制造负极的方法以及由此获得的负极技术

本公开内容涉及一种制造锂二次电池的方法，包括以下步骤：(S1)将包括负极活性材料、导电材料、粘合剂、和溶剂的负极浆料涂布至集电器的至少一个表面上，接着进行干燥和压制，以形成负极活性材料层，由此提供初始负极；(S2)以排列有图案单元的图案的形状将锂金属箔涂布至所述初始负极的所述负极活性材料层的表面上；(S3)切割在其上被图案涂布了所述锂金属箔的所述初始负极以获得负极单元；(S4)用电解质浸渍所述负极单元以获得预锂化的负极；以及(S5)将从步骤(S4)获得的所述负极与正极和隔板进行组装，其中步骤(S3)通过以使得每一个图案单元定位在每一个负极单元的中心部分处并占据所述负极单元的表面大于或者等于10％且小于100％的面积的方式切割所述初始负极来实施。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造负极的方法以及由此获得的负极
本申请要求在韩国于2018年3月20日提交的韩国专利申请第10-2018-0032219号的优先权。本公开内容涉及一种制造负极的方法。更具体而言，本公开内容涉及一种能改善负极初始效率的制造预锂化的负极的方法。
技术介绍
随着技术进步以及对于移动设备的需求已增长，对于二次电池作为能量来源的需求已日渐增长。在这些二次电池之中，具有高能量密度和操作电压、长循环寿命、以及低放电率的锂二次电池已经商品化并广泛使用。锂二次电池包括正极、负极、插置在正极和负极之间以使它们彼此隔离的隔板、以及与正极和负极电化学连通的电解质。这种锂二次电池通常通过使用用于正极的诸如LiCoO2、或者LiMn2O4之类的嵌入锂的化合物、和用于负极的诸如碳质材料或者Si基材料之类的非嵌入锂的化合物来获得。在充电期间，嵌入至正极的锂离子通过电解质迁移至负极。在放电期间，锂离子从负极迁移回正极。在充电期间，从正极迁移至负极的锂与电解质反应以在负极表面上形成一种钝化膜(passivationfilm)，固体电解质界面SEI(solidelectrolyteinterface)。SEI抑制负极与电解质的反应所需的电子传输，以防止电解质分解，由此稳定了负极的结构。另一方面，SEI的形成是不可逆的，导致锂离子的消耗。也就是说，由形成SEI消耗的锂不能在随后的放电过程期间返回至正极，造成电池容量的降低。这被称为不可逆容量(irreversiblecapacity)。除此之外，由于二次电池的正极和负极的充电/放电效率并非完美的100％，因而随着循环的进行而产生了锂离子的消耗，导致电池容量的降低，造成循环寿命的退化。特别是，当出于高容量的目的将Si基材料用于负极时，因锂的损耗而导致初始不可逆容量变高以及初始效率变低。因此，已尝试实施预锂化(pre-lithiation)以减小负极的初始不可逆性。也就是说，在制造电池之前，初步实施负极的不可逆反应或者将一些锂预先嵌入负极以确保初始不可逆性，以便改善电池的容量和电化学特性。例如，预锂化已通过藉由沉积工艺或者粉末涂布工艺将锂金属附接至负极活性材料或者包括负极活性材料的负极层、将隔板插置在由此获得的负极和正极之间以组装电池单元、以及将电解质注入电池单元中来实施。当如上所述在电池单元的装配之后注入电解质时，锂通过附接至负极层的锂金属和电解质之间的反应而被离子化，然后嵌入负极层中，同时锂金属中释放锂离子的位点在电池单元中保持为空置空间。结果，在形成电池单元的正极/隔板/负极中产生了间隔现象，由此中断顺利的充电/放电。除此之外，由于用于预锂化的锂金属昂贵，因而将锂金属附接至整个负极是经济上不利的。除此之外，因过量锂的缘故，在预锂化期间电解质显著减少，造成电解质的过度消耗以及由副产物导致的电化学负效应。
技术实现思路
技术问题设计本公开内容以解决现有技术的问题，并因此本公开内容旨在提供一种制造锂二次电池的方法，在该方法中，以成本有效而没有锂金属的任何浪费的方式实施用来补偿负极的不可逆容量的预锂化步骤，并且在制造电池之后改善了正极/隔板/负极的接触性质。本公开内容也有关提供一种由此方法获得的锂二次电池。技术方案根据本公开内容的一个实施方式，提供一种制造二次电池的方法，包括以下步骤：(S1)将包括负极活性材料、导电材料、粘合剂、和溶剂的负极浆料涂布至集电器的至少一个表面上，接着进行干燥和压制，以形成负极活性材料层，由此提供初始负极；(S2)以排列有图案单元的图案的形状将锂金属箔涂布至所述初始负极的所述负极活性材料层的表面上；(S3)切割在其上被图案涂布了所述锂金属箔的所述初始负极以获得负极单元；(S4)用电解质浸渍所述负极单元以获得预锂化的负极；以及(S5)将从步骤(S4)获得的所述负极与正极和隔板进行组装，其中步骤(S3)通过以使得每一个图案单元定位在每一个负极单元的中心部分处并占据所述负极单元的表面大于或者等于10％且小于100％的面积的方式切割所述初始负极来实施。根据本公开内容的第二实施方式，如第一实施方式,步骤(S3)通过以使得锂金属箔图案单元定位在所述负极单元的中心部分处并占据对应所述负极单元的表面10％至70％的面积的方式切割所述初始负极来实施。