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、粘结剂和有机溶剂混合，以便得到锂粉浆料；(2)将所述锂粉浆料涂布到负极片表面的丝网印版上，并将所述丝网印版上多余的浆料去除；(3)对步骤(2)所得负极片进行干燥，去除所述丝网印版；(4)辊压步骤(3)所得负极片，以便得到预锂化负极片。该方法采用湿法对惰性锂粉进行分散，从而避免干法带来的环境和安全问题，同时利用丝网印刷将惰性锂粉形成一个个分散的“小岛”，不仅可以将惰性锂粉分散均匀，还可以避免采用连续涂布工艺造成的涂布量过大，容易造成析锂、成本过高及降低能量密度等问题。

【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
由于消费市场中电子产品功能日趋齐全，且消费者对电子产品使用时长越来越长。在电动汽车领域，续航里程短仍然是限制电动车普及的一大痛点。这些市场需求都要求电池向高能量密度发展。如此趋势要求下一代电池要使用更高容量的电极材料。其中负极材料从石墨向硅基材料的转变可以明显提升动力电池的能量密度。然而，由于硅材料充放电循环过程的体积效应，导致目前产业界更倾向于使用硅氧材料作为动力电池的负极材料。硅氧负极材料的活性物质为氧化亚硅。但是相比于石墨类负极材料，这种材料的导电性较差。而且随着反复的充放电循环氧化亚硅颗粒发生粉化导致脱离导电体系，成为失效负极。而且氧化亚硅在第一次嵌锂后会形成Li2O、Li2CO3和锂硅酸盐等非可逆锂化物，降低了电池体系中活性锂的利用率。在首次嵌锂过程中负极表面都会形成一层由锂和电解液形成的SEI膜，又进一步增加了活性锂的消耗。如此便使得硅氧材料作为锂离子负极获得很低的首次效率。为了提高电池体系中电极材料的利用率，并提高电池的能量密度，通过向锂离子电池体系中引入额外的锂源是补充活性锂损耗的一种有效手段。目前的研究中可以向正极或负极预锂化，其中锂源有金属锂或富锂的化合物或合金。其中研究较多的是向负极预锂化。利用金属锂作为锂源向负极预锂化是最直接有效的预锂化手段。利用金属锂对锂电池体系预锂化又分为锂带预锂化和锂粉预锂化。锂带预锂化技术相对成熟，但是，由于锂带的厚度控制较为困难，导致对负极的预锂化不易控制，造成预锂化过量而导致锂电池发生析锂现象，容易引起安全风险。锂粉预锂化可以通过精确控制锂粉添加量和改善分散手段对负极进行精准预锂化，是目前产业界和学术界竞相研究的课题。目前利用锂粉预锂化的方法有很多，大体可分为干法预锂化和湿法预锂化。干法预锂化主要采用静电吸附和振动洒涂，但是存在锂粉飘浮现象，大量的锂粉飘浮在空气中不但存在极大的安全隐患，还有害于操作人员的身体健康。随后尝试采用湿法工艺对锂粉进行分散，虽然解决了锂粉飘浮的问题，但是由于没有提出一个行之有效的涂布方法，会导致涂布厚度加大到锂粉粒径(D50)以上。采用这种方法势必会增加锂粉层的厚度，对锂粉添加的控制不能精确把握，容易过度预锂化。本专利技术就是针对这一问题，对锂粉浆料这一工艺进行改进，从而达到锂粉的精确添加，避免了材料的浪费以及过度预锂化。
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，该方法采用湿法对惰性锂粉进行分散，从而避免干法带来的环境和安全问题，同时利用丝网印刷将惰性锂粉形成一个个分散的“小岛”，不仅可以将惰性锂粉分散均匀，还可以避免采用连续涂布工艺造成的涂布量过大，容易造成析锂、成本过高及降低能量密度等问题。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种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、粘结剂和有机溶剂混合，以便得到锂粉浆料；(2)将所述锂粉浆料涂布到负极片表面的丝网印版上，并将所述丝网印版上多余的浆料去除；(3)对步骤(2)所得负极片进行干燥，去除所述丝网印版；(4)辊压步骤(3)所得负极片，以便得到预锂化负极片。根据本专利技术实施例的预锂化负极片的方法，采用丝网印刷工艺实现锂粉浆料非连续且均匀精确地涂布到负极片表面，避免了预锂化过度和材料浪费的问题，干燥后形成一个个均匀分散的由惰性锂粉、粘结剂组成的“小岛”，辊压后惰性锂粉扁平化减小了锂片厚度，也有利于锂金属快速扩散至整个负极片。其中，粘结剂不但起到增加体系粘度、稳定液相体系的作用，还能通过热压将极片与隔膜粘为一体，增加电芯的机械强度。该方法不但解决了干法的锂粉飘浮带来的安全和健康风险问题，还解决了湿法连续涂布造成的涂布厚度大，导致的能量密度低、材料成本高和过度预锂化等问题。另外，根据本专利技术上述实施例的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，所述惰性锂粉的D50为5-50μm。在本专利技术的一些实施例中，所述粘结剂为高分子材料。在本专利技术的一些实施例中，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、海藻酸钠、聚酰亚胺、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述有机溶剂选自芳香类溶剂、脂烷烃、卤代烃、脂类溶剂、醚类溶剂、羧酸类溶剂、醇类溶剂、甲酰胺类溶剂和酮类溶剂中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，在所述锂粉浆料中，所述惰性锂粉的含量为5～50重量份，所述粘结剂的含量为1～10重量份，所述有机溶剂的含量为35～94重量份。