一种预锂负极片及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种预锂负极片及锂离子电池，预锂负极片，其特征在于，包括负极片本体和与负极片本体辊压复合的超薄锂网，所述超薄锂网的厚度为5~500μm；所述超薄锂网的面密度为0.5~100g/m2；所述超薄锂网由锂基材经过滚切拉伸工艺制得。本发明专利技术利用锂基材延伸率高的特性，创造性的采用滚切拉伸的方法制备了超薄锂网，并与负极片本体复合制备预锂负极片；滚切拉伸工艺采用冷却液控制设备切刀和滚切台的温度，改善金属锂粘刀的问题；采用超薄锂网预锂可在负极极片形成网格状的预锂，预锂膨胀的应力可逐步释放，改善负极极片的结构稳定性，改善锂离子电池的循环性能。环性能。环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种预锂负极片及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种预锂负极片及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]在电池的首次充电过程中，电解液会在负极表面形成SEI，消耗部分活性锂，导致电池的首效低，影响电池能量密度的发挥，尤其当负极采用Si，SiO，Li
‑
SN，SnO，SnO2等合金负极时，影响尤为明显。为提高电池能量密度，SiC、SiO负极材料越来越多应用在锂离子电池系统中，行业通过对负极极片进行预锂的方法，直接将活性锂补充到负极，进而补充SEI形成导致的活性锂损失，提高电池的首效。该补充的金属锂可以适当过量，而过量的金属锂可作为备用锂，补充在电池后期循环过程中SEI的破损修复导致的活性锂损失，进而提高电池的使用寿命。
[0003]由于极片的结构设计，所需要补入金属锂面密度非常少，折算为金属锂的厚度为1～10μm，而超薄金属锂带的制备仍是当前的技术瓶颈，由于金属锂的强度低，且具有自粘性，从压延到覆膜到辊压均存在较大难度，如何实现对负极极片的预锂是当前行业的技术难题之一，直接影响高能量密度方案的量产应用。
[0004]中国专利文献上公开了“锂离子电池极片的锂粉处理系统”，其申请公布号为CN204668390U，该技术将锂粉分散在极片表面，通过碾压使与负极结合，该方法需采用稳定化的表面包覆的小颗粒锂粉。但是，该方法预锂不均匀，成本高、锂粉扬尘导致安全风险的问题，现已较少采用。
[0005]中国专利文献上公开了“压延机构及极片补锂装置”，其申请公布号为CN207038626U，该技术通过差速辊压，锂带压延至所需厚度，该方案具有较高的生产效率；但是，该方案具有成本高、工艺复杂、效率低的问题。
[0006]中国专利文献上公开了“金属锂网和使用其的锂离子电池”，其申请公布号为CN208368618U，该技术未明确制作锂网的方法，而锂网制备的方法是该方案实现的关键技术；说明书中，简单阐释了锂网的制备方法，包括模具浇铸和机械冲孔的方法，但是，该专利将金属锂网应用于负极补锂或以金属锂为负极的锂离子电池中，解决了超薄金属锂带很难加工至50μm以下时，无法满足补锂需求的替代方案；金属锂质地软，强度低，采用精密铸造的方法很难制备超薄金属锂网，超薄锂网存在脱模难、成型难的问题，同时采用浇铸法制备超薄锂网对模具的加工精度要求高，成本较高；采用机械冲孔制备金属锂网，存在金属锂的粘刀的问题，较难长时间高效的运转，且调整网孔面积需更改模具，成本极高。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种具有较高的结构稳定性的预锂负极片。
[0008]本专利技术还提供了一种预锂负极片的制备方法，该方法操作简单，工艺条件易于控
制，易于实现产业化。
[0009]本专利技术还提供了一种包括上述预锂负极片的锂离子电池，利用锂网预锂在负极极片形成网格状预锂，使其预锂膨胀的盈利逐渐释放，提高极片的结构稳定性，该锂离子电池表现出更优的循环性能。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种预锂负极片，包括负极片本体和与负极片本体辊压复合的超薄锂网，所述超薄锂网的厚度为5～100μm，幅宽为10～1000mm；所述超薄锂网的面密度为0.5～20g/m2；所述超薄锂网由锂基材经过滚切拉伸工艺制得。
[0011]本专利技术利用锂基材质地软且延伸率高的特点(金属锂硬度低，延伸率在50％以上)，创造性的采用滚切拉伸的方法制备超薄锂网，并与负极片本体复合制备预锂负极片。采用超薄锂网预锂较锂箔预锂的优势在于，超薄锂网的使用可在负极极片形成网格状的预锂，预锂膨胀的应力可逐步释放，改善负极极片的结构稳定性，改善锂离子电池的循环性能。
[0012]超薄锂网的参数很关键，其中厚度过薄会增大加工难度，锂网易断裂而导致无法与负极片复合，厚度过厚会导致面密度过大，超出负极所需预锂量；幅宽与所需预锂的负极幅宽有关。
[0013]作为优选，所述锂基材为纯金属锂或锂合金，所述锂合金包括锂和合金元素，所述合金元素选自Mg，Al，B，Si，Ca，Na、Zr中的一种或几种。