根据本公开内容的第三实施方式，如第一实施方式或第二实施方式，其中，在所述负极单元中，锂金属箔图案单元的宽度相对于无锂金属箔图案的非涂布部分的宽度的比例为99：1至10：90。根据本公开内容的第四实施方式，如第一实施方式至第三实施方式中的至少一个，其中，在所述负极单元中，锂金属箔图案单元的长度相对于无锂金属箔图案的非涂布部分的长度的比例为99：1至10：90。根据本公开内容的第五实施方式，如第一实施方式至第四实施方式中的至少一个，其中步骤(S2)中的图案涂布在0.2kN/cm至30kN/cm的线性压力条件下于10℃至200℃的温度实施。根据本公开内容的第六实施方式，如第一实施方式至第五实施方式中的至少一个，其中所述用电解质浸渍在步骤(S4)中实施2小时至48小时。根据本公开内容的第七实施方式，如第一实施方式至第六实施方式中的至少一个，其进一步包括在步骤(S4)中的用电解质浸渍之后洗涤并干燥所述预锂化的负极的步骤。根据本公开内容的第八实施方式，如第一实施方式至第七实施方式中的至少一个，其中所述电解质包括锂盐和有机溶剂。根据本公开内容的第九实施方式，如第一实施方式至第八实施方式中的至少一个，其中所述负极活性材料层包括Si基材料、Sn基材料、碳质材料、或者它们中至少两者的混合物作为活性材料。根据本公开内容的第十实施方式，提供一种如第一实施方式至第九实施方式中任一者中限定的方法获得的锂二次电池。根据本公开内容的第十一实施方式，如第十实施方式，所述锂二次电池具有80％或更大的初始效率和80％或更大的容量维持，并在充电/放电之后在所述负极的总面积的5％或更小的面积中表现出1μm或更大的所述负极和所述隔板之间的间隔。有益效果根据本公开内容的一个实施方式，将通过实施将锂金属箔图案涂布至负极活性材料层的表面上、接着进行切割和用电解质浸渍而预先经受预锂化的负极与正极和隔板进行组装。因此，全部量的锂金属可用于预锂化以确保初始不可逆性而没有锂金属的任何浪费。除此之外，可使电池装配之后的正极/隔板/负极中的间隔现象最小化。附图说明随附的附图图解了本公开内容的优选实施方式，并与前述的公开内容一起用以提供进一步理解本公开内容的技术特征，并因此，本公开内容并非被解读为受限于附图。图1a至图1d是图解根据本公开内容一个实施方式的制造锂二次电池的工序的示意图。图2图解了根据实施例1和2的通过切割步骤和电解质浸渍步骤获得的预锂化的负极。图3a和图3b图解了根据比较例1的在将锂金属箔涂布至全部负极活性材料层表面之后，通过切割步骤和电解质浸渍步骤获得的预锂化的负极。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种制造锂二次电池的方法，包括以下步骤：/n(S1)将包括负极活性材料、导电材料、粘合剂、和溶剂的负极浆料涂布至集电器的至少一个表面上，接着进行干燥和压制，以形成负极活性材料层，由此提供初始负极；/n(S2)以排列有图案单元的图案的形状将锂金属箔涂布至所述初始负极的所述负极活性材料层的表面上；/n(S3)切割在其上被图案涂布了所述锂金属箔的所述初始负极以获得负极单元；/n(S4)用电解质浸渍所述负极单元以获得预锂化的负极；以及/n(S5)将从步骤(S4)获得的所述负极与正极和隔板进行组装，/n其中步骤(S3)通过以使得每一个图案单元定位在每一个负极单元的中心部分处并占据所述负极单元的表面大于或者等于10％且小于100％的面积的方式切割所述初始负极来实施。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180320 KR 10-2018-00322191.一种制造锂二次电池的方法，包括以下步骤：
(S1)将包括负极活性材料、导电材料、粘合剂、和溶剂的负极浆料涂布至集电器的至少一个表面上，接着进行干燥和压制，以形成负极活性材料层，由此提供初始负极；
(S2)以排列有图案单元的图案的形状将锂金属箔涂布至所述初始负极的所述负极活性材料层的表面上；
(S3)切割在其上被图案涂布了所述锂金属箔的所述初始负极以获得负极单元；
(S4)用电解质浸渍所述负极单元以获得预锂化的负极；以及
(S5)将从步骤(S4)获得的所述负极与正极和隔板进行组装，
其中步骤(S3)通过以使得每一个图案单元定位在每一个负极单元的中心部分处并占据所述负极单元的表面大于或者等于10％且小于100％的面积的方式切割所述初始负极来实施。


2.根据权利要求1所述的制造锂二次电池的方法，其中步骤(S3)通过以使得锂金属箔图案单元定位在所述负极单元的中心部分处并占据对应所述负极单元的表面10％至70％的面积的方式切割所述初始负极来实施。


3.根据权利要求1所述的制造锂二次电池的方法，其中，在所述负极单元中，锂金属箔图案单元的宽度相对于无锂金属箔图案的非涂布部分的宽度的比例为99：1至10：90。

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡午秉，禹相昱，金帝映，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR