一种锂离子电池的补锂方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池的补锂方法，涉及锂离子电池技术领域，在锂离子电池的正极中添加补锂剂，具体步骤为：将正极活性材料、粘结剂、导电剂和补锂剂在有机溶剂中充分混合制成浆料，然后将浆料均匀涂覆于集流体表面，干燥，得到补锂正极极片；本发明专利技术制备的补锂正极极片在锂离子电池首次充电过程中可以通过添加的补锂剂来提供过量锂源，以弥补因负极形成SEI膜而对活性锂造成的不可逆消耗，从而提升锂离子电池的首圈库伦效率和循环性能。锂离子电池的首圈库伦效率和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池的补锂方法

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[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池的补锂方法。

技术介绍
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[0002]锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li
+
在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。充电时，Li
+
从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池的能量密度大，平均输出电压高，自放电小，没有记忆效应，工作温度范围为
‑
20℃～60℃；循环性能优越，可快速充放电，充电效率高达100％，输出功率大，使用寿命长；而且不含有毒有害物质，被称为绿色电池。
[0003]锂离子电池在首次充电时从正极脱出的Li
+
会在负极发生反应形成SEI膜或发生其它副反应，造成活性Li
+
损失，这样在电池放电时就无法有同等的Li
+
从负极脱出返回正极，导致电池首次库伦效率和电池容量低。补充活性锂是解决这一问题的有效手段，目前已报道的补充活性锂的主要途径是负极补锂和正极补锂两种。
[0004]负极补锂包括金属锂物理混合锂化(如在负极中添加金属锂粉或在极片表面辊压金属锂箔)、化学锂化(使用丁基锂等锂化剂对负极进行化学预嵌锂)、自放电锂化(负极与金属锂在电解液中接触完成自放电锂化)、电化学预锂化(在电池中引入金属锂作为第三极，负极与金属锂第三极组成对电极充放电完成预锂化)。正极补锂是向锂离子电池的正极中添加具有高不可逆容量的含锂化合物，根据化合物的种类不同，可以分为以Li2O、Li2O2、Li2S为代表的二元含锂化合物，以Li6CoO4、Li5FeO4为代表的三元含锂化合物、以Li2DHBN、Li2C2O4为代表的有机含锂化合物。补锂技术的应用不仅提高了锂离子电池的容量，还可以提升锂离子电池的的循环寿命。

