[发明专利]一种用于锂二次电池的补锂浆料及锂二次电池的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于锂二次电池的补锂浆料，包括：含锂化合物、导电剂、粘合剂和有机溶剂，所述粘合剂为可溶于非水电解质溶液的粘合剂。本发明所得的锂二次电池在保证电池的循环性能不变，显著的提高了锂二次电池的能量密度。

技术领域

本发明涉属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种向锂离子电池正极极片或隔膜补锂的方法。

背景技术

采用非水电解质的锂二次电池具有比能量高、环境污染小等优点。自从1990年日本索尼公司率先推出商用的锂二次电池以来，锂二次电池在移动电话、便携式电脑、摄像机等电子消费产品中获得广泛的应用。随着智能手机、笔记本电脑等电子产品技术的不断发展，对锂二次电池的能量密度要求越来越高。

非水电解质锂二次电池在首次充放电过程中，由于形成了固体电解质(SEI)膜，该过程会消耗部分可逆的锂离子，造成有效锂离子数量的降低，直接导致电池的容量损失，从而降低了电池的能量密度。以石墨体系碳材料为负极的锂二次电池，由负极造成的容量损失率在10％左右；以硅材料、硅氧材料、硅合金材料为负极的锂二次电池，首次充放电效率更低，由负极造成的容量损失率更高，对于整个电池的容量而言，影响更为明显。因此，需要借助补锂工艺，补充首次嵌锂过程中不可逆的容量损失。

目前，补锂工艺主要分为两大类：1)负极补锂工艺；2)正极补锂工艺，其中负极补锂工艺是我们最为常见的补锂方法，例如锂粉补锂和锂箔补锂，都是目前各大厂商正在重点发展的补锂工艺。锂粉补锂工艺通过喷洒和匀浆加入等工艺将适量的锂粉加入到负极之中。锂箔补锂也是近年来新兴的补锂工艺，将金属锂箔碾压致数微米的厚度，然后与负极复合、碾压。电池在注液后这些金属锂迅速与负极反应，嵌入到负极材料之中，从而提升材料的首次效率。但是，这些方法都不得不面对一个问题—“金属锂的安全性问题”。金属锂是高反应活性的碱金属，能够与水剧烈反应，使得金属锂对环境的要求十分高，这就使得这两种负极补锂工艺都要投入巨资对生产线进行改造，采购昂贵的补锂设备，同时为了保证补锂效果，还需对现有的生产工艺进行调整。

相比于高难度、高投入的负极补锂工艺，正极补锂更容易实现，典型的正极补锂的工艺是在正极匀浆的过程中，向其中添加少量的高容量正极材料，在充电的过程中，多余的Li元素从这些高容量正极材料脱出，嵌入到负极中补充首次充放电的不可逆容量。正极补锂工艺最大的优势是工艺简单，不需要对现有的锂离子电池生产工艺进行改变，不需要昂贵的补锂设备，更为重要的是正极补锂工艺的安全性非常好。但是，正极补锂过程中可能会导致正极中活性物质的比例下降，并且这些补锂后的产物是没有活性，因此影响了锂离子电池能量密度的进一步提高。

发明内容

发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种安全性高、成本低、既能够补充首次嵌锂过程中不可逆的容量损失又不会导致正极的活性物质比例下降的补锂方法，进而提高非水电解质锂二次电池的能量密度。

为了实现以上目的，本发明提供了一种锂二次电池的补锂浆料，包括：含锂化合物、导电剂、粘合剂和有机溶剂，所述粘合剂可以溶于非水电解质溶液中。

本发明的补锂浆料中，所述粘合剂与非水电解质中的碳酸酯类溶剂有较好的相溶性，在非水电解质的浸润下可缓慢溶解于非水电解质。作为一种实施方式，所述粘合剂为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚环氧乙烷(PEO)及聚氯乙烯(PVC)中至少一种。

补锂浆料中粘合剂的含量以能够使含锂化合物和导电剂附着在正极极片(或隔膜)表面又不会使电解液粘度变大为宜。作为一种实施方式，以含锂化合物、导电剂和粘合剂的总量为基准，所述粘合剂的质量百分含量为2～20％。作为一种实施方式，以含锂化合物、导电剂和粘合剂的总量为基准，所述粘合剂的质量百分含量为5～10％。