[发明专利]高强度超薄复合锂箔及其制作方法和锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池领域技术，尤其是指一种高强度超薄复合锂箔及其制作方法和锂离子二次电池。

背景技术

锂离子电池在初次充电化成时会牺牲部分正极材料中的锂离子在负极材料上形成一层“固体电解质界面膜”(solid electrolyte interface),简称SEI膜。不同的负极材料形成这层膜消耗的锂离子不同，目前常用的石墨类负极材料消耗10％左右，硅系和氧化亚硅系复合材料消耗的锂离子更多，甚至可达40％。

目前使用负极补锂方式来解决锂离子的消耗问题，补锂可用锂粉和锂箔两种方式。锂是非常活泼的金属，在遇到氧气和水容易发生剧烈反应导致起火爆炸。锂粉由于颗粒细，表面活性高，非常容易产生爆炸等安全事故，所以锂粉加工制造受限。锂箔相对于锂粉来说，安全性提高很多，但是锂金属非常柔软，锂的莫氏硬度只有0.6，而且锂金属自身非常容易粘连，按照传统的方法加工成几微米的箔材非常困难，一般锂离子电池中用于补锂的锂箔厚度要求在2～100微米，纯锂由于软而且易粘连，制成如此薄的锂箔不可能。如果用比较厚的锂箔补锂，在电池化成过程中补锂不能消耗完金属锂，而这些过量的金属锂存在于电池中会导致电池安全性降低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种高强度超薄复合锂箔及其制作方法和锂离子二次电池，解决锂离子电池的补锂问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种高强度超薄复合锂箔，包含有金属锂和纤维，其将锂金属与纤维加热混合碾压成型，该复合锂箔厚度为2～100微米。

作为一种优选方案，所述复合锂箔的厚度为5～20微米。作为本发明的一种改进，压制的复合金属锂箔厚度为4um～10um，当压制更薄时对压制设备精度要求高，设备成本较高。

作为一种优选方案，所述复合锂箔中纤维材料所占重量百分比为2％～50％。

作为一种优选方案，所述纤维为纳米碳纤维管(Carbon Nanotube,简称CNT)、气相沉积碳纤维(Vapor-grown carbon fiber简称VGCF)、超细碳纤维(Carbon fiber,简称CF)或者超细石墨纤维(Graphite fiber，简称GrF)中的一种或者几种。

作为一种优选方案，所述纤维，直径为100纳米～10微米。

作为一种优选方案，所述纤维，直径为50纳米～50微米。

一种高强度超薄复合锂箔的制作方法，包括下述步骤：

a.将锂金属和纤维置于惰性气体保护的反应器中加热，并恒温搅拌均匀；

b.冷却前述搅拌后的复合锂金属；

c.将前述冷却后的复合锂金属在精密辊压机上以冷压成箔材。

作为一种优选方案，前述步骤a中加热到180.5℃～220℃，恒温搅拌0.6～1.5小时。

作为一种优选方案，前述步骤c中为密辊压机上以间隙为10微米冷压成箔材。

本发明的主要步骤为在惰性气体比如氮气和氩气气氛中，将金属锂加热到180.5℃左右使锂金属熔化，将纤维类材料按照比例加入并搅拌均匀，然后将混合物冷却成带纤维的复合锂金属锭。将复合金属锂锭在精密压膜机上冷压成复合金属锂薄箔。

一种锂离子二次电池，包含正极、负极、隔离膜以及电解液，所述的负极上压合有一层前述复合锂箔用于锂离子电池补锂提高容量。其可以将复合锂箔按照负极材料需要的尺寸覆盖在负极极片上面并用冷压的方式实现复合锂箔粘在负极片上。然后经过与正极、隔膜一起卷绕、注液、封装、化成分容制备成锂离子电池。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，由于锂金属是最轻的金属之一，它的熔点只有180.5℃，碳纤维类材料的熔点远高于锂的熔点，纤维类材料可作为锂膜的增强材料，这就使纤维类复合薄锂箔具备批量生产的条件。本发明提供的复合锂箔在锂箔中掺入纤维类材料，一方面起骨架加强箔的强度作用，提高了锂箔的强度，使薄锂箔的生产成为了可能，克服了超薄锂箔加工存在的瓶颈关键技术；另一方面，掺入的纤维材料可锂金属间的粘连，解决锂箔在加工和使用过程中易粘连的问题，拓宽锂箔的应用范围，使生产的复合锂箔能形成卷材以满足锂离子电池大规模生产的需要。以及，本发明制备方法简单，容易操作，重复性好，成本低廉，且对环境无污染，适合于工业化生产。

为更清楚地阐述本发明的结构特征、技术手段及其所达到的具体目的和功能，下面参照具体实施例来对本发明作进一步详细说明：

具体实施方式

实施例1