[发明专利]一种锂离子二次电池

说明书

本发明公开了一种锂离子二次电池，由正极极片、负极极片、隔膜、电解液、外壳和电极引出端构成。该电池的正极极片和负极极片的集流体使用多孔的金属箔材，所述正极极片、负极极片中至少其一与含有金属锂的电极连接。该技术主要优势在于含有金属锂的电极在首次充放电时可以提供锂源，从而起到补偿正极和负极形成SEI膜时锂的消耗，提升首次放电容量，尤其适用于首次充放电效率较低的负极体系，例如：含有硅的负极体系。在补锂过程中，锂离子可通过多孔的集流体扩散到整个电池，补锂更为均匀，避免了局部补锂过量造成析锂的安全隐患，且制造过程更为简单可靠。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池技术领域，具体涉及一种可补锂的锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池有高电压、高能量密度等优点，被广泛应用于消费类电子产品、储能系统、动力系统的电源，提升锂离子电池的能量密度是一直以来产业界和学界最为关心的问题。

在电池的首次充电过程中，正负极表面形成表面固体电解质膜(SEI膜)，会消耗锂，将锂不可逆的固化到锂的碳酸盐或者醇盐、酯盐等，从而造成可逆锂的损失，降低首次效率，降低电池放电容量。尤其是应用一些高容量的新型负极活性物质(如含硅负极)时，其首次充电过程的容量损失表现的尤为明显。

为弥补首次充电形成SEI膜的锂损失，现在常用的技术方案是对电池正极或负极片进行补锂。锂金属是最常用的补锂材料。例如申请公布号为CN1290209C的专利文献提出将锂金属粉末作为补锂添加剂与负极材料一起混合匀浆涂覆；再例如申请公开号为CN1830110A的专利文献提出一种预锂化的方法，同样是将金属锂的粉末加入正极或负极材料，使正负极材料预锂化补偿锂离子损耗。但是，粉末状的金属锂过于活泼使用起来有较大安全隐患。

因此，也有一些专利如申请公布号为CN106960945A的专利文献使用锂箔贴合在负极极片表面进行补锂，又如申请公布号为CN107768743A的发明专利和授权公布号为CN207368126U的实用新型都使用了多孔锂网对极片进行补锂。但是，由于锂非常活泼且很软，难以加工，因此很难得到超薄锂箔和多孔锂网，即使得到超薄锂箔或多孔锂网也由于材料太软难以实际操作。对于电池而言需要每一片极片都补锂，这就面临多次称量误差，而且由于金属锂的容量非常高，每片电极的补锂重量很少，较少的称量误差会造成很大的容量误差，可能造成有些极片或极片的某些局部补锂过量，有些极片或极片的某些局部补锂不足，造成安全隐患或性能缺失。同时，这些专利的补锂步骤在碾压或者制片前进行与锂片的贴合，贴合后的极片还要经过制片、卷绕/叠片、焊接极耳等很多复杂工序才会封装注液，意味着在很多工序都必须保护活泼的金属锂，带来很多环境控制成本。

发明内容

本发明的目的在于通过设计制造一种能够补锂的锂离子二次电池来解决现有电池首次充放电锂的不可逆消耗、其它补锂方法制造过程复杂、不可靠的问题。

本发明公开了一种锂离子二次电池，由正极极片、负极极片、隔膜、电解液、外壳和电极引出端构成。该电池的正极极片和负极极片的集流体使用多孔的金属箔材，正极极片与含有金属锂的电极连接和/或负极极片与含有金属锂的电极连接，即所述正极极片、负极极片中至少其一与含有金属锂的电极连接。

正负极集流体使用的多孔金属箔材的孔隙率为5～70％，孔隙率过小会影响锂离子传播路径的长度，孔隙率过大会影响集流体的强度，不方便加工。

正负极集流体使用的多孔金属箔材的孔径为2～1000μm，在同样的孔隙率下，孔径过大会降低孔密度、增加锂离子传播路径的长度，同时涂覆浆料在集流体上时容易漏料。同时，孔径过小的多孔金属箔难以制备取得。

含有金属锂的电极可以是金属锂片也可以是铝或铜或镍或钛与锂箔的复合箔。

金属锂的电极可以将金属锂片直接贴在多孔金属箔的背面，也可以用铝或铜或镍或钛与锂箔的复合箔贴在隔膜外侧并与正极或负极相连接。