CN102290614B - 一种锂离子电池及提高其容量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种提高锂离子电池容量的方法及采用该方法制得的锂离子电池，本发明通过第三电极引入锂源对待化成的电池进行预充电，将第三电极的一定量锂转移到负极上，作为负极表面形成SEI膜所需之锂，从而在不增加正极活性物质使用量的情况下提高阳极的首次效率和电池的容量。这一方法不仅操作简单，对环境要求低，可以在通常的环境下进行操作，所制作的产品一致性高，而且使用过的第三电极还可以重复使用，不浪费。

Description

一种锂离子电池及提高其容量的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种提高锂离子电池容量的方法及采用该方法制得的锂离子电池。
背景技术
作为一种能量密度高和绿色环保的新能源，锂离子电池将是未来新能源的发展趋势。锂离子电池的制作工艺一般包括搅拌、涂膜、冷压、裁片、卷绕、化成、容量、注液等步骤，其中化成是一个十分关键的步骤，关系到整个电池的性能，包括首次充放电效率，循环寿命，高温性能等等。目前商品化锂离子电池一般采用能够可逆嵌脱锂离子的石墨或无定形炭作为负极材料，在锂离子电池化成过程中，有机电解液会在碳负极表面发生还原、分解，形成一层电子绝缘、锂离子可导的固体电解质界面膜(solidelectrolyteinterphase，简称SEI)，在此过程中会消耗一部分的锂，从而导致电池首次充放电过程中，存在巨大的不可逆容量。
目前改善锂离子电池石墨负极首次效率的方法主要是通过控制原材料，这种方法对石墨负极首次效率的提高是有限的，同时对原材料的要求高，材料加工过程也需要更苛刻的石墨化等等过程，所有这些手段都无疑增加了材料的成本。
另一种方法是通过加入外来锂源提供负极表面形成SEI需要的锂，从而提高锂离子电池容量。例如，公开号为US5567474；US5776369；US5976403；US6706447；US7276314的美国FMC公司的专利公开了在锂离子电池中引入锂源的技术。其主要通过在电池负极极片表面印刷稳定的锂金属粉末SLMP，通过压延的方法将此金属粉末固定在电池负极片上，锂金属粉由于颗粒细小，很快溶解在极片中，在负极活性物质表面形成一种类似固体电解质相界面膜的物质(SEI)，从而提高电池负极的首次效率，最终使得全电池的容量得到提高。但是由于该金属锂粉的比表面积高，对环境的湿度要求苛刻，湿度通常需要控制在＜2％。而且金属锂粉SLMP的添加除了刷上去没有更好的方法，因此电池的一致性也很难保证。此外，金属锂粉的储存和运输条件也很苛刻，难于工业化。
有鉴于此，确有必要提供一种操作简单、对环境要求低、所制作的产品一致性高的提高锂离子电池容量的方法及使用该方法制作的电池。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种操作简单、对环境要求低、所制作的产品一致性高的提高锂离子电池容量的方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高锂离子电池容量的方法，在电芯外部设置除正极和负极以外的第三电极，具体包括以下步骤：
A、第三电极的制作：将含有锂离子正极活性材料的极片裁剪为电芯的宽度和长度，并在极片边缘保留或清洗出空白集流体焊接导电极耳，形成第三电极；
B、隔离膜的制作：将隔离膜裁减为电芯的高度，隔离膜的宽度要超出第三电极宽度，小于电芯的铝箔包装袋宽度；
C、将裁剪好的隔离膜与第三电极片依次叠放在待化成的电芯的上，焊接在第三电极上的导线从电芯的气袋边引出，然后将铝箔包装袋对折包住电芯，并对铝箔包装袋的边缘进行密封；
D、注入电解液，接通负极和第三电极，对电池进行特定时间的预充电后，终止预充电，然后接通电池的正极和负极对电池进行化成和整形；
F、将电池气袋剪开，将C步放进去的第三电极及隔离膜取出，然后对电池气袋边进行密封，继续进行其他操作直至电池制作完毕。
所述锂离子活性材料为锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂或者锰钴镍氧中的任意一种。
所述第三电极设置在电芯的正上方或侧边。
所述第三电极可重复使用。
