预锂化电极的方法和设备技术

本公开内容涉及一种预锂化电极的方法，包括以下步骤：(S1)提供包括反应系统1和反应系统2的预锂化反应系统，所述反应系统1包括锂金属、隔板、用于预锂化的电解质和碳毡，所述反应系统2包括所述用于预锂化的电解质和待预锂化的电极，其中锂金属和待预锂化的电极彼此不直接接触，并且反应系统1和反应系统2彼此连通；(S2)制备电极，所述电极包括电极集电器和形成在电极集电器的至少一个表面上的电极活性材料层；和(S3)利用输送辊使电极通过反应系统2进行电极的预锂化，其中用于预锂化的电解质包括能够在电解质中氧化/还原的有机材料、无机材料或它们的混合物。所述预锂化电极的方法允许在整个电极上进行均匀的预锂化，并且可以在电极的制造期间连续地进行。电极的制造期间连续地进行。电极的制造期间连续地进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】预锂化电极的方法和设备


[0001]本公开内容涉及一种预锂化电极的方法和设备。
[0002]本申请要求于2019年9月6日在韩国提交的韩国专利申请第10
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2019
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0110756号的优先权，通过引用将上述申请的公开内容结合在此。

技术介绍

[0003]随着对各种仪器的技术开发和需求的增加，对作为能源的可再充电二次电池的需求日益增长。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命和低放电率的锂二次电池已被商业化并广泛使用。
[0004]这种锂二次电池通常使用具有层状晶体结构的含锂的钴氧化物(LiCoO2)、诸如具有层状晶体结构的LiMnO2、具有尖晶石晶体结构的LiMn2O4、或类似物之类的含锂的锰氧化物、以及含锂的镍氧化物(LiNiO2)作为正极活性材料。除此之外，碳质材料被频繁用作负极活性材料。近来，对高容量二次电池的需求日益增长，并因此已考虑与具有比碳质材料容量高出至少10倍的有效容量的硅类材料或硅氧化物类材料组合使用。
[0005]然而，锂二次电池具有各种问题，其中部分问题涉及负极的制造和操作特性。
[0006]例如，碳质负极活性材料在初始充电/放电过程(激活过程)期间在负极活性材料的表面上形成固体电解质相界面(solid electrolyte interface:SEI)层(layer)。正因如此，存在着如下问题：发生初始不可逆性、SEI层在持续的充电/放电过程期间可被破坏、并且电解质在再生过程期间被耗尽而造成电池容量退化。
>[0007]为了解决以上提及的问题，已经对负极的预锂化(pre
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lithiation)方法进行了积极的研究。
[0008]这些方法之一是使锂金属箔(lithium metal foil)与负极直接接触以进行预锂化。图1是示出该方法的示意图。参照图1，形成在集电器100的一个表面上的负极活性材料层200与锂金属箔300直接接触以进行预锂化。然而，取决于发生预锂化的负极活性材料区域与对电极之间的距离，该方法引起不均匀的预锂化(或锂掺杂)。此外，由于电子传输在电极接片附近活跃地进行，但是随着距电极接片的距离增加，电子传输相对较不活跃地进行，因此存在如下问题：根据距电极接片的间隔而发生不均匀的预锂化。

