预锂化负极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了预锂化负极片及其制备方法和应用，所述方法包括：(1)将惰性锂粉、粘结剂、单离子导体聚合物、氧化物和有机溶剂混合，以便得到惰性锂粉分散液；(2)采用非接触式喷雾涂布方式将所述惰性锂粉分散液喷涂于负极片表面上；(3)将步骤(2)所得负极片进行干燥，辊压，以便得到预锂化负极片。本发明专利技术采用非接触式喷雾涂布方式实现金属锂粉在负极片上的均匀分散，干燥、辊压后得到预锂化负极，可弥补首次充放电过程中的锂消耗，显著提高了负极材料的首次循环效率及容量。

【技术实现步骤摘要】
预锂化负极片及其制备方法和应用
本专利技术属锂离子电池
，具体涉及一种预锂化负极片及其制备方法和应用。
技术介绍
当前，锂离子电池作为成熟的储能单元，已经逐渐融入日常生活的每一个部分。日常生活中的手机、笔记本等电器均使用锂离子电池作为其储能单元，且近年来锂离子电池也逐渐被用在动力储能方面，如电动汽车。对锂离子电池来说，对其能量密度影响最大的因素应该是正极材料和负极材料。目前商品化使用的锂离子电池石墨负极材料存在较低的理论容量，进一步提升其容量的空间很小，远不能满足未来高容量长寿命电子设备的需求。金属及合金类材料是近年来研究较多的新型高效储锂负极材料体系，其中，硅氧材料因具有极高的理论比容量而备受关注，但其在首次充电时会形成一些不可逆容量的副产物，从而导致电池的首次效率远远达不到应用标准。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种预锂化负极片及其制备方法和应用，本专利技术采用非接触式喷雾涂布方式实现金属锂粉在负极片上的均匀分散，干燥、辊压后得到预锂化负极，可弥补首次充放电过程中的锂消耗，显著提高了负极材料的首次循环效率及容量。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备预锂化负极片的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：(1)将惰性锂粉、粘结剂、单离子导体聚合物、氧化物和有机溶剂混合，以便得到惰性锂粉分散液；(2)采用非接触式喷雾涂布方式将所述惰性锂粉分散液喷涂于负极片表面上；(3)将步骤(2)所得负极片进行干燥，辊压，以便得到预锂化负极片。根据本专利技术实施例的制备预锂化负极片的方法，通过在惰性锂粉分散液中添加粘结剂，使得整体的锂粉浆料具有非牛顿流体特性，同时保证锂粉浆料不沉降；通过在惰性锂粉分散液中添加单离子导体聚合物可以提供电子导电性，从而加速锂离子的潜入与脱出；通过在惰性锂粉分散液中添加氧化物可以提供在整个电池充放电过程中锂离子消耗后的支撑作用，从而防止充放电后锂粉消耗造成极片与隔膜之间松弛，实现充放电后(即锂粉消耗后)极片与隔膜之间依然能够完全贴合，同时防止电池热失控。本专利技术采用非接触式喷雾涂布方式可以实现锂粉浆料中锂粉、粘结剂、填料混合物的二次再造粒，实现极片表面锂粉的独立分布，实现金属锂粉在负极片上的均匀分散，有效防止锂粉堆积成片，发生析锂。干燥、辊压后得到预锂化负极，可弥补首次充放电过程中的锂消耗，显著提高了负极材料的首次循环效率及容量。同时，该方法可调节涂布厚度，对于预锂化电极上的惰性锂层只有2-5μm，其他的涂布方式会在涂布过程中产生刮痕损坏极片，该方法简单有效，且安全性高。另外，根据本专利技术上述实施例的制备预锂化负极片的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述惰性锂粉、单离子导体聚合物、氧化物、粘结剂和有机溶剂的质量比为1：(0.01～0.04)：(7～12)：(2～6)：(10～1000)。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚酰亚胺中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述单离子导体聚合物为全氟磺酸树脂锂。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述氧化物选自ZrO2、掺杂CaO的ZrO2、ThO2、掺杂Y2O3的ThO2、β-Al2O3和LLZTO中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、聚乙烯醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮和二甲基乙醚中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述惰性锂粉的粒径为1-50um；优选地，所述惰性锂粉的粒径为5-25um。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述惰性锂粉分散液的粘度为1000～1400Pa.s。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述惰性锂粉分散液在所述负极片表面上喷涂的涂层厚度为2～5μm。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述喷涂速度为0.01～0.20mL/s。在本专利技术的一些实施例中，所述负极片中的负极活性物质选自石墨、硅基和锡基材料中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述干燥在真空下进行，所述干燥的温度为80～90℃，所述干燥的时间为120～600min。