相对于现有技术，本发明通过第三电极引入锂源对待化成的电池进行预充电，将第三电极的一定量锂转移到负极上，作为负极表面形成SEI膜所需之锂，从而在不增加正极活性物质使用量的情况下提高阳极的首次效率和电池的容量。这一方法不仅操作简单，对环境要求低，可以在通常的环境下进行操作，所制作的产品一致性高，而且使用过的第三电极还可以重复使用，不浪费。此外，第三电极上的锂源选择范围广，任何能够提供锂的物质均可，而且第三电极的在裸电芯上的放置位置并没有特别的限制，如此可以节约时间。所使用的第三电极在最后电池整形的过程中被取出，这样就可以达到在不增加电池厚度的情况下，提高电池的容量，或在保持电池容量的情况下将电池做得更薄，更窄或更短。
本发明还提供一种锂离子电池，其由上述的制备方法制得。
所述锂离子电池为钢壳电池，铝壳电池或铝塑膜包装电池。
采用上述的制备方法制得制得的电池具有较高的电池容量，通过第三电极引入锂源，省去了负极表面形成SEI膜所需之锂，并在电池整形的过程中被取出，在不改变电池原外形的情况下，大大提高了电池的容量。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明的具有高容量的锂离子电池的制作方法如下：
先准备好型号为511426电芯(长为26mm，宽为14mm，厚为5.1mm)。，在进行如下操作：
A、第三电极的制作：将含有锰酸锂的极片裁剪成长为26mm，宽为14mm的第三电极极片，并在极片边缘保留或清洗出空白集流体焊接导电极耳；
B、隔离膜的制作：将隔离膜裁剪成长为26mm，宽为15mm。
C、将裁剪好的隔离膜，第三电极片依次叠放在待化成的电芯的上，焊接在第三电极上的导线从气袋边引出，然后将铝箔包装袋对折包住电芯，并对铝箔包装袋的边缘进行密封；
D、注入电解液，接通负极和第三电极，对电池进行2h的预充电，然后接通电池的正极和负极对电池进行化成和整形。
E、将电池气袋剪开，将C步放进去的第三电极及隔离膜取出，然后对电池气袋边进行密封，继续进行其他操作直至电池制作完毕。
对制成的电池进行容量测试，所得结果示于表1。
对比例
将型号为511426电芯按常规方法进行化成和整形，没有外来锂源的预充电过程，对所得电池进行容量测试，所得结果示于图1。
表1实施例和对比例所得电池的容量测试值
由表1可知，本发明的锂离子电池通过外来锂源对裸电芯进行预充电，先在负极表面形成SEI膜，然后再进行化成，可以提高电池的容量，本实施例中容量提高为4.4％。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改，例如，电解液的溶剂还可以包括γ-丁内酯(BL)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、丙酸乙酯(EP)、四氢呋喃(THF)等。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1.一种提高锂离子电池容量的方法，其特征在于，在电芯外部设置除正极和负极以外的第三电极，具体包括以下步骤：
A、第三电极的制作：将含有锂离子正极活性材料的极片裁剪为电芯的宽度和长度，并在极片边缘保留或清洗出空白集流体焊接导电极耳，形成第三电极；
B、隔离膜的制作：将隔离膜裁减为电芯的高度，隔离膜的宽度要超出第三电极宽度，小于电芯的铝箔包装袋宽度；
C、将裁剪好的隔离膜与第三电极片依次叠放在待化成的电芯的上，焊接在第三电极上的导线从电芯的气袋边引出，然后将铝箔包装袋对折包住电芯，并对铝箔包装袋的边缘进行密封；
D、注入电解液，接通负极和第三电极，对电池进行特定时间的预充电后，终止预充电，然后接通电池的正极和负极对电池进行化成和整形；
F、将电池气袋剪开，将C步放进去的第三电极及隔离膜取出，然后对电池气袋边进行密封，继续进行其他操作直至电池制作完毕。
2.根据权利要求1所述的提高锂离子电池容量的方法，其特征在于：所述锂离子正极活性材料为锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂和镍钴锰酸锂中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的提高锂离子电池容量的方法，其特征在于：所述第三电极设置在电芯的正上方或侧边。
4.根据权利要求1所述的提高锂离子电池容量的方法，其特征在于：所述第三电极可重复使用。
5.一种锂离子电池，其特征在于：其制备方法包括权利要求1至4任一项所述的方法。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池为钢壳电池，铝壳电池或铝塑膜包装电池。
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