【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，涉及一种补锂负极极片及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
1、随着电子产品与电动汽车的飞速发展，人们对高能量密度、高功率密度的锂离子电池需求日益提高。目前最成熟常见的负极材料为石墨，石墨负极的首圈库伦效率高，且在循环稳定性、价格等方面很好的满足了商业化需求，但是其较低的理论能量密度已经无法满足现有的能量密度要求。为了进一步提高锂离子电池能量密度，必须使用理论比容量更高的负极材料，比如硅负极、硅氧负极、锡碳负极等。一般而言，锂离子电池首圈充放电过程中会在负极表面生成sei膜，消耗部分锂离子。生成sei膜消耗的锂离子量越多，则电池的首圈库伦效率越低，后续循环中可逆容量也就越低。
2、为了提高电池首次效率，业界普遍采用负极补锂的方式，现有的负极补锂技术，一般都是把金属锂或金属锂的混合物通过各种方式，与负极活性物质混合，如cn109755502a公开了硅碳负极补锂极片的制备方法，所述方法包括将锂粉、硅粉、碳源及导电剂在超临界流体的氛围中保护分散制备成补锂混合物，负极活性物质、补锂物质及导电剂的配比及分散工艺；在负极集流体上涂布负极浆料，得到负极极片。上述方案存在以下问题：这种方法有几个问题不易解决：一是负极制浆必须用非水溶剂，以避免锂粉遇水失效和引起安全事故；二是匀浆-涂布全过程中需在干燥环境下进行，增加了成本；三是锂粉被负极活性物质吸收溶解后会在极片内部形成空穴，或使极片表面不平整、厚度不均一，容易导致安全问题。
3、或通过辊压的方法将金属锂带直接压在负极活性物质层表面，如cn2172
4、因此，如何实现负极的有效补锂，同时避免安全问题的产生，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种补锂负极极片及其制备方法和锂离子电池。本专利技术提供的补锂负极极片，通过阻隔层即实现了锂离子的有效传输，又避免了金属锂层与负极直接接触，同时导电连接层与集流体形成封闭结构，将负极活性物质层、阻隔层和金属锂层容纳其中，实现了电子导通，提升了补锂效果的同时，还避免了安全问题的出现。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种补锂负极极片，所述补锂负极极片包括负极集流体，沿靠近所述负极集流体至远离负极集流体的方向，在所述负极集流体的至少一侧依次层叠设置负极活性物质层、阻隔层、金属锂层和导电连接层；所述导电连接层的两端与所述负极集流体相连。
4、本专利技术提供的补锂负极极片，通过阻隔层即实现了锂离子的有效传输，又避免了金属锂层与负极直接接触，同时导电连接层与集流体形成封闭结构，将负极活性物质层、阻隔层和金属锂层容纳其中，实现了电子导通，提升了补锂效果的同时，还避免了安全问题的出现。
5、本专利技术在在负极活性物质层和金属锂层之间设置阻隔层，所述阻隔层具有传输离子功能，具有离子通路的作用，从而传导锂离子，使锂离子能够与负极活性物质层接触，进而实现对负极的补锂；同时阻隔层还使金属锂层与负极活性物质层隔开，避免金属锂和负极活性物质层直接接触，进而发生短路补锂；阻隔层与负极活性物质层粘合在一起，能够有效防止热失控，提高了电池的热稳定性，避免对循环的影响；还能够防止负极活性物质层在充放电过程中，因体积膨胀过快而导致的层间结合力降低，膜层脱落或破裂引起的安全风险，在保证补锂效果的同时，提高了补锂过程的安全性。
6、所述导电连接层具有导电子和导离子的功能，导电连接层的两端与集流体相连，实现了电子导通，通过集流体、负极活性物质层、阻隔层、金属锂层和导电连接层的联合作用，在电池内部实现金属锂和负极的半电池，实现了非短路补锂，提高了电池首效和循环性能；此外，通过调整导电连接层的电导率，可以控制补锂层的补锂速度，进而控制补锂过程温升，提高工艺安全性。
7、即本专利技术提供的补锂极片中各个层状结构以及层叠顺序协同配合，缺一不可，才能既实现有效的补锂效果，又避免加工以及后续使用过程中出现安全问题。
8、优选地，所述阻隔层浸润电解液后的离子电导率＞0.1ms/cm，例如0.15ms/cm、0.2ms/cm、0.3ms/cm、0.4ms/cm、0.5ms/cm、0.6ms/cm、0.7ms/cm、0.8ms/cm、0.9ms/cm、1ms/cm、1.3ms/cm、1.5ms/cm或2ms/cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
9、优选地，所述阻隔层的电子电导率＜0.001ms/cm，例如0.0009ms/cm、0.0005ms/cm或0.0001ms/cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