在本专利技术的一些实施例中，所述辊压的施加压力为0.5～5MPa。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种实现上述实施例所述方法的装置。根据本专利技术的实施例，所述装置包括：输料单元，所述输料单元包括依次相连的储料罐、压力泵和浆料流量计；输气单元，所述输气单元包括依次相连的惰性气体储存罐、送风机和气体流量计；喷雾单元，所述喷雾单元分别与所述浆料流量计和所述气体流量计相连接；干燥单元，所述干燥单元用于干燥所述喷雾单元喷涂惰性锂粉分散液后的负极片；辊压单元，所述辊压单元用于辊压所述干燥单元干燥后的负极片。根据本专利技术实施例的实现上述制备预锂化负极片方法的装置，通过浆料流量计控制惰性锂粉分散液进入喷雾单元的流速，通过气体流量计控制进入喷雾单元的气体的流速，从而在喷雾单元上可以实现锂粉浆料中锂粉、粘结剂、填料混合物的二次再造粒。另外，根据本专利技术上述实施例的实现上述制备预锂化负极片方法的装置还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述装置进一步包括：气体加热器，所述气体加热器设置在所述送风机和所述气体流量计之间。由此，气体加热器可以有效蒸发掉一部分有机溶剂，同时气体为惰性气体，也可以有效防止稳定锂粉因高温而被氧化。在本专利技术的一些实施例中，所述装置进一步包括：浆料过滤器，所述浆料过滤器设置在所述储料罐和所述压力泵之间。由此，浆料过滤器可以有效过滤浆料中的团聚颗粒等。在本专利技术的一些实施例中，所述装置进一步包括：气体过滤器，所述气体过滤器设置在所述惰性气体储存罐和所述送风机之间。由此，气体过滤器可以有效阻止异物的进入。在本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种预锂化负极片。根据本专利技术的实施例，所述预锂化负极片是采用以上实施例所述的方法制备得到的或采用上述实施例所述的装置制备得到的。所述预锂化负极片包括锂电池负极电极片及惰性锂层，所述惰性锂层设置在负极片表面，所述惰性锂层是通过非接触式喷雾涂布方式均匀地涂布在负极电极片表面上的。所述惰性锂层包括均匀分散的惰性锂粉、单离子导体聚合物、氧化物、粘结剂。由此，显著提高预锂化负极片的首次循环效率及循环稳定性。在本专利技术的第四个方面，本专利技术提出了一种锂离子电池，所述锂离子电池具有以上实施例所述的预锂化负极片。由此，该锂离子电池具有高效的首次充放电效率、放电容量和循环稳定性。在本专利技术的第五个方面，本专利技术提出了一种电动汽车，所述电动汽车具有以上实施例所述的锂离子电池。由此，该电动汽车具有优异的续航能力，从而满足消费者的使用需求。本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备预锂化负极片的方法，其特征在于，包括：/n(1)将惰性锂粉、粘结剂、单离子导体聚合物、氧化物和有机溶剂混合，以便得到惰性锂粉分散液；/n(2)采用非接触式喷雾涂布方式将所述惰性锂粉分散液喷涂于负极片表面上；/n(3)将步骤(2)所得负极片进行干燥，辊压，以便得到预锂化负极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备预锂化负极片的方法，其特征在于，包括：
(1)将惰性锂粉、粘结剂、单离子导体聚合物、氧化物和有机溶剂混合，以便得到惰性锂粉分散液；
(2)采用非接触式喷雾涂布方式将所述惰性锂粉分散液喷涂于负极片表面上；
(3)将步骤(2)所得负极片进行干燥，辊压，以便得到预锂化负极片。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述惰性锂粉、单离子导体聚合物、氧化物、粘结剂和有机溶剂的质量比为1：(0.01～0.04)：(7～12)：(2～6)：(10～1000)。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚酰亚胺中的至少之一；
任选地，在步骤(1)中，所述单离子导体聚合物为全氟磺酸树脂锂；
任选地，在步骤(1)中，所述氧化物选自ZrO2、掺杂CaO的ZrO2、ThO2、掺杂Y2O3的ThO2、β-Al2O3和LLZTO中的至少之一；
任选地，在步骤(1)中，所述有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、聚乙烯醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮和二甲基乙醚中的至少之一；
任选地，在步骤(1)中，所述惰性锂粉的粒径为1-50um；优选地，所述惰性锂粉的粒径为5-25um；
任选地，在步骤(1)中，所述惰性锂粉分散液的粘度为1000～1400Pa.s。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述惰性锂粉分散液在所述负极片表面上喷涂的涂层厚度为2～5μm；
任选地，在步骤(2)中，所述喷涂速度为0.01～0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵育松，邱昭政，李文龙，梁世硕，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32