一种补锂材料及其制备方法、负极和锂离子电池技术

技术编号:28946305 阅读:7 留言:0更新日期:2021-06-18 22:00
本公开涉及一种补锂材料及其制备方法、负极和锂离子电池,该补锂材料包括金属锂颗粒和导电材料,所述导电材料包括埋入所述金属锂颗粒中的内置段和位于所述金属锂颗粒外部的外露段;所述导电材料的电子导电率大于100s/cm。本公开的补锂材料可以透过导电材料实现锂金属颗粒与负极活性材料的电子传导,增加了电子传导的通道,同时有助于锂离子的传输,实现锂离子的快速嵌入过程,使补锂效率显著提升,从而有效地抑制死锂的形成,避免形成枝晶刺穿隔膜而造成安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
一种补锂材料及其制备方法、负极和锂离子电池
本公开涉及锂离子电池领域,具体地,涉及一种补锂材料及其制备方法、负极和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有比能量高、循环寿命长等优点,已被广泛应用于笔记本电脑、手机等各种便携式电子设备领域。随着能源问题与环境问题的日益严峻,各国对节能减排的要求越来越高。传统燃油车不仅消耗石油这种储量有限的化石能源而且尾气污染严重,因此电动车应运而生。锂离子动力电池作为电动车的主要储能单元受到越来越广泛的关注,展现出良好的发展前景。随着人们对续航里程以及驾车体验要求的不断提升,提高动力电池能量密度就显得尤为重要,可通过优化电池结构、采用容量更高的电极材料以及拓展电池的工作电压等手段实现。在锂离子电池首次充电过程中,有机电解液在石墨等负极表面还原分解,形成固体电解质相界面(SEI)膜,永久地消耗从正极脱出的锂离子,造成不可逆容量的损失,降低了首次充放电库伦效率与能量密度。传统的负极材料石墨理论比容量为372mAh/g,首次不可逆容量损失为5%~10%,对于高容量的负极材料,例如硅、合金等,首次不可逆容量更高。为了解决这个问题,研究者们提出了预锂化技术。通过预锂化抵消材料形成SEI膜时所消耗的锂离子以提高电池的总容量。目前的预锂化技术大致可以分为负极补锂、正极补锂、隔膜补锂以及电解液补锂等。常见的负极补锂包括锂箔补锂、锂粉补锂。金属锂的电位是所有电极材料中最低的,由于电势差的存在,当负极材料与金属锂箔或锂粉接触时,电子会自发地向负极移动,使得锂离子嵌入负极。但将补锂材料压按或涂覆于负极材料表面,当锂金属与石墨不接触或最接近负极材料的补锂层消耗掉之后,容易形成死锂大大降低补锂效率,还有可能形成枝晶,造成安全隐患。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种补锂材料,该补锂材料补锂效率高,且避免了形成死锂而造成枝晶现象。为了实现上述目的,本公开提供一种补锂材料,该补锂材料包括金属锂颗粒和导电材料,所述导电材料包括埋入所述金属锂颗粒中的内置段和位于所述金属锂颗粒外部的外露段;所述导电材料的电子导电率大于100s/cm。可选地,所述导电材料为碳材料;所述碳材料选自碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的至少一种;优选地,所述碳材料为碳纳米管;所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管,优选为多壁碳纳米管;和/或,所述碳纳米管的管径为5nm-100nm,优选为10nm-30nm,长度为10μm-80μm,优选为30μm-50μm。可选地,相对于100重量份的所述金属锂颗粒,所述导电材料的含量为0.1-3重量份,优选为0.5-1重量份。可选地,所述金属锂颗粒的平均粒径为20μm-40μm;和/或,所述金属锂颗粒的表面具有钝化层;所述钝化层的厚度为5nm-100nm;所述钝化层含有碳酸锂、氟化锂和石蜡中的至少一种。本公开第二方面提供一种制备补锂材料的方法,该方法包括:S1、在金属锂熔融的温度下,将含有熔融金属锂的第一分散液与含有导电材料的第二分散液混合,得到混合后的物料;所述导电材料的电子导电率大于100s/cm;S2、将所述混合后的物料冷却至金属锂凝固,并进行固液分离。可选地,步骤S1中,所述导电材料为碳材料;所述碳材料选自碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的至少一种;优选地,所述碳材料为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管,优选为多壁碳纳米管;所述碳纳米管的管径为5nm-100nm,优选为10nm-30nm,长度为10μm-80μm,优选为30μm-50μm;和/或,所述第一分散液中还含有表面活性剂;所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化胺的至少一种,优选为聚乙烯吡咯烷酮;所述金属锂和所述表面活性剂的重量比为1:(0.002-0.05),优选为1:(0.005-0.02);和/或,所述第一分散液和所述第二分散液的分散介质为惰性有机溶剂,所述第一分散液和所述第二分散液的分散介质各自独立地选自烃、酯、醚和硅油的至少一种;和/或,所述第一分散液和所述第二分散液的体积比为1:(0.1-10),优选为1:(0.5-3);所述金属锂与所述导电材料的重量比为100:(0.1-3),优选为100:(0.5-1)。可选地,该方法还包括:步骤S1中,待所述第一分散液和所述第二分散液混合后通入二氧化碳。本公开第三方面提供一种由本公开第二方面所提供的的方法所制备的补锂材料。本公开第四方面提供一种锂离子电池负极,该负极包括集流体、负极活性材料和补锂材料,所述补锂材料为本公开第一方面和本公开第三方面任意一项所述的补锂材料。本公开第五方面提供一种锂离子电池,该电池包括本公开第四方面所提供的锂离子电池负极。通过上述技术方案,本公开的补锂材料可以透过导电材料实现锂金属颗粒与负极活性材料的电子传导,增加了电子传导的通道,同时有助于锂离子的传输,实现锂离子的快速嵌入过程,使补锂效率显著提升,从而有效地抑制死锂的形成,避免形成枝晶刺穿隔膜而造成安全隐患。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本公开,但并不构成对本公开的限制。在附图中:图1是本公开的补锂材料应用于锂离子电池负极时的补锂原理示意图。附图标记说明1金属锂颗粒2导电材料3负极活性材料具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开,并不用于限制本公开。本公开第一方面提供一种补锂材料,该补锂材料包括金属锂颗粒和导电材料,所述导电材料包括埋入所述金属锂颗粒中的内置段和位于所述金属锂颗粒外部的外露段;所述导电材料的电子导电率大于100s/cm。在一种具体的实施方式中,所述导电材料可以为电子导电率大于100s/cm的一维材料和/或二维材料。根据本公开,所述导电材料包括埋入所述金属锂颗粒中的内置段和位于所述金属锂颗粒外部的外露段,可以有多种实现方式,例如,所述导电材料可以穿设于所述金属锂颗粒,在一种实施方式中,所述导电材料长度较长,当其大于所述金属锂颗粒的粒径时,所述导电材料可能会贯穿一个甚至若干个所述金属锂颗粒,此时,所述导电材料包括多个埋入所述金属锂颗粒中的内置段和多个位于所述金属锂颗粒外部的外露段,而且所述导电材料可以弯曲;在另一种实施方式中,所述导电材料长度较短,当其小于所述金属锂颗粒的粒径时,所述导电材料可能仅仅部分埋入所述金属锂颗粒,此时,所述导电材料仅包括一个埋入所述金属锂颗粒中的内置段和一个位于所述金属锂颗粒外部的外露段。所述金属锂颗粒埋入所述导电材料的所述内置段的数目没有特别限制。本公开的专利技术人发现,当补锂材料中的导电材料的部分埋入金属锂颗粒时,将所述补锂材料与未补锂的负极片辊压,导电材料可与负极活性材料实现紧密连接,形成垂直的三维导本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种补锂材料,其特征在于,该补锂材料包括金属锂颗粒和导电材料,所述导电材料包括埋入所述金属锂颗粒中的内置段和位于所述金属锂颗粒外部的外露段;所述导电材料的电子导电率大于100s/cm。/n