技术实现思路
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[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种锂离子电池的补锂方法，通过在锂离子电池的正极中添加补锂剂制备补锂正极极片，目的是提供过量锂源来弥补负极形成SEI膜对活性锂的消耗，从而提升锂离子电池的首圈库伦效率和循环性能。
[0006]本专利技术的目的是提供一种锂离子电池的补锂方法，在锂离子电池的正极中添加补锂剂，具体步骤为：将正极活性材料、粘结剂、导电剂和补锂剂在有机溶剂中充分混合制成浆料，然后将浆料均匀涂覆于集流体表面，干燥，得到补锂正极极片。
[0007]优选地，所述补锂剂是将锂源、钴源和锌源混合均匀后于氧化氛围中烧结而得到。
[0008]优选地，所述锂源为氢氧化锂。
[0009]优选地，所述钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的一种或几种。
[0010]优选地，所述锌源为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中的一种或几种。
[0011]优选地，所述锂源、钴源和锌源的摩尔比为(2～2.5):1:1，以锂元素、钴元素和锌元素的摩尔量计。
[0012]优选地，所述锂源、钴源和锌源的混合方式为研磨或球磨。也可采用机械搅拌的方式，但是混合效果不如研磨和球磨。
[0013]优选地，所述氧化氛围为空气氛围或氧气氛围。
[0014]优选地，所述烧结的温度为800～1000℃，时间为2～12h。可采用一次性升温的方式，也可采用分阶段升温的方式。
[0015]优选地，所述烧结的升温速率为1～10℃/min。在进行分阶段升温时，也可采用不同的升温速率。
[0016]优选地，所述锂源、钴源和锌源经烧结后还要进行冷却、水洗、烘干。即所述补锂剂是将锂源、钴源和锌源混合均匀后于氧化氛围中烧结并经冷却、水洗、烘干而得到。
[0017]优选地，所述正极活性材料、粘结剂、导电剂的质量比为(80～90):(5～10):(5～10)。
[0018]优选地，所述补锂剂的用量为正极活性材料质量的1
‑
10％。
[0019]优选地，所述正极活性材料为钴酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂中的一种。也可采用本领域常用的其它正极活性材料。
[0020]优选地，所述粘结剂为含氟树脂。也可采用本领域常用的其它粘结剂，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯等。进一步优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PDVF)。
[0021]优选地，所述导电剂为乙炔黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的一种或几种。也可采用本领域常用的其它导电剂。
[0022]优选地，所述有机溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中的一种。也可采用本领域常用的其它有机溶剂，且在此对有机溶剂的用量不作限定，只要能配制成易进行涂覆的均匀浆料即可。
[0023]优选地，所述集流体为铝箔。集流体的作用主要是为电化学反应提供电子通道，加快电荷转移，减少电化学极化，提高充放电库仑效率，而极少参加Li
+
的嵌脱反应。铝箔作为锂电池正极的对电极时，无明显腐蚀，其极化电流在正极的整个极化电位范围内均呈现较小并且稳定，嵌锂容量极小。
[0024]优选地，所述干燥为真空干燥。可根据有机溶剂的沸点选择合适的干燥温度。
[0025]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在锂离子电池的正极中添加补锂剂而制备得到补锂正极极片，该补锂正极极片在锂离子电池首次充电过程中可以通过添加的补锂剂来提供过量锂源，以弥补因负极形成SEI膜而对活性锂造成的不可逆消耗，从而提升锂离子电池的首圈库伦效率和循环性能；并且本专利技术提供的补锂方法具有操作简便、重复性好的特点，可以应用于规模化生产。
具体实施方式：
[0026]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。
[0027]实施例和对比例中所用材料的来源说明：
[0028]铝箔购自德斯科电子科技有限公司，厚度为10μm。
[0029]科琴黑购自广州恒德力新能源科技有限公司，型号为Carbon ECP。
[0030]乙炔黑购自东莞市致唯新材料有限公司，型号为LI
‑
435。
[0031]金属锂片购自深圳市微峰电子有限公司，规格为15.6mm
×
0.45mm。
[0032]聚丙烯微孔薄膜购自深圳市锂优新能源科技有限公司，厚度为20μm，孔隙率为37～47％。
[0033]实施例1
[0034]1、补锂剂的制备：将摩尔比为2:1:1(以锂元素、钴元素和锌元素的摩尔量计)的氢氧化锂、六水合硝酸钴和六水合硝酸锌通过研磨的方式混合均匀后于空气氛围中以5℃/min的升温速率升温至800℃烧结8h，冷却、水洗、烘干。
[0035]2、补锂正极极片的制备：将质量比为80:10:10的钴酸锂、PDVF、科琴黑和占钴酸锂质量的10％补锂剂在NMP中充分混合制成浆料，然后将浆料均匀涂覆于铝箔表面，真空干燥，得到补锂正极极片。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的补锂方法，其特征在于：在锂离子电池的正极中添加补锂剂，具体步骤为：将正极活性材料、粘结剂、导电剂和补锂剂在有机溶剂中充分混合制成浆料，然后将浆料均匀涂覆于集流体表面，干燥，得到补锂正极极片。2.根据权利要求1所述的锂离子电池的补锂方法，其特征在于：所述补锂剂是将锂源、钴源和锌源混合均匀后于氧化氛围中烧结而得到。3.根据权利要求2所述的锂离子电池的补锂方法，其特征在于：所述锂源为氢氧化锂；所述钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的一种或几种；所述锌源为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的锂离子电池的补锂方法，其特征在于：所述锂源、钴源和锌源的摩尔比为(2～2.5):1:1，以锂元素、钴元素和锌元素的摩尔量计。5.根据权利要求2所述的锂离子电池的补锂方法，其特征在于：所述氧化氛围为空气氛围或氧气氛围。6.根据权利要求2所述的锂离子电池的补锂方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李朋，郑中平，
申请(专利权)人：广东言九电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：