10、本专利技术提供的阻隔层，其浸润电解液后具有较高的离子电导率而兼具较低的电子电导率，一方面能够阻隔负极活性物质与金属锂层的直接接触，避免了断路补锂的风险，另一方面，阻隔层浸润电解液后具有较高的离子电导率可以使得电解液与负极活性物质之间形成及较为通畅的离子传导通路，有利于锂离子在正负极之间的传输，提高电池的循环性能。
11、优选地，所述阻隔层的厚度为0.5～5μm，例如0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12、考虑到阻隔层厚度对电池能量密度的影响，本专利技术提供的阻隔层不宜过厚，避免造成电池能量密度的降低。
13、优选地，所述阻隔层中的材料包括含x的化合物、固态电解质材料或隔膜材料中的任意一种或至少两种的组合，其中，所述x包括al、si、ti、zn、mg、zr、ca或ba中的任意一种或至少两种的组合。
14、优选地，所述含x的化合物包括括x元素的氧化物、x元素的氮化物或x元素的卤化物中的任意一种或至少两种的组合。
15、可选地，x元素的卤化物包括x元素的氟化物、x元素的氯化物、x元素的溴化物及x元素的碘化物中的一种或多种，优选x元素的氟化物。
16、作为示例，阻隔层材料可选自al的氧化物(如al2o3、alo(oh)等)、al的氮化物、al的氟化物、si的氧化物、si的氮化物、si的氟化物、ti的氧化物、ti的氮化物、ti的氟化物、zn的氧化物、zn的氮化物、zn的氟化物、mg的氧化物、mg的氮化物、mg的氟化物、zr的氧化物、zr的氮化物、zr的氟化物、ca的氧化物、ca的氮化物、ca的氟化物、ba的氧化物、ba的氮化物及ba的氟化物中的一种或多种。
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1.一种补锂负极极片，其特征在于，所述补锂负极极片包括负极集流体，在所述负极集流体的至少一侧依次层叠设置负极活性物质层、阻隔层、金属锂层和导电连接层；所述导电连接层的两端与所述负极集流体相连。
2.根据权利要求1所述的补锂负极极片，其特征在于，所述阻隔层浸润电解液后的离子电导率＞0.1mS/cm；
3.根据权利要求1或2所述的补锂负极极片，其特征在于，所述阻隔层中的材料包括含X的化合物、固态电解质材料或隔膜材料中的任意一种或至少两种的组合，其中，所述X包括Al、Si、Ti、Zn、Mg、Zr、Ca或Ba中的任意一种或至少两种的组合；
4.根据权利要求1-3任一项所述的补锂负极极片，其特征在于，所述金属锂层中的材料包括金属锂、锂硅合金、锂铝合金、锂硼合金或锂镁合金中的任意一种或至少两种的组合；
5.根据权利要求1-4任一项所述的补锂负极极片，其特征在于，所述导电连接层的电子电导率＞0.0001mS/cm；
6.根据权利要求1-5任一项所述的补锂负极极片，其特征在于，所述导电连接层包括导电材料、结构材料和粘结剂；
8.一种如权利要求1-7任一项所述的补锂负极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的补锂负极极片的制备方法，其特征在于，在所述负极集流体表面涂覆负极浆料后，依次进行干燥和辊压处理，得到负极活性物质层。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1-7任一项所述的补锂负极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种补锂负极极片，其特征在于，所述补锂负极极片包括负极集流体，在所述负极集流体的至少一侧依次层叠设置负极活性物质层、阻隔层、金属锂层和导电连接层；所述导电连接层的两端与所述负极集流体相连。
2.根据权利要求1所述的补锂负极极片，其特征在于，所述阻隔层浸润电解液后的离子电导率＞0.1ms/cm；
3.根据权利要求1或2所述的补锂负极极片，其特征在于，所述阻隔层中的材料包括含x的化合物、固态电解质材料或隔膜材料中的任意一种或至少两种的组合，其中，所述x包括al、si、ti、zn、mg、zr、ca或ba中的任意一种或至少两种的组合；
4.根据权利要求1-3任一项所述的补锂负极极片，其特征在于，所述金属锂层中的材料包括金属锂、锂硅合金、锂铝合金、锂硼合金或锂镁合金中的任意一种或至少两种的组合；
【专利技术属性】
技术研发人员：刘京亮，冯玉川，李峥，陈凯，何泓材，
申请(专利权)人：苏州清陶新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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