一种第三电极极片制造技术

为克服现有硅负极

【技术实现步骤摘要】
一种第三电极极片、卷芯、锂离子电池及其预锂化方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种第三电极极片
、
卷芯
、
锂离子电池及其预锂化方法
。

技术介绍

[0002]随着技术的不断发展，电子设备在人们生活中得到广泛的应用，例如手机
、
笔记本
、
智能穿戴产品
、
电动车等
。
随着设计功能的日趋完善
、
强大，电子设备的功耗也逐渐增加，对锂离子电池能量密度提出了更高的需求，要求锂离子电池能量密度更高，充电速度更快，使用温度范围更广
。
石墨体系发展已经接近极限，硅负极以其极高的比容量，能提升锂离子电池能量密度，受到广泛关注，硅负极体系电池逐渐得到发展应用
。
[0003]硅负极最大的优势便是极高的比容量，可以明显提升电池能量密度，目前主要应用的路线有硅氧负极
、
纳米硅
、
硅碳负极等材料
。
目前硅氧负极材料主要的问题在于首效较低，在首次充电过程中会消耗大量的活性锂离子，导致电池的容量降低，而电池活性锂离子的来源是正极材料，例如钴酸锂
、
三元正极
、
磷酸铁锂等，活性锂离子消耗后无法得到补充，导致容量发挥降低较为明显
。
另一个问题是硅氧
、
纳米硅
、
硅碳等负极材料循环膨胀收缩大，在循环过程中存在
SEIr/>膜的破裂与修复，对活性锂离子存在持续的消耗，导致循环衰减加速
。
[0004]故硅氧材料一般会进行预锂化，提前与材料中不可逆部分反应，降低充电不可逆容量，减少全电池里活性锂的损失，提升全电池的容量发挥
。
但硅氧材料进行前端的材料预锂化时，会残留较多的锂在材料表面，导致配制浆料加工时，浆料呈强碱性，导致粘结剂失效，浆料粘度极低，无法顺利加工，由于粘结剂失效，极片膨胀也较大，导致了循环性能的恶化
。
[0005]硅碳
、
纳米硅材料，由于材料中无氧元素，不可逆部分少，首效较高，但由于无氧元素，缺少二氧化硅等材料的缓冲，材料膨胀相对更大
。
硅氧
、
纳米硅
、
硅碳等材料由于膨胀相较石墨更大，循环过程中活性锂消耗较快，导致循环衰减快，目前主要的改善策略有硅基材料纳米化，结构预留多孔等，然后对其进行二次颗粒造粒，然后进行碳包覆
、
人造
SEI
包覆等，增大材料粒度，减小比表，降低副反应的发生，但由于硅负极材料的循环过程中体积膨胀大，包覆层易破裂，改善效果暂无法达到理想水平
。
[0006]其他的负极预锂化方法：
①
电化学补锂，通过电解的方法将电芯
、
盐桥
、
锂金属相连接，对负极进行补锂，但此方法需要对电芯进行逐个补锂，效率较低，而且电芯需接触到电解液，会影响后续的加工过程；
[0007]②
锂箔
、
极片同步压延等，由于锂金属的引入，制程环境需在低湿
、
惰性气体氛围下进行，才能保证锂金属性能不受影响，但仍具有较高的安全风险；
[0008]③
电池中引入锂金属作为第三极进行补锂，则将安全风险从制程过程延续到了电芯的使用过程中，实际应用还有部分问题需进一步的解决优化；
[0009]目前常规的补锂方法是将富锂锰等高克容量材料作为正极补锂添加剂到正极材
料中，提高正极的首次充电克容量，以弥补负极不可逆的损失，但使用过程中存在以下问题：
①
适用电压范围不同，富锂锰等材料，需将充电电压提升至
4.8V
，才能有较高的克容量发挥，但在商用锂离子电池中，正极多为钴酸锂
、
三元
、
磷酸铁锂等材料，充电电压较低，无法达到
4.8V
的电压，为充分发挥富锂锰的克容量，则需提升充电电压至
4.6
‑
4.8V
，对其他组分造成不可逆的性能恶化；若维持正常电压，则富锂锰等材料高克容量无法发挥，无法起到补锂的作用，对性能造成浪费；
②
富锂锰等作为补锂添加剂碱性较强，少量添加
(3
％
‑5％
)
就会极大增强浆料碱性，使得浆料配制需维持在低湿环境，否则浆料极易凝胶，导致浆料无法涂布而报废，对整体正极环境要求提高，因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题
。

技术实现思路

[0010]针对硅氧负极首效低的问题，改善硅负极
/
石墨负极长循环性能活性锂损失导致循环衰减的问题，避免制程
、
使用过程中存在的安全性问题的问题，本专利技术提供了一种第三电极极片
、
卷芯
、
锂离子电池及其预锂化方法
。
[0011]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0012]本专利技术一方面提供了一种第三电极极片，所述第三电极极片包括金属箔
、
以及位于所述金属箔的至少一个表面的活性物质层，所述活性物质层包括活性材料
、
导电剂和粘结剂，所述活性材料包括富锂材料
。
[0013]可选的，所述富锂材料包括富锂锰材料
、
镍酸锂
、
富锂铁酸锂中的一种或多种，所述富锂材料在所述活性物质层中的质量百分含量为
90
％
‑
99
％
。
[0014]可选的，所述导电剂选自导电炭黑
(Super P)、
乙炔黑
、
碳纤维
、
碳纳米管
(CNTs)、
石墨
、
科琴黑
、
石墨烯或导电聚合物中的一种或多种，所述导电剂在所述活性物质层中的质量百分含量为
0.1
％
‑5％
。
[0015]可选的，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯
(PVDF)、
聚酰亚胺
(PI)、
聚丙烯酸
(PAA)、
聚甲基丙烯酸甲酯
(PMMA)、
聚四氟乙烯
(PTFE)
中的一种或多种，所述粘结剂在所述活性物质层中的质量百分含量为
0.2
％
‑8％
。
[0016]可选的，所述金属箔为铜箔
、
铝箔
、
镍箔或铂箔
。
[0017]可选的，所述金属箔为多孔结构或网状结构，孔径相同并均匀分布
。
[0018]本专利技术另一方面提供了一种卷芯，包括负极片
、
正极片
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种第三电极极片，其特征在于：所述第三电极极片包括金属箔
、
以及位于所述金属箔的至少一个表面的活性物质层，所述活性物质层包括活性材料
、
导电剂和粘结剂，所述活性材料包括富锂材料
。2.
根据权利要求1所述的第三电极极片，其特征在于：所述富锂材料包括富锂锰材料
、
镍酸锂
、
富锂铁酸锂中的一种或多种，所述富锂材料在所述活性物质层中的质量百分含量为
90
％
‑
99
％
。3.
根据权利要求1所述的第三电极极片，其特征在于：所述导电剂选自导电炭黑
、
乙炔黑
、
碳纤维
、
碳纳米管
、
石墨
、
科琴黑
、
石墨烯或导电聚合物中的一种或多种，所述导电剂在所述活性物质层中的质量百分含量为
0.1
％
‑5％
。4.
根据权利要求1所述的第三电极极片，其特征在于：所述粘结剂选自聚偏氟乙烯
(PVDF)、
聚酰亚胺
(PI)、
聚丙烯酸
(PAA)、
聚甲基丙烯酸甲酯
(PMMA)、
聚四氟乙烯
(PTFE)
中的一种或多种，所述粘结剂在所述活性物质层中的质量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹喆，陈婷，彭果戈，何畅雷，于立娟，胡大林，廖兴群，
申请(专利权)人：广东省豪鹏新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：