一种锂离子叠芯及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子叠芯及其应用。本发明专利技术第一方面提供了一种锂离子叠芯，包括交错层叠设置的N个正极片和M个负极片，N≥1，M≥1；其中，所述N个正极片中至少有一个正极片位于所述叠芯的最外层，且位于所述叠芯的最外层的正极片包括正极集流体、正极活性层和补锂层，所述正极活性层设置于所述正极集流体靠近叠芯内部的表面，所述补锂层设置于所述正极集流体远离叠芯内部的另一表面；所述补锂层包括富锂化合物。本发明专利技术提供了一种锂离子叠芯，不仅可以起到补锂的作用，而且不会在正极活性层中留下非活性物质或气孔，可有效提高锂离子电池的电化学性能。电化学性能。电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子叠芯及其应用


[0001]本专利技术涉及一种锂离子叠芯及其应用，涉及锂离子电池


技术介绍

[0002]锂离子电池具有高能量密度、较长的循环寿命以及环境友好等优点，被大量应用在手机、笔记本电脑等便携式电子产品和新能源汽车上。尤其对于新能源汽车，使用锂离子电池作为动力来源可有效缓解能源与环境的问题。其中，锂离子电池的续航能力是解决纯电动汽车“里程焦虑”的关键因素，因此如何提高锂离子电池的能量密度是锂离子电池领域的研究热点。在锂离子电池首次充电过程(化成)中，负极需要形成SEI膜从而消耗大量锂离子，降低了锂离子叠芯的首次充电效率，尤其是对于使用硅碳负极材料的锂离子电池，首次充电效率偏低的问题十分严重，也进一步导致锂离子电池的容量和能量密度偏低。
[0003]预锂化，即补锂技术，是目前解决首效偏低问题的重要策略之一。目前可以采用单质锂源，通过电化学、内部短路、外部短路等方法对负极片进行预嵌锂，但是该方法单质锂源的含量难以控制，存在析锂短路的风险；或者将有机或无机的富锂化合物与正极活性浆料混合涂布在集流体表面，制备得到正极片，锂离子在首次循环后从富锂化合物中脱出，而剩余部分有些会变成没有活性的固定材料，成为锂离子电池中的无效组分，有些以气体形式逸出或溶解在电解液中，在正极片中留下孔洞，无论是变成固定材料或气体都会影响锂离子和电子传输，影响锂离子电池的电化学性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种锂离子叠芯，用于解决现有的补锂技术对锂离子电池电化学性能的影响。
[0005]本专利技术第一方面提供了一种锂离子叠芯，包括交错层叠设置的N个正极片和M个负极片，N≥1，M≥1；
[0006]其中，所述N个正极片中至少有一个正极片位于所述叠芯的最外层，且位于所述叠芯的最外层的正极片包括正极集流体、正极活性层和补锂层，所述正极活性层设置于所述正极集流体靠近叠芯内部的表面，所述补锂层设置于所述正极集流体远离叠芯内部的另一表面；
[0007]所述补锂层包括富锂化合物。
[0008]本专利技术提供了一种锂离子叠芯，包括交错层叠设置的N个正极片和M个负极片，其中，N个正极片中至少有一个正极片位于该叠芯的最外层，且位于所述叠芯最外层的正极片包括正极集流体、正极活性层以及补锂层，其中，正极活性层设置于正极集流体靠近叠芯内部的一个表面，补锂层设置于正极集流体远离叠芯内部的另一表面，而不位于锂离子叠芯最外层的其他正极片可依据现有技术进行设置，即包括正极集流体、设置在正极集流体上表面和下表面的正极活性层，负极片包括负极集流体和设置在负极集流体上表面和下表面的负极活性层；补锂层包括富锂化合物，即富锂化合物不添加在正极活性层中，而是作为补
锂层的主成分设置在锂离子叠芯的最外层。此外，本领域技术人员知晓，正极片与负极片中还设置有隔膜。例如，图1为本专利技术一实施例提供的锂离子叠芯的结构示意图，如图1所示，该锂离子叠芯包括N个正极片和M个负极片，采用“正极片-负极片-正极片-负极片”的顺序依次交错层叠设置，相邻的正极片和负极片之间至少存在一层隔膜，隔膜在图中未示出，该叠芯最外层为第一个正极片和第M个负极片，其中，第一个正极片包括正极集流体101，设置于集流体101靠近叠芯内部上表面的正极活性层102以及设置于正极集流体101远离叠芯内部下表面的补锂层103，而其他正极片，以第N个正极片为例，其包括正极集流体101以及设置在正极集流体101上表面和下表面的正极活性层102，M个负极片均包括负极集流体201以及设置在负极集流体201上表面和下表面的负极活性层202。
