一種鋰離子電池的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，特別涉及一種鋰離子電池的制備方法。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池具有高能量密度、高電壓、低自放電和重量輕等優(yōu)點，因此被廣泛應用 于筆記本電腦、數(shù)碼相機、手機、MP3等各種便攜式移動電子設備中。隨著便攜式移動電子 設備向小型化、多功能化的發(fā)展，人們對鋰離子二次電池的能量密度要求越來越高。由于鋰 離子電池在化成的過程中，需要形成固體電解質（SEI)膜，從而消耗了由陰極提供的Li+，帶 來了電池的容量損失，影響了能量密度的提升。對于石墨體系而言，首次化成會帶來約10% 的能量損失；對于一些高容量的合金陽極材料，如硅基、錫基及Sn-Co-Al復合材料等，首次 效率甚至只有60 %~80 %，嚴重影響了合金材料的實際應用和推廣。
[0003] 為了較大幅度地提高電芯的能量密度，需要提高電芯的首次庫倫效率。因此國內 外專家展開了廣泛的研宄，并取得了一些成果：中國專利申請公開號為CN1177417A的專利 采用將金屬鋰片覆蓋在陽極片（采用整片箔材作為集流體）表面，然后卷繞制成電池，再灌 注電解液的方法制備富鋰鋰離子電池。使用該方法補鋰時，由于現(xiàn)有工藝無法生產厚度較 薄的金屬鋰片，因此往往導致陽極片能夠吸收的鋰量遠遠小于金屬鋰片提供的鋰量，使得 補鋰過量、電芯出現(xiàn)析鋰、循環(huán)性能差等問題。公開號為CN103199217A的中國專利提出，采 用打孔后的金屬鋰片覆蓋在陽極片表面，然后卷繞制成電池，再灌注電解液的方法制備富 鋰鋰離子電池，有效地解決了無法生產出足夠薄的金屬鋰片的問題。
[0004] 但是以上這些通過富鋰手段提高電池首次效率、進而提高電池容量的方法，在電 池制備過程中，注液后隨著電解液的浸潤，富鋰物質與被富鋰電極之間形成離子通道和電 子通道時，將在被富鋰物質顆粒表面自發(fā)的形成固體電解質膜（SEI膜），該SEI膜的成膜過 程為不可控過程，形成的SEI膜組成及結構一致性差，因此制備得到的電芯循環(huán)性能較差。
[0005] 有鑒于此，確有必要開發(fā)一種新的鋰離子電池及其制備方法，不僅能對整個電池 體系進行富鋰，同時又能夠形成結構性能一致性好的SEI膜，最終制備得到性能優(yōu)良的電 池。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術的不足，而提供的一種鋰離子電池的制備方法： 該方法主要包括電極制備、富鋰層布置、注液化成（形成SEI膜）、富鋰層嵌鋰、成品電芯制 備等步驟。使用該方法制備鋰離子電池，在富鋰時，將富鋰物質層輕輕（復合壓力不大于 0. 5MPa)復合于陽極表面，盡量減少、避免富鋰物質層與電極表面的接觸，從而減少、避免電 解液浸潤后富鋰物質層中的鋰嵌入陽極活性物質同時形成結構性能一致性較差的SEI膜， 因此制備出來的電芯具有更加優(yōu)異的電化學性能。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0008] 一種鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟1，待富鋰電極的制備：將含有陽極活性物質的漿料涂敷在集流體上，冷壓烘 干后得到待富鋰電極；
[0010] 步驟2,待化成電芯制備：將富鋰物質輕輕附著于步驟1所得電極表面，在陽極表 面形成一層富鋰物質層，所述富鋰物質層為富鋰物質組成的多孔結構層，且該富鋰物質層 與陽極活性物質表面形成盡可能少的電子通道，附著時所使用的壓力為〇~〇. 5MPa;之后 與烘干后的陰極片、隔離膜組裝成裸電芯，入殼/袋后注液，靜置；
[0011] 或者為：步驟2,待化成電芯制備：將步驟1所得陽極，與烘干后的陰極片（含有陰 極活性物質）、隔離膜組裝成裸電芯，在裸電芯組裝過程中，在隔離膜與陽極片之間再布置 富鋰物質層，此時可以確保在較小的陽極與富鋰物質層粘接力下，兩層之間的精確對位；之 后將裸電芯入殼/袋后注液，靜置；
[0012] 步驟3,固體電解質膜（SEI膜）生成：對步驟2得到的電解液充分浸潤的電芯進 行化成，化成溫度為10°c~90°C，充電電流為0.01~5C(C為電池容量值，例如，若電池容 量為1500mAh，則1C即為1500mA的電流），化成時對電芯施加的壓力為0~0. 5MPa，充電 SOC(即充電狀態(tài)，10%SOC即為電池充電制10%的容量時的狀態(tài)）為3%~90% ;
