CN114597383A - 一种可控设计长寿命的锂离子电池及动力车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种可控设计长寿命的锂离子电池，包括N个电池单元堆叠形成的电芯，及至少一个负极补锂剂膜，该负极补锂剂膜为包括集流体和设置在集流体至少一侧表面的金属锂膜层的独立补锂电极，或为层压在所述负极材料层表面的金属锂膜层，金属锂膜层的面密度σ与自定义的参数θ需满足一定关系。这样，电池在具有可控的较长循环寿命的同时，还不易发生析锂现象。

Description

一种可控设计长寿命的锂离子电池及动力车辆
技术领域
本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种可控设计长寿命的锂离子电池及动力车辆。
背景技术
锂离子电池因能量密度高、体积小、无记忆效应等诸多优势而在便携式电子设备(手机、平板电脑等)、无人机、电动汽车等领域得到广泛应用。但锂离子电池也有自身的缺点，例如其容量衰减问题。其中，活性锂的损耗是锂离子电池在循环过程中容量衰减的主要原因之一，为此，业界采取的措施一般是向锂离子电池体系中预先加入能提供活性锂的补锂剂，以补足电池对活性锂的不可逆损耗。
目前发展较成熟的电池补锂技术是负极补锂，其主要包括湿法锂粉补锂和干法锂带、锂箔补锂等。但这些补锂手段的补锂效果不好控制，例如，金属锂的补锂量不能过高，否则需要提高电池正负极的N/P比来降低电池析锂风险；但若N/P比过高，则可能会浪费大量的负极材料、降低电池的能量密度，反而与补锂初衷相悖，进而不利于提升电池容量。因此，如何通过精确控制金属锂的补锂量和电池N/P比来实现对较长循环寿命的电池的可控设计，成为目前补锂电池急需攻克的难题。
发明内容
鉴于此，本申请提供了一种锂离子电池，其在具有可控的较长循环寿命的同时，还不易发生析锂现象。
具体地，本申请第一方面提供了一种可控设计长寿命的锂离子电池，所述锂离子电池包括N个电池单元堆叠形成的电芯，每个电池单元包括正极片、负极片和夹持于正极片与负极片之间的隔膜，相邻的两个电池单元之间用隔膜隔开；所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体至少一侧表面的正极材料层，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面上的负极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述负极材料层包括负极活性材料、导电剂和粘结剂；所述锂离子电池还包括至少一个负极补锂剂膜，所述负极补锂剂膜为独立补锂电极或层压在所述负极材料层表面的金属锂膜层，所述独立补锂电极包括集流体和设置在所述集流体的至少一侧表面的金属锂膜层；
其中，所述金属锂膜层的面密度σ满足以下公式(一)，并定义如下述公式(二)所示的参数θ：
Figure BDA0002816968290000021
Figure BDA0002816968290000022
其中，α代表不同循环圈数的锂离子电池所需的预存锂量与N个所述负极片的可逆容量的比值；ε为所述金属锂膜层的面密度的公差，σ1、ε1分别为所述正极材料层的面密度及其公差，σ2、ε2分别为所述负极材料层的面密度及其公差，c1、ξ1分别为所述正极材料层的克容量及其公差，c2、ξ2分别为所述负极材料层的克容量及其公差，η为所述负极活性材料的首次库伦效率，n为所述锂离子电池中所述金属锂膜层的数目，c3为所述金属锂膜层的材质的理论克容量，k为矫正因子，k为0.5-0.95之间的常数；其中，所述θ在1.0-1.3的范围。
本申请中，通过精确控制金属锂膜层的面密度σ可以实现其对电池补锂量的控制，进而能可控地设计锂离子电池的较长循环寿命，并通过控制上述参数θ在合适范围来避免电池会发生析锂风险，同时使电池具有较高的容量和循环性能。
第二方面，本申请提供了一种动力车辆，该动力车辆含有如本申请第一方面所述的锂离子电池。该动力车辆的锂离子电池具有可控的长寿命，电池容量较高。
本申请实施例的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本申请实施例的实施而获知。
附图说明