[0009]当本专利技术提供的锂离子叠芯浸入电解液中制备成锂离子电池时，位于锂离子叠芯最外层的补锂层中的锂离子可逆或不可逆的嵌入负极片中，不仅可以起到补锂的作用，而且不会在正极活性层中留下非活性物质或气孔，不会影响锂离子电池的电化学性能；此外，由于位于锂离子叠芯最外层的活性层不仅不参与电化学反应，还会增加叠芯的重量，因此，现有技术中锂离子叠芯最外层的活性层属于电化学浪费层，但是如果仅在集流体单面设置活性层，在后续的辊压工序中，极片会出现打卷破损的问题，影响锂离子叠芯的组装效率，而本专利技术提供的锂离子叠芯，补锂层代替了原正极活性层，不仅减轻了锂离子叠芯的总重量，也不会发生极片辊压打卷破损的问题，可显著提升锂离子叠芯的能量密度。
[0010]为了进一步提高锂离子叠芯的能量密度，在一种具体实施方式中，所述锂离子叠芯包括M+1层正极片和M层负极片，即锂离子叠芯最外层均为正极片。
[0011]图2为本专利技术又一实施例提供的锂离子叠芯的结构示意图，如图2所示，包括M+1个正极片和M个负极片，其中，第一个正极片和第M+1个正极片位于锂离子叠芯的最外层，且第一个正极片(图2最下层的正极片)包括正极集流体101、设置在正极集流体101靠近叠芯内部上表面的正极活性层102以及设置在正极集流体101远离叠芯内部下表面的补锂层103，第M+1个正极片(图2最上层的正极片)包括正极集流体101、设置在正极集流体101靠近叠芯内部下表面的正极活性层102以及设置在正极集流体101远离叠芯内部上表面的补锂层103，而第二个正极片至第M个正极片以及M个负极片均依据常规技术手段设置。图2所示的锂离子叠芯中，其最外层全部为补锂层，不仅可以进一步提高富锂化合物的含量，提高补锂效果，而且叠芯中无电化学浪费层，也进一步提高了锂离子叠芯的能量密度。
[0012]富锂化合物可以为现有技术中常见的有机或无机富锂化合物，具体地，所述富锂化合物为Li5FeO4、Li2HBN、LiAlO2、Li3AsO4、Li3BO3、Li2CO3、Li2GeO3、Li3PO4、Li2SO4、Li2SeO4、Li2SiO3、Li2TeO3、叠氮化锂、2-环丙烯-1-酮-2,3-二羟基锂、3-环丁烯-1,2-二酮-3,4-二羟基锂、4-环戊烯-1,2,3-三酮-4,5-二羟基锂、5-环己烯-1,2,3,4-四酮-5,6-二羟基锂、草酸锂、酮丙二酸锂、二酮琥珀酸锂、三酮戊二酸锂中的一种或多种。
[0013]为了避免最外层正极集流体两侧重量不均导致的极片卷边破损的问题，本申请专利技术人对补锂层的厚度进行研究，经研究发现，当所述补锂层的厚度为10μm时，集流体两边的应力可以基本抵消，但本申请专利技术人进一步研究了补锂层的厚度极限，即在极片不发生打卷破损问题的前提下，补锂层的厚度应大于5μm，具体的厚度值可根据实际电池设计的补锂量进行设置。
[0014]本申请也对补锂层中富锂化合物的质量分数进行进一步限制，具体地，所述富锂
化合物的质量为所述补锂层质量的50-99％。
[0015]锂离子叠芯中位于内部的正极片以及M个负极片均依据现有技术进行设置，包括集流体和集流体上表面和下表面的活性层，活性层中包括活性物质，具体地，
[0016]正极片中正极集流体为铝箔；正极活性物质为NCM三元材料、LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4、富锂锰基中的一种或多种。
[0017]由于NCM三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子叠芯，其特征在于，包括交错层叠设置的N个正极片和M个负极片，N≥1，M≥1；其中，所述N个正极片中至少有一个正极片位于所述叠芯的最外层，且位于所述叠芯的最外层的正极片包括正极集流体、正极活性层和补锂层，所述正极活性层设置于所述正极集流体靠近叠芯内部的表面，所述补锂层设置于所述正极集流体远离叠芯内部的另一表面；所述补锂层包括富锂化合物。2.根据权利要求1所述的锂离子叠芯，其特征在于，所述锂离子叠芯包括M+1个正极片和M个负极片。3.根据权利要求1或2所述的锂离子叠芯，其特征在于，所述富锂化合物为Li5FeO4、Li2HBN、LiAlO2、Li3AsO4、Li3BO3、Li2CO3、Li2GeO3、Li3PO4、Li2SO4、Li2SeO4、Li2SiO3、Li2TeO3、叠氮化锂、2-环丙烯-1-酮-2,3-二羟基锂、3-环丁烯-1,2-二酮-3,4-二羟基锂、4-环戊烯-1,2,3-三酮-4,5-二羟基锂、5-环己烯-1,2,3,4-四酮-5,6-二羟基锂、草酸锂、酮丙二酸锂、二酮琥珀酸锂、三酮戊二酸锂中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：田义军，王美丽，申红光，靳玲玲，
申请(专利权)人：珠海冠宇动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：