技术实现思路

[0009]技术问题
[0010]设计本公开内容以解决现有技术的问题。
[0011]本专利技术人进行了深入的研究和各种试验，并且本公开内容旨在提供一种在整个负极上是可持续的并且允许均匀的预锂化的预锂化方法及其设备。
[0012]本公开内容还旨在提供一种可以在用于制造负极的工序中连续地进行的预锂化方法及其设备。
[0013]技术方案
[0014]在本公开内容的一个方面，提供根据以下实施方式中的任一项的预锂化电极的方法。根据本公开内容的第一实施方式，提供一种预锂化电极的方法，包括以下步骤：(S1)提供包括反应系统1和反应系统2的预锂化反应系统，所述反应系统1包括锂金属、隔板、用于预锂化的电解质和碳毡，所述反应系统2包括用于预锂化的电解质和待预锂化的电极，其中锂金属和待预锂化的电极彼此不直接接触，并且反应系统1和反应系统2彼此连通；(S2)制备所述待预锂化的电极，所述电极包括电极集电器和形成在电极集电器的至少一个表面上的电极活性材料层；和(S3)利用输送辊使所述电极通过反应系统2进行所述电极的预锂化，其中用于预锂化的电解质包括能够在电解质中氧化/还原的有机材料、无机材料或它们的混合物。
[0015]根据本公开内容的第二实施方式，提供如在第一实施方式中限定的预锂化电极的方法，其中所述用于预锂化的电解质包括基于Li/Li
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具有0.001V至3V的反应电位的有机材料、无机材料或它们的混合物。
[0016]根据本公开内容的第三实施方式，提供如在第一实施方式或第二实施方式中限定的预锂化电极的方法，其中所述用于预锂化的电解质包括邻苯二甲酰亚胺化合物、茂金属化合物或它们的混合物作为能够在电解质中氧化/还原的有机材料、无机材料或它们的混合物。
[0017]根据本公开内容的第四实施方式，提供如在第一实施方式至第三实施方式中的任一项中限定的预锂化电极的方法，其中所述用于预锂化的电解质包括N
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丁基邻苯二甲酰亚胺、N
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甲基邻苯二甲酰亚胺、二茂钴、双(五甲基环戊二烯基)钴或它们的混合物作为能够在电解质中氧化/还原的有机材料、无机材料或它们的混合物。
[0018]根据本公开内容的第五实施方式，提供如在第一实施方式至第四实施方式中的任一项中限定的预锂化电极的方法，其中所述用于预锂化的电解质以0.0001M至10M的浓度包括能够在电解质中氧化/还原的有机材料、无机材料或它们的混合物。
[0019]根据本公开内容的第六实施方式，提供如在第一实施方式至第五实施方式中的任一项中限定的预锂化电极的方法，其中向碳毡提供0.001mA/cm2至1000mA/cm2范围内的电流。
[0020]根据本公开内容的第七实施方式，提供如在第一实施方式至第六实施方式中的任一项中限定的预锂化电极的方法，其中使电极与反应系统2的用于预锂化的电解质接触10分钟至180分钟。
[0021]根据本公开内容的第八实施方式，提供如在第一实施方式至第七实施方式中的任一项中限定的预锂化电极的方法，其中所述电极是负极。
[0022]在本公开内容的另一方面，还提供根据以下实施方式中的任一项的用于预锂化的设备。根据本公开内容的第九实施方式，提供一种包括反应系统1和反应系统2的用于预锂化的设备，所述反应系统1包括锂金属、堆叠在锂金属上的隔板、用于预锂化的电解质和碳毡，所述反应系统2包括用于预锂化的电解质和待预锂化的电极，其中反应系统1和反应系统2通过配置为输送用于预锂化的电解质的管线彼此连通，碳毡连接至供电源，并且利用输送辊使待预锂化的电极通过反应系统2。
[0023]根据本公开内容的第十实施方式，提供一种用于预锂化的设备，包括：反应系统1和反应系统2，所述反应系统1包括锂金属、堆叠在锂金属上的隔板、用于预锂化的电解质和
碳毡，所述反应系统2包括用于预锂化的电解质和待预锂化的电极，其中反应系统1和反应系统2被容纳在同一反应容器中，碳毡设置在反应系统1和反应系统2之间，碳毡连接至供电源，并且利用输送辊使待预锂化的电极通过反应系统2。
[0024]有益效果
[0025]根据本公开内容的预锂化反应系统包括：反应系统1和反应系统2，所述反应系统1包括锂金属、隔板、和被调控为具有预定电位的用于预锂化的电解质，所述反应系统2包括用于预锂化的电解质和待预锂化的电极，因而待预锂化的电极不与锂金属直接接触。因此，可以防止由锂金属与待预锂化的电极之间的直接接触所产生的问题，诸如由锂金属与待预锂化的电极之间的距离差引起的不均匀的预锂化之类的问题。
[0026]根据本公开内容，由于锂金属形成用于预锂化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种预锂化电极的方法，包括以下步骤：(S1)提供包括反应系统1和反应系统2的预锂化反应系统，所述反应系统1包括锂金属、隔板、用于预锂化的电解质和碳毡，所述反应系统2包括所述用于预锂化的电解质和待预锂化的电极，其中所述锂金属和所述待预锂化的电极彼此不直接接触，并且反应系统1和反应系统2彼此连通；(S2)制备所述待预锂化的电极，所述电极包括电极集电器和形成在所述电极集电器的至少一个表面上的电极活性材料层；和(S3)利用输送辊使所述电极通过反应系统2进行所述电极的预锂化，其中所述用于预锂化的电解质包括能够在电解质中氧化/还原的有机材料、无机材料或它们的混合物。2.根据权利要求1所述的预锂化电极的方法，其中所述用于预锂化的电解质包括基于Li/Li
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具有0.001V至3V的反应电位的有机材料、无机材料或它们的混合物。3.根据权利要求1所述的预锂化电极的方法，其中所述用于预锂化的电解质包括邻苯二甲酰亚胺化合物、茂金属化合物或它们的混合物作为能够在电解质中氧化/还原的有机材料、无机材料或它们的混合物。4.根据权利要求1所述的预锂化电极的方法，其中所述用于预锂化的电解质包括N
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丁基邻苯二甲酰亚胺、N
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甲基邻苯二甲酰亚胺、二茂钴、双(五甲基环戊二烯基)钴或它们的混合物作为能够在电解质中氧化/还原的有机材料、无机材料或它们的混合物。5.根据权利要求1所述的预锂化电极的方法，其中所述用于预锂化的电解质以0.0001M...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄丞彗，金睿利，蔡午秉，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：