图1a至图1d为本申请实施方式中提供的锂离子电池的几种结构示意图；
图2为本申请实施例中磷酸铁锂-石墨体系电池在不同预存锂程度下的循环衰减曲线。
具体实施方式
以下所述是本发明的示例性实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
请一并参阅图1a至图1d，本申请示例性实施例提供了一种锂离子电池1000，包括N个电池单元1堆叠形成的电芯，每个电池单元1包括一个正极片10、一个负极片20和夹持于正极片10与负极片20之间的隔膜3，相邻的两个电池单元1之间用隔膜3隔开；正极片10包括正极集流体100和设置在正极集流体100的至少一侧表面的正极材料层101，负极片20包括负极集流体200和设置在负极集流体200的至少一侧表面上的负极材料层201，正极材料层101包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，负极材料层201包括负极活性材料、导电剂和粘结剂。其中，正极集流体100的一侧表面上设置有正极材料层101，也可以是其两侧表面上设置有正极材料层101，负极片20中的情况与之类似。
锂离子电池1000还包括至少一个负极补锂剂膜4，负极补锂剂膜4为层压在负极材料层201表面的金属锂膜层，或者为包括金属锂膜层的独立补锂电极。
具体地，本申请一些实施方式中，负极补锂剂膜4可以是独立补锂电极。参阅图1a，该独立补锂电极包括集流体400和设置在集流体的至少一侧表面的金属锂膜层402。金属锂膜层402可以为锂单质层或锂合金层，其中，锂单质层的形式可以为锂粉、锂箔或锂带。其中，所述独立补锂电极可以设置在电芯的任意位置，例如，放置在电芯的最外侧(如图1a)和/或插入在电芯之中(图1b中，独立补锂电极是插入在相邻的正极片10和负极片20之间)，但注意要通过隔膜3将独立补锂电极与负极片20或与正极片10相隔开。其中，独立式的负极补锂剂膜4，可以避免在负极材料层上直接设置金属锂而造成辊压负极片20时金属锂与负极材料直接接触而发生反应产热，以及杜绝电池预锂化时在未充分成膜状态下进行充电时析锂，较好地实现活性锂离子的可控释放，可以实现超长循环寿命。此外，需要注意的是，独立补锂电极需要与负极片20进行电连接，具体可以通过其上的集流体400引出的补锂极极耳与负极片20引出的负极极耳电连接。
在一些实施例中，进一步参阅图1a，以独立补锂电极存在的负极补锂剂膜4中，在集流体400和金属锂膜层402之间还可以夹设有热敏半导体层401。即，此时的负极补锂剂膜4包括集流体400和依次设置在集流体400的至少一侧表面的热敏半导体层401和金属锂膜层402。其中，热敏半导体层401的热敏性主要体现在：当电池处于常温或低温下，热敏半导体层401的电阻高达104Ohm*m2，涂层两端基本电子绝缘，漏电流小于0.1μA/m2；当电池所处的温度高达60℃时，涂层的电阻小于10-3Ohm*m2，涂层两端呈电子导通。这样，热敏半导体层401只有在高温条件下才会导电，使金属锂膜层402和集流体400之间形成通路，使活性锂自金属锂膜层402中释放出来并嵌入到电池负极片中；此外，可以通过外部电压来调控活性锂的释放量。
本申请另外一些实施方式中，负极补锂剂膜4可以直接与负极材料层201接触(参见图1c、图1d)，此时的负极补锂剂膜4是非独立的金属锂膜层，具体可为锂单质层或锂合金层，其中，锂单质层的形式可以为锂粉、锂箔或锂带。锂离子电池1000中，金属锂膜层可以仅位于某些负极材料层201背离其所在负极集流体的表面上(参见图1c)，还可以是所有负极材料层201的表面上设置有该负极补锂剂膜4(参见图1d)等。
本申请中，负极补锂剂膜4中金属锂膜层的面密度σ满足以下公式(一)，并定义满足如下公式(二)所示的参数θ：
Figure BDA0002816968290000041
Figure BDA0002816968290000051
其中，α代表不同循环圈数的锂离子电池所需的预存锂量与N个负极片20的可逆容量的比值；σ1、ε1分别为正极材料层101的面密度及其公差，σ2、ε2分别为负极材料层201的面密度及其公差，c1、ξ1分别为正极材料层101的克容量及其公差，c2、ξ2分别为负极材料层201的克容量及其公差，η为所述负极活性材料的首次库伦效率，n为锂离子电池中金属锂膜层的数目，c3为金属锂膜层的材质的理论克容量，k为矫正因子，k为0.5-0.95之间的常数；其中，所述θ在1.0-1.3的范围。
