤、裁切得到新型正极片，再与负极片进行配对卷绕组装入壳制备得到18650电池，其电芯容量得到明显提升。但同时也造成了补锂物质中非锂源成分的残留，留下更多杂质，造成电芯自放电严重、放电容量下降等问题。在负极补锂方面，如CN1290209C中报道将锂金属、负极材料和非水液体混合形成浆料，将浆料涂覆到负极集流体上，干燥浆液制备电池，该方法虽然能够提高首次效率，但由于金属锂高的反应活性，整个操作需要在无水干燥的环境进行，导致操作困难、设备成本投入高。此外，非水溶剂的使用也进一步降低了实验安全性；金属锂直接涂敷在负极活性物质表面或集流体表面进行补锂，虽能起到补锂效果，但会造成补锂不均匀、补锂电流过大造成活性物质结构破坏等隐患，如CN1830110B、CN102082288A和JP1996027910；将金属锂粉通过静电场均匀喷涂在冷压后负极表面，并再次经过辊压使锂粉和负极片得到有效复合从而达到补锂目的，但同时也存在粉尘控制困难、生产安全性低、粒径分布大、补锂范围波动异常等问题，如CN102779975A和CN102779978A；此外，如CN104584278A和CN110224182A所述，通过外接电源、导线与金属锂和电芯的负极相连，通过充放电过程实现对负极片的补锂，但同样存在操作困难，难产量化等问题。因此，开发一种操作简单安全，补锂效率高，化成后无副产物残留，且能优化极片结构的正极补锂方法仍具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池的正极补锂方法、其产品及产品用途；所述正极补锂方法包括将正极活性物质、辅料及正极补锂剂进行干法混合，得到混合粉体，之后制备得到补锂正极极片，所述正极补锂剂包括Li3N；所述方法简化了操作工序，干法混合避免了正极补锂剂中Li3N与溶剂发生副反应消耗，从而改善补锂效果，得到孔隙率相应提高的补锂正极片，进而有利于提升电芯的首效、能量密度、循环性能及倍率性能；且补锂后，正极补锂剂Li3N的副产物氮气在化成阶段被负压抽除，不会影响电池的结构和性能；本专利技术所述正极补锂方法具有成本低，操作简便且补锂效果好的特点。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池的正极补锂方法，所述方法包括将正极活性物质、辅料和正极补锂剂进行干法混合，得到混合粉体，之后制备得到补锂正极极片；其中，所述正极补锂剂包括Li3N。本专利技术所述方法采用Li3N作为正极补锂剂，并采用干法混合工艺，相较于其他补锂剂，例如Li5FeO4、Li2O、Li2O2，其分解电压更低、克容量更高、补锂效果更好，且补锂后还能优化电极结构，提高正极极片的吸液性。本专利技术采用Li3N作为正极补锂剂，通过干法混合，将其掺杂进正极活性物质中，在电池化成过程中，掺杂进正极活性物质中的Li3N作为充电电源的阳极失电子生成Li+和N2，生成的Li+能由电解液、隔膜迁移到负极活性物质表面，再在负极极片的低电位下与电解液反应得到由无机层、有机层和聚合物层共同组成的SEI膜，从而减少了正极活性物质中的Li+的消耗，实现了在保留均匀稳定SEI膜的同时最大限度的发挥正极活性物质中的Li+的目标，而由于Li3N仅具有相对于锂为0.44V的分解电压，可以在目前常用正极主流材料(例如，LiFePO4、Li2CoO2、Li2Mn2O4和LiNixCoyMn1-x-y，x选自…，y选自…)中使用。此外，Li3N在分解后无副产物残留，不会影响电池的结构和性能，而正极补锂剂分解后留下的空隙结构将会更有利于电解液的填充和浸润，从而进一步提升电芯的电化学性能。本专利技术所述方法中正极补锂剂Li3N的副产物N2在化成阶段即可被负压抽除，从而消除过多气体引起电池鼓胀的隐患，也使得正极补锂剂无副产物残留，避免对电池的结构和性能造成不利影响。本专利技术所述正极补锂方法中，采用上述干法混合工艺，避免使用溶剂，一方面，其有利于提高粉体中各组分的一致性、降低由于溶剂使用产生的制样成本和极片烘干过程的能耗；其具有成本经济性、操作简便的特点，另一方面，操作工序简化，同时避免了正极补锂剂中Li3N与正极常用溶剂(例如，N-甲基吡咯烷酮)可能发生的副反应消耗，从而起到较好的补锂作用，得到孔隙率相应提高的补锂正极极片，进而有利于提升电池的首效、能量密度、循环性能以及倍率性能。本专利技术所述正极补锂方法减少正极活性物质中的锂离子在首次充电过程中的消耗，使电芯容量可达到正极锂源活性物质最大理论值，同时在补锂过程中不产生副产物，保证产品具有高的能量密度的同时确保产品的性能。作为本专利技术优选的技术方案，所述正极补锂方法中，将正极活性物质、辅料与正极补锂剂一同添加进行干法混合，简化了操作工序。优选地，所述干法混合的方法包括球磨。优选地，所述球磨的过程在惰性气氛保护下进行。优选地，所述惰性气氛的气体包括氮气、氩气。优选地，所述干法混合后还包括将所述混合粉体喷涂在集流体上。本专利技术所述方法首先将正极活性物质、辅料和正极补锂剂等组分一同添加进行干法混合均匀，之后运用通过喷涂将混合粉体在强静电作用下沉积在集流体上，后续可经热压工艺使得混合均匀、分散一致的各物质之间紧密接触，后续可经制片、组装、化成，得到正极补锂电芯。上述工艺操作简单，避免了溶剂使用，补锂效果好，操作成本低。优选地，所述喷涂为热喷涂。优选地，所述热喷涂的电压为15kV。优选地，所述热喷涂的温度为120℃。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池的正极补锂方法，其特征在于，所述方法包括将正极活性物质、辅料和正极补锂剂进行干法混合，得到混合粉体，之后制备得到补锂正极极片；/n其中，所述正极补锂剂包括Li