[0013] 步驟4,嵌鋰：對步驟3得到的電芯施加0. 5MPa~5.OMPa的面壓，使得富鋰物質 層與形成SEI膜后的陽極表面充分接觸（形成電子通道），由于富鋰物質層與陽極之間存在 電勢差，富鋰物質層中的鋰將自發(fā)的向陽極活性物質層中嵌入，最終實現(xiàn)補鋰效果；
[0014] 步驟5,成品電芯制作：將步驟4制得的電芯進行整形、除氣制得成品電芯。
[0015] 作為本發(fā)明鋰離子電池的制備方法的一種改進，步驟1所述陽極片由含有陽極活 性物質的陽極涂層和陽極集流體組成；步驟2所述陰極片由含有陰極活性物質的陰極涂層 和集流體組成；所述陰極涂層或/和陽極涂層為缺鋰層；具體的，所述陽極活性物質包括碳 材料（石墨、無序碳）、含碳化合物（B~C~N系列、C~Si~0系列）、非碳材料（金屬 氧化物、鋰~過渡金屬氮化物、鋰合金）；所述陰極活性物質包括鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、 鋰錳氧化物、鋰鐵氧化物、鋰釩氧化物、三元或多元復合化合物、硫或硫化物/硫復合物陰 極材料和聚陰離子陰極材料中的至少一種。
[0016] 作為本發(fā)明鋰離子電池的制備方法的一種改進，步驟2所述的富鋰物質為能夠為 陽極補鋰提供鋰源的物質，包括鋰粉、鋰粉漿料、鋰帶、打孔鋰帶、富鋰有機物（如1，4-丁基 二鋰、1,6-己基二鋰等）中至少一種。
[0017] 作為本發(fā)明鋰離子電池的制備方法的一種改進，步驟2所述富鋰物質組成的多孔 結構層的等效孔直徑（等效孔直徑是指將孔面積換算成一個圓面積時，所述圓的直徑）不 超過4cm;兩孔之間的連續(xù)富鋰層寬度（孔間距）不超過4cm。
[0018] 作為本發(fā)明鋰離子電池的制備方法的一種改進，步驟2所述富鋰物質組成的多孔 結構層的等效孔直徑為優(yōu)選不超過2cm;兩孔之間的連續(xù)富鋰層寬度（孔間距）優(yōu)選不超 過 2cm〇
[0019] 作為本發(fā)明鋰離子電池的制備方法的一種改進，步驟2附著時所使用的壓力優(yōu)選 為 0 ~0?IMPa。
[0020] 作為本發(fā)明鋰離子電池的制備方法的一種改進，步驟2所述附著方式為在待富鋰 陽極的單面附著或在待富鋰陽極的雙面附著。
[0021] 作為本發(fā)明鋰離子電池的制備方法的一種改進，步驟2所述電芯組裝方式為卷繞 或/和疊片；裸電芯入殼為鋁殼或鋼殼，裸電芯入袋為鋁塑膜或無銹鋼膜；所述注液方式為 普通注液或者真空注液；所述靜置溫度為l〇°C~100°C，時間為lmin~72h。
[0022] 作為本發(fā)明鋰離子電池的制備方法的一種改進，步驟3所述化成溫度優(yōu)選為 35°C~85°C，充電電流優(yōu)選為0. 01~1C，化成時對電芯施加的壓力優(yōu)選為0~0.IMPa，充 電SOC為3%~60%。
[0023]作為本發(fā)明鋰離子電池的制備方法的一種改進，步驟4所述對電芯施加面壓優(yōu)選 為 0? 5MPa~2.OMPa，溫度為 20°C~100°C，時間為lOmin~48h。
[0024] 使用該方法制備鋰離子電池，可以有效的減緩/抑制在電解液浸潤過程中，富鋰 物質層中的鋰向陽極活性物質顆粒內部嵌入，減少/消除陽極內部結構性能一致性差的 SEI膜的生成（因為此類直接接觸的嵌鋰過程是不可控過程）；同時，通過可控的充電化成 流程，在浸潤充分的陽極活性物質表面形成結構及性均一的SEI膜；待SEI膜通過可控的充 點過程形成后，再對電芯施加壓力，使得富鋰物質層與陽極活性物質之間充分接觸，形成電 子通到，再陽極與富鋰物質層之間的電勢差的驅動下，富鋰物質層中的鋰源自發(fā)的想陽極 活性物質之間嵌入；最后得到容量高、循環(huán)性能更加優(yōu)良的富鋰鋰離子電池。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明及其有益效果進行詳細說明，但本發(fā)明的實施方 式不限于此。
[0026] 比較例1，富鋰裸電芯的制備：選擇硅碳復合物為陽極活性物質，與導電劑、粘接 劑及去離子水攪拌均勻得到漿料，之后涂敷在銅集流體上，冷壓、分條、焊接、貼膠后干燥待 用；選擇鈷酸鋰為陰極活性物質與導電劑、粘接劑及氮甲基吡洛烷酮攪拌均勻得到漿料，之 后涂敷在鋁流體上，冷壓、分條、焊接、貼膠后干燥待用；以金屬鋰帶為富鋰源、按照全電池 首次效率為95%的容量關系選擇鋰帶，之后采用2MPa的面壓將鋰帶復合在烘干后的陽極 表面；將上述陰極片、富鋰陽極片卷繞得到裸電芯。
[0027]SEI膜的形成：將上述裸電芯封裝于鋁塑膜中得到頂封后的電芯；按照 EC:DEC:PC:VC:FEC= 35:35:30:1:5 (VC、FEC為添加劑）的質量關系、選擇LiPF6S鋰鹽配 置電解液備用；將上述電解液注入上述頂封后的電芯中真空封裝；于35°C環(huán)境中放置