本申请中，通过精确控制金属锂膜层的面密度σ可以实现其对电池补锂量的控制，进而能可控地设计锂离子电池1000的较长循环寿命，并通过控制上述参数θ在合适范围可避免电池会发生析锂风险，同时使电池具有较高的容量和能量密度。其中，上述参数θ可以反映预锂化后的电池中，负极剩余的可容纳锂离子的空位与正极可容纳的锂离子空位的比值；若θ值过低，则在充电过程中负极片20上有析锂的风险；若θ值过高，则负极片20的敷料量过大，会降低电池的能量密度。本申请经过综合考虑，控制θ在1.0-1.3的范围可以使电池同时兼顾低析锂风险和高容量发挥。例如，θ可以为1.05、1.1、1.12、1.2或1.3等。在本申请一些实施方式中，所述θ可以在1.07-1.15的范围内。
上述正极材料层的面密度σ1、负极材料层的面密度σ2为锂离子电池的设计参数，可结合θ来确定；公差ε1、ε2、ε是经验值，一般以％计，可根据正极材料层101、负极材料层201、金属锂膜层的具体制备工艺来定。上述参数c1、ξ1、c2、ξ2、η是测量值，通过将正极片10或负极片20分别与锂金属片装配成的扣式电池进行电化学测试得到；公差ξ1、ξ2也一般以％计。其中，面密度σ1、σ2、σ的单位可以g/m2计，c1、c2、c3的单位可以mAh/g计，金属锂单质的参数c3为3860mAh/g。可选地，公差ε1、ε2、ε、ξ1、ξ2一般不超过5％，例如在1％-3％范围内取值。
上述k为矫正因子，其是一经验值，可根据负极补锂剂膜4中金属锂膜层的形式来定。例如，当上述金属锂膜层是通过将金属锂粉经湿法涂覆得到的锂粉层时，该k值通常为0.5-0.85，当金属锂膜层是干法压制的锂箔或锂带时，该k值通常为0.8-0.95，当金属锂膜层为锂合金时，该k值通常为0.6-0.9。
上述参数α反映出电池的预存锂程度。其中，术语“预存锂量”代表负极补锂剂膜4的补锂容量与电池负极片20的不可逆容量的差值，其中，负极补锂剂膜4的补锂容量是指其首次可脱锂容量。一般地，当电池所需的不同循环圈数较大时，α的值也相应较大。其中，当α等于0时，表明负极补锂剂膜4的补锂容量刚好等于电池中多个负极片20的不可逆容量。下述实施例1将会详述锂离子电池的循环圈数c与参数α之间的对应关系。可选地，所述α在0-18％的范围内取值。例如α可以等于0、2％、4％、6％、8％、10％、12％、15％或18％。优选地，所述α在4-15％的范围内取值。
本申请一些实施方式中，所述金属锂膜层可以具有图案化结构，例如，锂箔或锂带可以具有多孔结构。其中，图案化结构有利于金属锂膜层与电解液的浸润以及预锂化过程中负极生成SEI膜时气体的逸出，避免金属锂膜层从负极的表面脱离。
本申请实施方式中，隔膜3上可以设置有若干通孔。通孔可保证电池在快速充放电时锂离子能顺利通过隔膜嵌入或脱出。其中，通孔的孔隙率可以为40-50％。隔膜的材质可以是常见的PP、PE等材料。
本申请实施方式中，正极集流体100、负极集流200、负极补锂剂膜4的集流体400可以包括但不仅限于金属单质箔材或合金箔材，所述金属单质箔材包括铜、钛、铝、铂、铱、钌、镍、钨、钽、金或银箔材，所述合金箔材包括不锈钢、或含铜、钛、铝、铂、铱、钌、镍、钨、钽、金和银中至少一种元素的合金。可选地，所述合金箔材以上述这些元素为主体成分。其中，正极集流体100和/或负极集流200可被蚀刻处理或粗化处理，以形成次级结构，便于和相应的电极材料层形成有效接触。通常地，正极集流体100为铝箔，负极集流体200为铜箔。负极补锂剂膜4的集流体400可以为铜箔。
对于锂离子电池来说，其正极活性材料可以具体为磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钴锂、钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂、镍酸锰锂、镍锰酸锂、镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA)等中的至少一种。负极活性材料可以包括石墨、硬碳、硅基材料(包括单质硅、硅合金、硅氧化物、硅碳复合材料)、锡基材料(包括单质锡、锡氧化物、锡基合金)、钛酸锂(Li4Ti5O12)和TiO2等中的至少一种。