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的正极补锂方法，其特征在于，所述方法包括将正极活性物质、辅料和正极补锂剂进行干法混合，得到混合粉体，之后制备得到补锂正极极片；
其中，所述正极补锂剂包括Li3N。


2.如权利要求1所述的正极补锂方法，其特征在于，所述干法混合的方法包括球磨；
优选地，所述球磨的过程在惰性气氛保护下进行；
优选地，所述惰性气氛的气体包括氮气、氩气。


3.如权利要求1或2所述的正极补锂方法，其特征在于，所述干法混合后还包括将所述混合粉体喷涂在集流体上；
优选地，所述喷涂为热喷涂；
优选地，所述热喷涂的电压为15kV；
优选地，所述热喷涂的温度为120℃；
优选地，所述喷涂采用热喷装置，优选为热喷枪；
优选地，所述喷涂的载气包括氮气、氩气等惰性气体；
优选地，所述喷涂为双面喷涂；
优选地，所述喷涂后还包括热压。


4.如权利要求1-3任一项所述的正极补锂方法，其特征在于，所述正极补锂方法的整个操作过程中，空气湿度在0.1％以下。


5.如权利要求1-4任一项所述的正极补锂方法，其特征在于，所述辅料包括粘结剂和/或导电剂；
优选地，以所述正极活性物质、辅料和正极补锂剂的质量之和为100％计，所述正极补锂剂的质量百分含量为0.1～5％。


6.如权利要求1-5任一项所述的正极补锂方法，其特征在于，所述正极活性物质包括LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4和LiNixCoyMn1-x-yO2中的至少一种；其中，x为0.5-0.9，y为0-0.4。

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑，杜双龙，魏成卓，苑丁丁，熊后高，吕正中，刘金成，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44