[发明专利]补锂负极片及其制备方法、锂离子超级电容器、锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种补锂负极片及其制备方法、锂离子超级电容器、锂离子电池，属于储能器件技术领域。

背景技术

锂离子二次电池和锂离子超级电容器的负极在首次充放电过程中存在一定程度的不可逆嵌锂，造成锂离子电池和锂离子超级电容器的容量损失，另外，不可逆嵌锂还会导致极片表面的阴离子不可逆吸附，造成电解液离子浓度的降低和电池、电容器容量的衰减。采用负极预嵌锂的方式能够很好地解决上述问题。

富士重工的Osamu Hatozaki等人在2006年第十六届国际电化学电容器研讨会上报道了一种锂超级电容器，该锂超级电容器的负极是以经过金属锂片处理过的嵌锂炭材料，正极是活性炭，其工作电压达3.8V，比能量达到12-30Wh/kg，比功率最高达6kW/kg。但是，这种方法的电极制造工艺十分复杂，组装环境要求十分苛刻，金属锂片作为电极引入电容体系中容易带来安全问题。

三星电机株式会社在申请号为201110321951.5的中国发明专利(2012年7月4日公布，申请公布号：CN102543460A)中公开了一种锂离子电容器，其负极包括预掺杂有锂离子的碳材料，预掺杂方式为将金属锂箔与负极片相对放置，二者之间使用聚丙烯无纺布作为隔膜，持续2小时使负极中掺杂锂离子。这种方法是通过使用锂箔向负极中掺杂锂离子，由于其使用了金属锂箔，而且使用隔膜将负极与锂箔隔开，锂离子向负极中的掺杂渗透效率较低，渗透效果较差，若要达到较高的锂离子渗透率需要很长的渗透时间。而且使用金属锂箔，同样能带来安全问题，锂箔的引入还增加了电解液和隔膜的使用量，增加了生产成本。

为了解决上述问题，现有技术中一般采用锂粉铺在负极片表面进行嵌锂的方式，即直接将锂粉通过筛网震动或在电场下均匀铺撒于负极片表面。该方法操作相对简便，成本相对较低，也降低了安全风险。但是，这种方法一般使用的干的锂粉，在铺撒过程中容易出现锂粉飘落的情况，容易带来安全隐患。

为了避免锂粉飘落存在的安全隐患，现有技术中存在一种采用一种将锂金属与负极基材制成浆液涂覆在集流体上制成嵌锂负极片的方法，这种方法能够避免补锂过程中锂粉飘落情况的发生，提高了安全性。但是，这种方法得到的嵌锂负极片，锂粉分布在负极材料中间，锂粉部分溶解后，易导致锂粉形成孤立状态，与负极电子绝缘，导致锂粉的利用效率低下。而且，由于负极材料通常为较细的石墨粉体材料，与锂粉很难实现均匀混合，锂粉容易漂浮在浆液的上层，涂覆后，容易造成锂粉在混合材料中的分布不均匀。

申请号为201210350770.X的中国发明专利(2013年2月6日公布，申请公布号：CN102916164A)公开了一种向锂离子电池正极片补锂的方法，采用将有机锂溶液喷洒在正极片表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入正极片中，干燥后得到嵌锂的正极片。该方法使用湿法补锂，使锂粉分布在负极片表面，避免了锂粉在负极片中分布不均匀的情况。但是，该方法通过有机锂溶液在正极片表面的还原后得到的锂粉来进行补锂，还原得到的锂粉附着在正极片表面，非常容易脱落，在后续加工过程中也容易出现掉粉的现象，无法保证补锂量及补锂效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种补锂负极片，以解决现有技术中负极片嵌锂过程中出现锂粉利用效率低、锂粉易飘落、掉粉的问题。另外提供一种补锂负极片的制备方法和使用该补锂负极片的锂离子超级电容器及锂离子电池。

为了实现以上目的，本发明的补锂负极片的技术方案如下：

一种补锂负极片，包括负极片，所述负极片是由负极集流体以及涂覆在负极集流体表面的负极材料涂层构成的，所述负极材料涂层表面涂覆有锂粉层，所述锂粉层包括均匀混合分布的锂粉和粘结剂，所述锂粉和粘结剂的重量比为60-98:2-4。

本发明将锂粉与粘结剂涂覆在负极片上的负极材料涂层表面，提高了锂粉与负极材料涂层的结合力，使锂粉不容易脱落，提高了锂粉的利用效率。通过在负极片表面涂覆锂粉层，在锂粉的溶解嵌锂过程中，锂粉颗粒之间不会形成空隙，提高了锂粉溶解扩散的效率，也提高了锂粉的使用效率，保证了补锂量和补锂效果。嵌锂后锂粉发生溶解，锂粉原来的位置形成了孔隙率超高的多孔层，不影响锂离子在负极、隔膜、正极之间的传导。

本发明的补锂负极片的制备方法的技术方案如下：

补锂负极片的制备方法，包括如下步骤：

1)a.取负极片，所述负极片由负极集流体以及涂覆在负极集流体表面的负极材料涂层构成；

b.将锂粉、粘结剂加入溶剂中，均匀分散，得到锂粉混合浆料；