本申请中，上述导电剂、粘结剂为电池领域的常规选择。例如，例如，导电剂可以包括碳纳米管、炭黑以及石墨烯中的至少一种。粘结剂可以选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇(PVA)、丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸酯、聚烯烃、羧甲基纤维素钠(CMC)和海藻酸钠中的一种或多种。
本申请实施方式中，锂离子电池1000还可以包括电池壳体和电解液，电解液及含上述各电池单元1与负极补锂剂膜4的电芯被封装在所述电池壳体内，电芯浸泡在电解液中。其中，电池壳体可以采用铝塑复合膜制成。
本申请实施例提供的锂离子电池同时具有较高的容量、较长的循环寿命、较低的析锂风险。
下面结合多个实施例对本申请实施例进行进一步的说明。
实施例1
一种锂离子电池，其结构如图1a所示，该锂离子电池的制备方法包括：
(1)制作电池叠片电芯：
a.制备正极活性材料为磷酸铁锂、正极材料层的面密度σ1为350g/m2、压实密度为2.4g/m3的正极片，具体制备过程如下：按96∶2∶2的质量比称取磷酸铁锂、碳纳米管和粘结剂PVDF，将它们溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，充分分散后得到正极浆料，将该正极浆料涂覆于铝箔的表面上并烘干后，再经辊压、切片后，得到带有正极材料层的正极片；其中，σ1的偏差ε1(％)＝1％。
b.制备负极活性材料为天然石墨、负极材料层的面密度σ2为206g/m2、σ2的偏差ε2＝1％、压实密度为1.5g/m3的负极片，具体制备过程如下：将石墨、导电剂super P、粘结剂SBR按96∶2∶2的重量比混合于水中，得到负极浆料，将负极涂覆于铜箔的两面并烘干，再经辊压、切片后，得到带有负极材料层的负极片。
c.将上述正极片、隔膜与负极片按顺序叠放，得到一个电池单元；按同样的方式将N(N＝3)个这样的电池单元堆叠在一起，得到叠片结构的电芯，并注意使相邻的2个电池单元之间也用隔膜隔开；
(2)制作独立补锂电极：
将集流体400(具体为铜箔)的两侧表面均涂覆一层致密半导体材料，该半导体材料的配方为ZnO∶NiO∶Al2O3∶Fe2O3＝0.3∶0.3∶0.3∶0.1(质量比)，并在800℃下高温烧结24h，得到厚度为80-120nm的热敏半导体层401；之后在该热敏半导体层401上设置面密度σ＝1.98g/m2的金属锂膜层402(具体是锂箔，其面密度可根据前述公式计算得到，下文会详细介绍)来补锂，得到独立补锂电极；
(3)在步骤(1)中具有叠片结构的电芯的最外侧放置一个上述独立补锂电极，之后将补锂电极的极耳与负极极耳焊接在一起，并用铝塑膜进行封装，成为软包电池；以1.0mol/L LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二甲酯(DMC)＝1∶1～5(体积比)的溶液作电解液，随后将该电解液注入到电池中，并将电池密封，得到全电池。
实施例1的全电池在装配完成后在常温下化成分容，然后将电池SOC状态调节到10％，随后将电池加热到60℃，静置12h，此时热敏半导体层将会导电，金属锂和集流体之间形成通路，此时活性锂将会从独立补锂电极脱出并嵌入到石墨负极中，通过监控电池电压，控制调节补锂量，当电池开路电压上升0.2V时停止加热，随后将电池降温至25℃，完成该全电池的预锂化。之后，对该全电池进行电池容量、循环性能等的测试。
需要说明的是，本申请实施例1中，独立补锂电极的金属锂膜层402的面密度σ＝1.98g/m2是结合上述公式一和公式二计算得到：其中，参数θ控制在1.12，N＝3，n＝2，校正因子k＝0.8，金属锂单质的c3＝3860mAh/g，测得正极材料层的克容量c1＝148mAh/g，其公差ξ1＝2％，负极材料层的克容量c2＝330mAh/g，其公差ξ2＝2％，首次效率η＝94％，循环圈数＝3000时的锂离子电池所需的预存锂程度α＝0％，ε1、ε2、ε＝1％。其中，参数c1、ξ1、c2、ξ2、η是通过将正极片10或负极片20分别与锂金属片装配成的扣式电池进行电化学测试得到。测试条件为：0.1C恒流充放电，正极片的扣电的电压窗口为2.5～3.8V，负极片的扣电的电压窗口为0.005～1.5V。
