一种预锂化复合负极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种预锂化复合负极片及其制备方法和应用，所述预锂化复合负极片的制备方法包括：将负极极片、锂箔以及离型膜进行预压，得到复合半成品；所述负极极片位于两片锂箔之间，所述两片锂箔位于两层离型膜之间；将得到的复合半成品进行压延，得到预锂化复合负极片。本发明专利技术所述制备方法通过提供外界锂源，解决了采用金属锂做负极的锂二次电池循环寿命低以及负极材料首效较低的问题，提高了电池的容量和循环性能，工艺流程简单，安全，生产效率高，具有良好的工业化应用前景。具有良好的工业化应用前景。具有良好的工业化应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种预锂化复合负极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂二次电池
，具体涉及一种预锂化复合负极片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度高，循环性能好等优点，受到了广泛关注。随着移动互联网设备的普及，电动汽车和其它电动交通工具的推广，以及无人机和太空探测器等航空航天科技的发展，锂离子电池性能正面临着更高的发展要求，如何提升锂电池的体积能量密度和质量能量密度已成为高性能锂离子电池的重点突破方向。
[0003]目前，通常采用高克容量硅基负极材料来提高电池的能量密度。但是由于高克容量硅基负极材料首次效率较低，在极限工艺的设计条件下也难以达到400Wh/kg的能量密度，因此需对负极材料进行预锂化处理，提升首次效率，进而电池的提高能量密度。同时，该方法也可应用于负极采用金属锂的锂二次电池中，金属锂性质活泼，与电解液接触发生反应，会导致金属锂的不可逆消耗；并且充放电过程，金属锂的溶解
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沉积不均匀，带来锂枝晶的生长和锂的粉化的而问题，导致电池循环寿命低。
[0004]负极预锂化的方法主要包括以下3种：
[0005]1.负极片预化成：该方法可最大程度模拟SEI膜的形成，但其操作较为复杂，难以实现大规模应用；
[0006]2.负极添加锂粉：该方法可在负极制浆过程中添加，也可在负极极片表面喷涂锂粉，操作相对简便，但锂粉操作安全性难以保障；
[0007]3.负极三层电极法：该方法对加工条件没有苛刻要求，但是对保护层在极片收放卷、辊压、裁切等工位的稳定性提出来了很大的挑战。
[0008]CN108550780A公开了一种采用三维箔材的锂离子电池负极单面预锂化方法，该方法包括：将负极浆料涂布到所述三维集流体上，并进行碾压，得到碾压后的极片；对极片进行预锂化复合：预锂化的方法，根据锂金属原料的不同，分为两种，采用锂金属粉末的预锂化方法，向以上碾压后极片的其中一面均匀地喷洒或者涂布锂金属粉末；采用锂箔的预锂化方法，将以上碾压后极片的其中一面与锂箔在一定压力下进行粘结复合：将正极、隔膜和以上完成预锂化复合的负极片装配成电芯，对其进行注液和化成。该方法需采用三维集流体，且只对负极材料的单面进行了预锂化处理，其对电池能量密度的提高有限。
[0009]CN109713227A公开了一种锂离子电池预锂化方法，该方法包括：在室温下将锂粉、导电剂和聚合物在干粉状态下混合，并根据情况加入适量的锂盐，搅拌使之预混合均匀，然后通过升温加热或者加入有机溶剂，最终搅拌得到均匀的多元混合浆料；其次将多元混合浆料通过不同涂覆方法直接涂覆在锂离子电池的负极片表面，冷却或者溶剂挥发后得到表层为富锂导电涂层的负极片；最后利用表层为富锂导电涂层的负极片组装得到锂离子电池。该方法虽然操作简单，但过程中的安全性难以保障。
[0010]综上所述，如何提供一种安全简单的预锂化复合负极片的制备方法，提高电池的
容量以及循环性能，成为当前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0011]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种预锂化复合负极片及其制备方法和应用，所述预锂化复合负极片的制备方法通过提供外界锂源，解决了负极材料首效较低的问题及提供电池所需的锂源，提高了电池的容量和循环性能，工艺流程简单，安全，生产效率高，具有良好的工业化应用前景。
[0012]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0013]第一方面，本专利技术提供了一种预锂化复合负极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0014](1)将负极极片、锂箔以及离型膜进行预压，得到复合半成品；
[0015]所述负极极片位于两片锂箔之间，所述两片锂箔位于两层离型膜之间；
[0016](2)将步骤(1)得到的复合半成品进行压延，得到预锂化复合负极片。
[0017]本专利技术中，所述制备方法采用预压再进行压延的方法，将两片锂箔贴合于负极极片两侧，为负极极片形成SEI膜提供锂离子，避免其在后期电池化成过程中消耗掉电解液中的锂离子，从根源上解决了负极极片形成SEI膜造成的不可逆锂损耗以及负极采用纯金属锂时存在的枝晶、锂粉化、易燃等问题；同时在充放电过程中，外界锂源可为两个电极之间往返嵌入和脱嵌提供锂离子，从而提高整个电池的容量以及首效和循环性能；所述制备方法工艺流程简单、安全，得到的预锂化复合负极片无需先组装成电池进行预化成，可直接用于后续电池的组装应用中，待电池注液后，即可完成预锂化过程，生产效率高，具有良好的工业化应用前景。