[0014]作为优选，所述超薄锂网具有均匀分布的网格，所述网格的形状为菱形、六边形或异形。
[0015]作为优选，所述超薄锂网通过滚切设备制备，所述滚切设备包括切刀和滚切台，所述切刀和滚切台内设有温度调节机构，控制设备切刀和滚切台的温度，改善金属锂粘刀的问题。
[0016]作为优选，所述切刀和滚切台内设有孔道，所述孔道内通有冷却液。
[0017]作为优选，所述切刀具有若干个刀头，所述刀头与切刀可拆卸连接，所述刀头的形状可调节。
[0018]作为优选，所述负极片本体包括负极集流体和位于负极集流体上的负极活性浆料层，所述负极活性浆料层包括负极活性材料；所述负极活性材料选自天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳，硅、硅碳复合物、Li
‑
Sn合金、Li
‑
Sn
‑
O合金、Sn、SnO、SnO2和Li
‑
Al合金中的一种或几种。
[0019]一种预锂负极片的制备方法，包括以下步骤：(1)将锂基材经过滚切拉伸工艺制备超薄锂网；滚切拉伸的温度控制在
‑
20～60℃；滚切拉伸工艺的条件很关键，温度对金属锂的力学性能有较大影响，且切刀温度过高会产生粘刀的问题，温度过低会导致延展率降低。因此滚切拉伸的温度应控制在
‑
40～60℃范围内，温度可根据锂基材的材质结合工艺条件进行优化。
[0020](2)将负极片本体与步骤(1)制得的超薄锂网辊压复合，辊压复合的压力控制在0～50t，得预锂负极片。辊压复合的压力过高会导致极片变形，压力过低导致锂网与负极片接触少，影响金属锂在负极片中的扩散，本专利技术辊压复合压力优选为0～50t。
[0021]一种包含上述的预锂负极片的锂离子电池，所述锂离子电池还包括正极片，隔膜
和电解液，所述正极片包括正极集流体和位于所述正极集流体上的正极活性浆料层；所述正极活性浆料层包括正极活性材料；所述的活性材料选自钴酸锂LiCoO2，LiNi
x
A
y
B
(1
‑
x
‑
y)
O2,LiMPO4,Li1‑
x
Q
y
’
L
z
’
C
(1
‑
y
’‑
z
’
)
O2中的一种或几种；其中A、B各自独立的选自Co、Al、Mn中的一种，且A和B不同；LiMPO4具有橄榄石型结构，M选自Co、Ni、Fe、Mn、V中的一种或几种，Q、L、C各自独立的选自Co、Ni、Fe、Mn中的一种，且Q、L、C各不相同。
[0022]作为优选，0<x<1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预锂负极片，其特征在于，包括负极片本体和与负极片本体辊压复合的超薄锂网，所述超薄锂网的厚度为5~100μm；所述超薄锂网的面密度为0.5~20g/m2；所述超薄锂网由锂基材经过滚切拉伸工艺制得。2.根据权利要求1所述的一种预锂负极片，其特征在于，所述锂基材为纯金属锂或锂合金，所述锂合金包括锂和合金元素，所述合金元素选自Mg，Al，B，Si，Ca，Na、Zr中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种预锂负极片，其特征在于，所述超薄锂网具有均匀分布的网格，所述网格的形状为菱形、六边形或异形。4.根据权利要求1所述的一种预锂负极片，其特征在于，所述超薄锂网通过滚切设备制备，所述滚切设备包括切刀和滚切台，所述切刀和滚切台内设有温度调节机构。5.根据权利要求4所述的一种预锂负极片，其特征在于，所述切刀和滚切台内设有孔道，所述孔道内通有冷却液。6.根据权利要求4所述的一种预锂负极片，其特征在于，所述切刀具有若干个刀头，所述刀头与切刀可拆卸连接，所述刀头的形状可调节。7.根据权利要求4所述的一种预锂负极片，其特征在于，所述负极片本体包括负极集流体和位于负极集流体上的负极活性浆料层，所述负极活性浆料层包括负极活性材料；所述负极活性材料选自天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳，硅、硅碳复合物、Li
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Sn合金、Li
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Sn
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O合金、Sn、SnO、SnO2和Li
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Al合金中的一种或几种。8.一种如权利要求1
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7任一所述的预锂负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将锂基材经过滚切拉伸工艺制备超薄锂网；（2）将负极片本...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓崇，彭波，丁子轩，朱湘洋，李娟，潘康华，许梦清，
申请(专利权)人：万向集团公司，
类型：发明
国别省市：