本申请实施例中的α是本申请人根据具有不同预存锂程度α的电池与其容量保持率降至80％时的循环圈数c的映射关系获得，见下表1。
表1磷酸铁锂-石墨体系电池的循环次数与α之间的经验对照表
循环圈数c 6000 7000 9000 10500 12000 13000 15000
α 0％ 4％ 6％ 8％ 10％ 13％ 18％
上表1是根据实施例1的电池体系摸索出的具有不同α的电池的循环衰减曲线(见图2)获得，该循环衰减曲线的纵坐标是电池在循环过程中的容量保持率，横坐标是循环圈数。其中，α＝6％、θ＝1.12、石墨负极层面密度为206g/m2时，根据前述公式可计算得到锂层的面密度为4.42g/m2，以该面密度来制备如图1a所示的补锂电池。类似地，α＝10％时，锂层的面密度为6.38g/m2；α＝18％时，锂层的面密度为11.48g/m2。将这些电池分别以0.5C恒流恒压充电到3.8V，静置10min，再以0.5C恒流放电至2.0V，静置10min，循环进行以上充-放电过程直至容量保持率下降至80％时停止测试，以每圈容量除以首圈容量得到各圈容量保持率，进而可以得到如表1的对照表。
实施例2
实施例2的锂离子电池与实施例1的区别在于：独立补锂电极中金属锂层的面密度为4.42g/m2，负极材料层的面密度为230g/m2，α＝6％。
实施例3
实施例3的锂离子电池与实施例1的区别在于：独立补锂电极中金属锂层的面密度为6.38g/m2，负极材料层的面密度为249g/m2，α＝10％。
实施例4
实施例4的锂离子电池与实施例1的区别在于：独立补锂电极中金属锂层的面密度为11.48g/m2，负极材料层的面密度为299g/m2，α＝18％。
实施例5
实施例5的锂离子电池与实施例2的区别在于：独立补锂电极有2个(n＝4)，其中金属锂层的面密度为1.98g/m2，两个独立补锂电极分别位于电芯整体的最外两侧，负极材料层的面密度为206g/m2。
实施例6
实施例6的锂离子电池与实施例1的区别在于：独立补锂电极由集流体与设置在集流体两侧表面的金属锂层组成，无热敏半导体层。
实施例7
实施例7的锂离子电池与实施例6的区别在于：独立补锂电极有2个(n＝4)，其中金属锂层的面密度为0.94g/m2，两个独立补锂电极分别位于电芯整体的最外两侧，负极材料层的面密度为196g/m2。
实施例8
实施例8的锂离子电池与实施例1的区别在于：负极补锂剂膜为锂箔层，直接附着于电芯最外一侧的负极片的2个负极材料层的表面(n＝2)。
实施例9
实施例9的锂离子电池(其结构示意图如图1c所示)与实施例8的区别在于：负极补锂剂膜的数目有2个，分别层压在电芯最外两侧的负极片的2个负极材料层的表面(n＝4)，锂箔层的面密度为0.94g/m2，负极材料层的面密度为196g/m2。
实施例10
实施例10的锂离子电池与实施例2的区别在于：独立补锂电极中金属锂层的面密度为4.14g/m2，负极材料层的面密度为215g/m2，参数θ的取值为1.05。
实施例11
实施例11的锂离子电池与实施例2的区别在于：独立补锂电极中金属锂层的面密度为4.92g/m2，负极材料层的面密度为256g/m2，参数θ的取值为1.25。
表2各锂离子电池的电化学测试结果
Figure BDA0002816968290000111
表2汇总了上述各实施例电池的电化学测试结果。其中，电池放电容量的测试方法为：常温下，以0.2C恒流恒压充电到3.8V，以0.05C截止，静置10min，再以0.2C恒流放电至2.0V，静置10min，将以上充-放电过程重复3次，得到稳定的放电容量。其中，循环性能的测试方法为：常温下，以0.5C恒流充电到3.8V，静置10min，再以0.5C恒流放电至2.0V，静置10min，循环进行以上充-放电过程直至容量保持率下降至80％时停止测试。电池的能量密度是以电芯的质量为基准计算。