[0018]本专利技术中，所述制备方法先采用预压再进行压延，可防止锂箔在进行压延的过程中错位。
[0019]本专利技术中，离型膜的使用包括以下步骤：将卷状的离型膜固定套装在放卷轴上，然后固定放卷轴，将离型膜的上下层牵引出来，调节放卷机构的放卷张力，使牵引出来的两层离型膜通过预压设备；离型膜的使用可有效防止锂箔与设备粘结。
[0020]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0021]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述预压采用预压设备进行。
[0022]优选地，所述预压设备上设有定位区域。
[0023]优选地，在定位区域内，所述负极极片、锂箔以及离型膜按照步骤(1)中的位置关系进行排列。
[0024]本专利技术中，定位区域可有效防止负极极片和锂箔的错位，保证产品品质。
[0025]优选地，所述预压设备通过气管、螺杆或油压中的任意一种控制所述预压的压力。
[0026]优选地，步骤(1)所述预压的压力为2～10吨，例如2吨、3吨、4吨、5吨、6吨、7吨、8吨、9吨或10吨等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0027]本专利技术中，预压的压力需进行严格控制。若预压的压力过大，会损伤负极极片；若预压的压力过小，锂箔与负极极片贴合的不够紧密，会导致固固界面接触不好，存在缝隙等，后期进行压延的过程中二者容易错位，以及预锂化过程不彻底，预锂的效果达不到预计
值，例如：首效提升低、容量发挥低。
[0028]本专利技术中，将预压后得到的复合半成品的厚度与对应的标准极片厚度进行对比，若厚度大于标准极片厚度范围则再次进行预压，直至达标；若厚度小于标准极片厚度范围，则不符合标准，不能应用于电池的组装。
[0029]本专利技术中，标准极片是指负极极片和锂箔组成的复合极片，标准极片的厚度为设计的负极极片厚度加上锂箔的厚度减去(0.01～1μm)。
[0030]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述锂箔与所述负极极片的面积比为1:(1～500)，例如1:1、1:10、1:20、1:50、1:70、1:100、1:200、1:300、1:400或1:500等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0031]本专利技术中，应用于不同的锂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预锂化复合负极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将负极极片、锂箔以及离型膜进行预压，得到复合半成品；所述负极极片位于两片锂箔之间，所述两片锂箔位于两层离型膜之间；(2)将步骤(1)得到的复合半成品进行压延，得到预锂化复合负极片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述预压采用预压设备进行；优选地，所述预压设备上设有定位区域；优选地，在定位区域内，所述负极极片、锂箔以及离型膜按照步骤(1)中的位置关系进行排列；优选地，所述预压设备通过气管、螺杆或油压中的任意一种控制所述预压的压力；优选地，步骤(1)所述预压的压力为2～10吨。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锂箔与所述负极极片的面积比为1:(1～500)；优选地，步骤(1)所述锂箔与所述负极极片的容量比为(0.01～10):1；优选地，步骤(1)所述锂箔的厚度为1～200μm。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述负极极片的制备包括以下步骤：将负极活性材料、导电剂、粘结剂以及溶剂混合，得到负极浆料；将得到的负极浆料涂覆在负极集流体上，依次经过烘干、辊压和分切，得到负极极片。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述负极活性材料包括石墨材料和/或硅基负极材料；优选地，所述石墨材料包括人造石墨、天然石墨或中间相碳微球中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述硅基负极材料包括硅氧负极材料和/或硅碳负极材料；优选地，所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纤维或碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述粘结剂包括糊精、聚乙烯醇、聚丙烯酸类、丁苯橡胶或羧甲基纤维素钠中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述溶剂包括水、乙醇水溶液或异丙醇水溶液中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述负极集流体包括铜箔、镍网或钛网材中的任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄苗，彭燕秋，李琦旸，刘金成，刘建华，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：