由此，使惰性锂粉均一、稳定地分散在锂粉浆料中。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述锂粉浆料中还包括导电剂。由此，为稳定锂粉提供了附着位点，并且为锂离子扩散提供了通道。在本专利技术的一些实施例中，所述导电剂选自碳材料、导电聚合物、金属和金属氧化物中的至少之一。由此，更好的为稳定锂粉提供了附着位点，并且为锂离子扩散提供了通道。在本专利技术的一些实施例中，所述导电剂为碳材料。由此，更好的为稳定锂粉提供了附着位点，并且为锂离子扩散提供了通道。在本专利技术的一些实施例中，所述碳材料选自导电碳黑、导电石墨、科琴黑、碳纳米管石墨烯和气相生长碳纤维中的至少之一。由此，更好的为稳定锂粉提供了附着位点，并且为锂离子扩散提供了通道。在本专利技术的一些实施例中，所述导电剂在所述锂粉浆料中的含量为0～5重量份。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述丝网印版的材质为高分子材料或者金属材料。在本专利技术的一些实施例中，所述高分子材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述金属材料选自铁、铜、铝和合金中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述丝网印版的厚度为5～100μm。在本专利技术的一些实施例中，所述丝网印版的通孔的孔径为50～2000μm。在本专利技术的一些实施例中，所述丝网印版的形状为三角形、四边形、五边形、六边形或者圆形。在本专利技术的一些实施例中，所述丝网印版的通孔的孔间距为200～10000μm。在本专利技术的一些实施例中，所述丝网印版的通孔的面积占所述丝网印版总面积的10～60％。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，采用鼓风机进行干燥。在本专利技术的一些实施例中，所述干燥温度为60～100℃。在本专利技术的再一个方面，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。由此，该预锂化负极片具有能量密度高、材料成本低等优点，同时还避免了过度预锂化等问题。在本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种锂电池，所述锂电池具有以上实施例所述的预锂化负极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预锂化负极片的方法，其特征在于，包括：/n(1)将惰性锂粉、粘结剂和有机溶剂混合，以便得到锂粉浆料；/n(2)将所述锂粉浆料涂布到负极片表面的丝网印版上，并将所述丝网印版上多余的浆料去除；/n(3)对步骤(2)所得负极片进行干燥，去除所述丝网印版；/n(4)辊压步骤(3)所得负极片，以便得到预锂化负极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种预锂化负极片的方法，其特征在于，包括：
(1)将惰性锂粉、粘结剂和有机溶剂混合，以便得到锂粉浆料；
(2)将所述锂粉浆料涂布到负极片表面的丝网印版上，并将所述丝网印版上多余的浆料去除；
(3)对步骤(2)所得负极片进行干燥，去除所述丝网印版；
(4)辊压步骤(3)所得负极片，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，所述惰性锂粉的D50为5-50μm；
任选地，所述粘结剂为高分子材料；
任选地，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、海藻酸钠、聚酰亚胺、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的至少之一；
任选地，所述有机溶剂选自芳香类溶剂、脂烷烃、卤代烃、脂类溶剂、醚类溶剂、羧酸类溶剂、醇类溶剂、甲酰胺类溶剂和酮类溶剂中的至少之一。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，在所述锂粉浆料中，所述惰性锂粉的含量为5～50重量份，所述粘结剂的含量为1～10重量份，所述有机溶剂的含量为35～94重量份。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述锂粉浆料中还包括导电剂；
任选地，所述导电剂选自碳材料、导电聚合物、金属和金属氧化物中的至少之一；
优选地，所述导电剂为碳材料；
任选地，所述碳材料选自导电碳黑、导电石墨、科琴黑、碳纳米管石墨烯和气相生长碳纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱昭政，赵育松，李文龙，丁易，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