由表2可以获知，不同的预存锂量可实现电池的不同循环寿命。预存锂程度α越大，对应的电池的循环寿命越长。此外，由实施例1与实施例6-9的对比可知，当电池的补锂剂膜为具有热敏半导体层的独立补锂电极时，电池在相同的预补锂程度下，电池的容量和循环寿命均达到最佳，基本上与α所对应的预想循环寿命接近，而实施例6-9的实际循环寿命略低于α所对应的预想循环寿命。另外，由实施例2、10、11可知，当参数θ的取值过大，虽然电池的循环寿命与容量相当，但由于增大了负极材料的质量，可能会导致电池的能量密度降低，而本申请控制θ在1.0-1.2的范围内取值，可在使电池具有较长循环寿命时，还尽可能地使电池保持较高的能量密度。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可控设计长寿命的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括N个电池单元堆叠形成的电芯，每个电池单元包括正极片、负极片和夹持于正极片与负极片之间的隔膜，相邻的两个电池单元之间用隔膜隔开；所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体至少一侧表面的正极材料层，所述负极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一侧表面上的负极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述负极材料层包括负极活性材料、导电剂和粘结剂；所述锂离子电池还包括至少一个负极补锂剂膜，所述负极补锂剂膜为独立补锂电极或层压在所述负极材料层表面的金属锂膜层，所述独立补锂电极包括集流体和设置在所述集流体的至少一侧表面的金属锂膜层；
其中，所述金属锂膜层的面密度σ满足以下公式(一)，并定义如下述公式(二)所示的参数θ：
Figure FDA0002816968280000011
Figure FDA0002816968280000012
其中，α代表不同循环圈数的锂离子电池所需的预存锂量与N个所述负极片的可逆容量的比值；ε为所述金属锂膜层的面密度的公差，σ1、ε1分别为所述正极材料层的面密度及其公差，σ2、ε2分别为所述负极材料层的面密度及其公差，c1、ξ1分别为所述正极材料层的克容量及其公差，c2、ζ2分别为所述负极材料层的克容量及其公差，η为所述负极活性材料的首次库伦效率，n为所述锂离子电池中所述金属锂膜层的数目，c3为所述金属锂膜层的材质的理论克容量，k为矫正因子，k为0.5-0.95之间的常数；其中，所述θ在1.0-1.3的范围。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述α在0-18％的范围内取值。
3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述金属锂膜层为锂单质层或锂合金层，其中，所述锂单质层的形式为锂粉、锂箔或锂带。
4.如权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述金属锂膜层为锂带或锂箔时，所述k为0.8-0.95；所述金属锂膜为锂粉层时，所述k为0.5-0.85；所述金属锂膜层为锂合金时，所述k为0.6-0.9。
5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述独立补锂电极还包括至少一个热敏半导体层，所述热敏半导体层夹设于所述集流体和所述金属锂膜层之间。
6.如权利要求1或5所述的锂离子电池，其特征在于，所述独立补锂电极设置在所述电芯的任意位置，并以隔膜与所述正极片或所述负极片隔开。
7.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述独立补锂电极插入在相邻的所述正极片和所述负极片之间，和/或设置在所述电芯的最外侧。
8.如权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述金属锂膜层具有图案化结构。
9.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述θ在1.07-1.15的范围内。
10.一种动力车辆，其特征在于，所述动力车辆包括如权利要求1-9任一项所述的锂离子电池。
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