【技术特征摘要】
1.一种补锂材料,其特征在于,该补锂材料包括金属锂颗粒和导电材料,所述导电材料包括埋入所述金属锂颗粒中的内置段和位于所述金属锂颗粒外部的外露段;所述导电材料的电子导电率大于100s/cm。


2.根据权利要求1所述的补锂材料,其中,所述导电材料为碳材料;所述碳材料选自碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的至少一种;
优选地,所述碳材料为碳纳米管;所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管,优选为多壁碳纳米管;和/或,所述碳纳米管的管径为5nm-100nm,优选为10nm-30nm,长度为10μm-80μm,优选为30μm-50μm。


3.根据权利要求1所述的补锂材料,其中,相对于100重量份的所述金属锂颗粒,所述导电材料的含量为0.1-3重量份,优选为0.5-1重量份。


4.根据权利要求1所述的补锂材料,其中,所述金属锂颗粒的平均粒径为20μm-40μm;和/或,
所述金属锂颗粒的表面具有钝化层;所述钝化层的厚度为5nm-100nm;所述钝化层含有碳酸锂、氟化锂和石蜡中的至少一种。


5.一种制备补锂材料的方法,其特征在于,该方法包括:
S1、在金属锂熔融的温度下,将含有熔融金属锂的第一分散液与含有导电材料的第二分散液混合,得到混合后的物料;所述导电材料的电子导电率大于100s/cm;
S2、将所述混合后的物料冷却至金属锂凝固,并进行固液分离。


6.根据权利要求5的方法,其中,步骤S1中,所述导电材料为碳材料;...

【专利技术属性】
技术研发人员:梅日国常晓雅吴子文潘仪
申请(专利权)人:比亚迪股份有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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