一种锂离子电池的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池的制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池具有高能量密度、高电压、低自放电和重量轻等优点，因此被广泛应用 于笔记本电脑、数码相机、手机、MP3等各种便携式移动电子设备中。随着便携式移动电子 设备向小型化、多功能化的发展，人们对锂离子二次电池的能量密度要求越来越高。由于锂 离子电池在化成的过程中，需要形成固体电解质（SEI)膜，从而消耗了由阴极提供的Li+，带 来了电池的容量损失，影响了能量密度的提升。对于石墨体系而言，首次化成会带来约10% 的能量损失；对于一些高容量的合金阳极材料，如硅基、锡基及Sn-Co-Al复合材料等，首次 效率甚至只有60 %~80 %，严重影响了合金材料的实际应用和推广。
[0003] 为了较大幅度地提高电芯的能量密度，需要提高电芯的首次库伦效率。因此国内 外专家展开了广泛的研宄，并取得了一些成果：中国专利申请公开号为CN1177417A的专利 采用将金属锂片覆盖在阳极片（采用整片箔材作为集流体）表面，然后卷绕制成电池，再灌 注电解液的方法制备富锂锂离子电池。使用该方法补锂时，由于现有工艺无法生产厚度较 薄的金属锂片，因此往往导致阳极片能够吸收的锂量远远小于金属锂片提供的锂量，使得 补锂过量、电芯出现析锂、循环性能差等问题。公开号为CN103199217A的中国专利提出，采 用打孔后的金属锂片覆盖在阳极片表面，然后卷绕制成电池，再灌注电解液的方法制备富 锂锂离子电池，有效地解决了无法生产出足够薄的金属锂片的问题。
[0004] 但是以上这些通过富锂手段提高电池首次效率、进而提高电池容量的方法，在电 池制备过程中，注液后随着电解液的浸润，富锂物质与被富锂电极之间形成离子通道和电 子通道时，将在被富锂物质颗粒表面自发的形成固体电解质膜（SEI膜），该SEI膜的成膜过 程为不可控过程，形成的SEI膜组成及结构一致性差，因此制备得到的电芯循环性能较差。
[0005] 有鉴于此，确有必要开发一种新的锂离子电池及其制备方法，不仅能对整个电池 体系进行富锂，同时又能够形成结构性能一致性好的SEI膜，最终制备得到性能优良的电 池。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种锂离子电池的制备方法： 该方法主要包括电极制备、富锂层布置、注液化成（形成SEI膜）、富锂层嵌锂、成品电芯制 备等步骤。使用该方法制备锂离子电池，在富锂时，将富锂物质层轻轻（复合压力不大于 0. 5MPa)复合于阳极表面，尽量减少、避免富锂物质层与电极表面的接触，从而减少、避免电 解液浸润后富锂物质层中的锂嵌入阳极活性物质同时形成结构性能一致性较差的SEI膜， 因此制备出来的电芯具有更加优异的电化学性能。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤1，待富锂电极的制备：将含有阳极活性物质的浆料涂敷在集流体上，冷压烘 干后得到待富锂电极；
[0010] 步骤2,待化成电芯制备：将富锂物质轻轻附着于步骤1所得电极表面，在阳极表 面形成一层富锂物质层，所述富锂物质层为富锂物质组成的多孔结构层，且该富锂物质层 与阳极活性物质表面形成尽可能少的电子通道，附着时所使用的压力为〇~〇. 5MPa;之后 与烘干后的阴极片、隔离膜组装成裸电芯，入壳/袋后注液，静置；
[0011] 或者为：步骤2,待化成电芯制备：将步骤1所得阳极，与烘干后的阴极片（含有阴 极活性物质）、隔离膜组装成裸电芯，在裸电芯组装过程中，在隔离膜与阳极片之间再布置 富锂物质层，此时可以确保在较小的阳极与富锂物质层粘接力下，两层之间的精确对位；之 后将裸电芯入壳/袋后注液，静置；
[0012] 步骤3,固体电解质膜（SEI膜）生成：对步骤2得到的电解液充分浸润的电芯进 行化成，化成温度为10°c~90°C，充电电流为0.01~5C(C为电池容量值，例如，若电池容 量为1500mAh，则1C即为1500mA的电流），化成时对电芯施加的压力为0~0. 5MPa，充电 SOC(即充电状态，10%SOC即为电池充电制10%的容量时的状态）为3%~90% ;
[0013] 步骤4,嵌锂：对步骤3得到的电芯施加0. 5MPa~5.OMPa的面压，使得富锂物质 层与形成SEI膜后的阳极表面充分接触（形成电子通道），由于富锂物质层与阳极之间存在 电势差，富锂物质层中的锂将自发的向阳极活性物质层中嵌入，最终实现补锂效果；
