[发明专利]锂离子电池的补锂电极片、补锂隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池的补锂电极片、补锂隔膜及其制备方法，其中，补锂电极片包括集流体层、电极材料层和补锂层，所述电极材料层涂覆于集流体层上，所述补锂层涂覆于所述电极材料层上；补锂隔膜，包括补锂层和隔膜层，所述补锂层在所述隔膜层的表面；所述补锂层的厚度介于200nm至10μm之间，所述补锂层的成分包括金属锂和添加成分，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的无机材料，和/或，能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料；所述补锂层中金属锂的质量含量占50wt.％～99wt.％。本发明的补锂层的具有超薄可控的厚度，能够调节补锂的量，金属锂的含量高，具有更有效的补锂效率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及了一种锂离子电池的补锂电极片、补锂隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有较高的比容量、高工作电压、长使用寿命、无记忆效应、安全性高等优点，在小型设备、测量仪器、电器等轻量化的装置中逐步替代了传统的铅酸、Ni-MH和Ni-Cd等电池得到广泛的应用。近年来，随着移动设备、车辆电气化、电网存储以、5G信息传输技术、生物芯片和可穿戴电子设备的快速发展，现有的锂离子电池已经难以满足应用，市场迫切需求能够适应不同应用场景的高能量密度电池。

通常，在锂离子电池首次充放电过程中，电极材料和电解液在固液界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料的表面的固体电解质界面膜，简称SEI膜，SEI膜的形成而消耗部分锂，会造成正极材料锂的损失，从而降低电池的容量，造成首次效率的降低。另外，在锂离子电池循环过程中SEI膜消耗及修复，正负极内部都会不同程度存在不可逆锂而带来容量的损失，导致电池的循环寿命降低。特别是当负极片中的活性物质为合金材料(如硅合金和锡合金等)时表现得尤为明显。目前，工业上采用在石墨体系中掺入少量(10％)硅材料的方式来达到提高容量的目的，高比容量的硅负极材料已初步实现商业化应用，但是由于硅负极较低的首次库伦效率限制了其掺入量，也限制了硅/石墨复合负极的容量。为了提高锂离子电池的首次库伦效率，减小SEI膜形成对锂的消耗，对锂离子电池进行补锂的技术显得亟待开发。

已公开的补锂技术如专利公开号：CN109244364A，一种补锂正极极片及其制备方法，将锂金属粉末以及陶瓷粉末和/或无机盐粉末、导电炭混合得到混合粉末，将所述混合粉末与粘结剂以及有机溶剂混合，得到浆料涂覆与电极材料的表面。或者，专利公开号：CN102916164A，一种向锂离子电池正极片补锂的方法，将补锂添加剂与电极材料混合形成浆料涂覆于电极片上，这类补锂方法锂含量低，还会向电极片上引入非电导性材料，增加电极片的阻抗，从而降低电池的电化学性能。

发明内容

本发明针对锂离子电池由于形成SEI膜的锂消耗，导致的负极首次库伦效率低的技术问题，第一方面，提供一种锂离子电池的补锂电极片，包括集流体层、电极材料层和补锂层，所述电极材料层涂覆于集流体层上，所述补锂层涂覆于所述电极材料层上，其中，所述补锂层的厚度介于200nm至10μm之间，所述补锂层的成分包括金属锂和添加成分，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的无机材料，和/或，能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料；所述补锂层中金属锂的质量含量占50wt.％～99wt.％。

在一些实施例中，所述表面含有卤族元素官能团的无机材料具有二维或层状结构，包括过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物、石墨烯或石墨片的一种或多种；所述卤族元素官能团包括-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种；所述能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料包括金属氧化物、碳材料或过渡金属硫族化合物中的一种或多种。

在一些实施例中，所述补锂层的成分还包括能够降低液态金属锂的合金元素，所述合金元素包括Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一种或多种。

在一些实施例中，所述补锂电极片为锂离子电池的负极片，所述电极材料层的成分为锂离子电池的含硅的负极材料。