[0014] 步骤5,成品电芯制作：将步骤4制得的电芯进行整形、除气制得成品电芯。
[0015] 作为本发明锂离子电池的制备方法的一种改进，步骤1所述阳极片由含有阳极活 性物质的阳极涂层和阳极集流体组成；步骤2所述阴极片由含有阴极活性物质的阴极涂层 和集流体组成；所述阴极涂层或/和阳极涂层为缺锂层；具体的，所述阳极活性物质包括碳 材料（石墨、无序碳）、含碳化合物（B~C~N系列、C~Si~0系列）、非碳材料（金属 氧化物、锂~过渡金属氮化物、锂合金）；所述阴极活性物质包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、 锂锰氧化物、锂铁氧化物、锂钒氧化物、三元或多元复合化合物、硫或硫化物/硫复合物阴 极材料和聚阴离子阴极材料中的至少一种。
[0016] 作为本发明锂离子电池的制备方法的一种改进，步骤2所述的富锂物质为能够为 阳极补锂提供锂源的物质，包括锂粉、锂粉浆料、锂带、打孔锂带、富锂有机物（如1，4-丁基 二锂、1,6-己基二锂等）中至少一种。
[0017] 作为本发明锂离子电池的制备方法的一种改进，步骤2所述富锂物质组成的多孔 结构层的等效孔直径（等效孔直径是指将孔面积换算成一个圆面积时，所述圆的直径）不 超过4cm;两孔之间的连续富锂层宽度（孔间距）不超过4cm。
[0018] 作为本发明锂离子电池的制备方法的一种改进，步骤2所述富锂物质组成的多孔 结构层的等效孔直径为优选不超过2cm;两孔之间的连续富锂层宽度（孔间距）优选不超 过 2cm〇
[0019] 作为本发明锂离子电池的制备方法的一种改进，步骤2附着时所使用的压力优选 为 0 ~0?IMPa。
[0020] 作为本发明锂离子电池的制备方法的一种改进，步骤2所述附着方式为在待富锂 阳极的单面附着或在待富锂阳极的双面附着。
[0021] 作为本发明锂离子电池的制备方法的一种改进，步骤2所述电芯组装方式为卷绕 或/和叠片；裸电芯入壳为铝壳或钢壳，裸电芯入袋为铝塑膜或无锈钢膜；所述注液方式为 普通注液或者真空注液；所述静置温度为l〇°C~100°C，时间为lmin~72h。
[0022] 作为本发明锂离子电池的制备方法的一种改进，步骤3所述化成温度优选为 35°C~85°C，充电电流优选为0. 01~1C，化成时对电芯施加的压力优选为0~0.IMPa，充 电SOC为3%~60%。
[0023]作为本发明锂离子电池的制备方法的一种改进，步骤4所述对电芯施加面压优选 为 0? 5MPa~2.OMPa，温度为 20°C~100°C，时间为lOmin~48h。
[0024] 使用该方法制备锂离子电池，可以有效的减缓/抑制在电解液浸润过程中，富锂 物质层中的锂向阳极活性物质颗粒内部嵌入，减少/消除阳极内部结构性能一致性差的 SEI膜的生成（因为此类直接接触的嵌锂过程是不可控过程）；同时，通过可控的充电化成 流程，在浸润充分的阳极活性物质表面形成结构及性均一的SEI膜；待SEI膜通过可控的充 点过程形成后，再对电芯施加压力，使得富锂物质层与阳极活性物质之间充分接触，形成电 子通到，再阳极与富锂物质层之间的电势差的驱动下，富锂物质层中的锂源自发的想阳极 活性物质之间嵌入；最后得到容量高、循环性能更加优良的富锂锂离子电池。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合【具体实施方式】对本发明及其有益效果进行详细说明，但本发明的实施方 式不限于此。
[0026] 比较例1，富锂裸电芯的制备：选择硅碳复合物为阳极活性物质，与导电剂、粘接 剂及去离子水搅拌均匀得到浆料，之后涂敷在铜集流体上，冷压、分条、焊接、贴胶后干燥待 用；选择钴酸锂为阴极活性物质与导电剂、粘接剂及氮甲基吡洛烷酮搅拌均匀得到浆料，之 后涂敷在铝流体上，冷压、分条、焊接、贴胶后干燥待用；以金属锂带为富锂源、按照全电池 首次效率为95%的容量关系选择锂带，之后采用2MPa的面压将锂带复合在烘干后的阳极 表面；将上述阴极片、富锂阳极片卷绕得到裸电芯。
[0027]SEI膜的形成：将上述裸电芯封装于铝塑膜中得到顶封后的电芯；按照 EC:DEC:PC:VC:FEC= 35:35:30:1:5 (VC、FEC为添加剂）的质量关系、选择LiPF6S锂盐配 置电解液备用；将上述电解液注入上述顶封后的电芯中真空封装；于35°C环境中放置