超薄锂条预制件、复合负极及其制备方法和电池技术

本发明专利技术提供了一种超薄锂条预制件、复合负极及其制备方法和电池。超薄锂条预制件具有：担载层，所述担载层为宽度3-2000mm的带材；和位于所述担载层的至少一个表面上并且与所述担载层复合在一起的多条超薄锂条，所述多条超薄锂条为沿所述担载层的长度方向延伸且在所述担载层的宽度方向上彼此分开的2条以上的超薄锂条，每条超薄锂条的宽度在1-200mm范围内，每条超薄锂条的厚度一致，在0.5-15微米范围内，且单条超薄锂条具有孔径为5-1000微米的通孔，孔隙率为50％以下，相邻超薄锂条之间具有0.5-10mm的间距。10mm的间距。10mm的间距。

【技术实现步骤摘要】
超薄锂条预制件、复合负极及其制备方法和电池


[0001]本专利技术涉及储能
，尤其涉及一种可用于二次电池的超薄锂条预制件、复合负极及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂电池因其能量密度高，循环寿命长和适用温度范围广的优点而被广泛的应用于航空航天，计算机，移动通讯设备，机器人和电动汽车等领域。随着社会的发展，科技的进步，对于锂电池的能量密度和循环寿命要求越来越高，而目前单纯以石墨为负极的锂离子电池难以满足社会的预期，所以需要开发新型具有更高比容量的正负极材料。对于负极材料而言，进行预锂化工作，可有效提高电池比能量并增加电池寿命。锂金属具有高的比容量(3860mAh/g，为石墨负极的10倍)和最低的氧化还原电位(-3.04V VS标准氢电位)。采用金属锂对传统石墨负极进行预锂化处理，一方面可以提高电池的首次库伦效率，增加电池的比能量，另一方可以有效延长电池的循环寿命，这使得锂离子电池将有更广阔的应用领域。
[0003]虽然预锂化(补锂)有如此优势，但是要精确控制其在电池中用量，对负极预锂化提出了更高的要求。目前现有锂离子电池所采用的正极材料均为含锂材料(例如钴酸锂，磷酸铁锂，三元材料等)，正极所含锂已能够满足锂离子电池充放电需求，而负极仅需要少量的锂(锂厚度为0.5-10微米)即可以补充形成固态电解质界面(SEI)膜损失的锂。宁德时代新能源的中国专利申请CN201610102992.8中，在补锂过程中将锂粉撒在极片表面，辊压后进行预锂化。但是，该补锂方法尚无法实现对补锂量的精确控制，而且工艺复杂，成本较高，更重要的是安全性很难控制。
[0004]鉴于此，需要一种能够精确控制补锂量并实现电池的高能量密度的技术。

技术实现思路

[0005]专利技术人出人意料地发现：对于负极预锂化所用的锂膜而言，如果锂膜具有通孔，则由于孔洞的存在，不仅可以使电解液更易进入锂膜和负极膜片的接触界面，提高预锂化速度，而且预锂化时产生的气体可以从通孔中释放出来，避免锂膜与负极膜片的脱离。因此，具有通孔的锂膜与完整锂膜相比，可以实现更好的预锂化效果。进一步的，具有较小间距的超薄锂条用于负极预锂化，这种优势更加明显。
[0006]另外，专利技术人还发现：具有通孔的超薄锂条(厚0.5-15微米，甚至1-5微米)可以通过轧制以卷对卷的方式生产，且通过控制轧制压力可以控制具有通孔的超薄锂条与担载层的粘附力，使其处于合适的水平，既能确保超薄锂条可以复合在担载层上，又可以容易地从担载层转移到其他基材例如锂电池负极上。鉴于这些发现，完成了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术一个方面旨在提供一种超薄锂条预制件，所述超薄锂条预制件具有：担载层，所述担载层为宽度3-2000mm的带材；和位于所述担载层的至少一个表面上并且与所述担载层复合在一起的多条超薄锂条，所述多条超薄锂条为沿所述担载层的长度方向延伸且在所述担载层的宽度方向上彼此分开的2条以上的超薄锂条，每条超薄锂条的宽度在
1-200mm范围内，每条超薄锂条的厚度一致在0.5-15微米的范围内，且单条超薄锂条具有孔径为5-1000微米的通孔，孔隙率为50％以下，相邻超薄锂条之间具有0.5-10mm的间距。
[0008]本专利技术的超薄锂条预制件是一种在担载层(薄膜基材)上支撑有连续、有通孔、宽度厚度可调(控制锂膜尺寸和压力)的超薄锂条的产品，相邻超薄锂条之间具有间隔的复合带材。
[0009]本专利技术中，超薄锂条为均匀薄膜，是指超薄锂条具有完整的薄膜形状(没有明显的褶皱和变形)且具有均匀厚度。优选地，超薄锂条具有在整个锂膜中相对均匀的通孔。
[0010]可选地，超薄锂条预制件的锂条表面光亮，为金属银白色，锂含量为99.90～99.95％，锂膜厚度范围为0.5-15微米，优选1-10微米，厚度公差为
±
1μm。
[0011]可选地，超薄锂条预制件的锂条为金属锂合金制品(例如：锂镁合金、锂铝合金、锂硼合金、锂硅合金、锂硼合金、锂铟合金)，锂含量为10～99.9％。
[0012]可选地，超薄锂条具有均匀分布的孔径为100～500微米的通孔。
[0013]可选地，超薄锂条的孔隙率为0～50％，优选0.5％-10％，更优选1％-5％。
[0014]可选地，超薄锂条至少具备2条或以上，且相邻超薄锂条之间具有0.5-10mm的间距，优选1-5mm。
[0015]可选地，超薄锂条的宽度为1-200mm，优选1-50mm，更优选2-10mm。
[0016]可选地，超薄锂条预制件的宽度为3-2000mm，优选100-300mm。
[0017]可选地，担载层材料为聚合物或由其构成的防粘膜：例如高强度薄膜化的聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)、聚酯、双向拉伸聚丙烯(BOPP)防粘膜等；无机氧化物：例如三氧化二铝；无机导体：例如石墨、碳纳米管、石墨烯；金属集流体：例如铜、铝；所述担载层为单层或多层复合。
[0018]可选地，担载层的厚度为1-500微米，优选5-100微米，更优选10-50微米。
[0019]本专利技术的另一个方面提供了一种复合负极，所述复合负极包括：集流体；位于集流体表面上的负极涂层；和复合在负极涂层远离集流体的一面上的超薄锂条，其中所述超薄锂条通过将上述超薄锂条预制件除去担载层而获得。
[0020]可选地，覆盖在负极涂层表面的超薄锂条至少包含2条或以上，且相邻超薄锂条之间具有0.5-10mm的间距，优选2-5mm。
[0021]本专利技术的另一个方面旨在提供一种制备上述超薄锂条预制件的方法，所述方法是卷对卷的连续生产方法，以厚度为5～200μm的金属锂带材为原料，一面与凸点防粘基材贴合，另一面与担载层贴合后一起进入轧辊，轧制后将凸点防粘基材与金属锂带剥离获得带担载层支撑的超薄锂带，然后将带担载层支撑的超薄锂带去除部分金属锂形成具有间隔的超薄锂条，获得所述超薄锂条预制件。
[0022]可选地，轧制原料金属锂带材的厚度为1～200μm，优选5～150μm。
[0023]可选地，所述凸点防粘基材与金属锂接触的一面具备防粘涂层，且凸点防粘膜或防粘涂层具备凹凸不平的若干点状凸起。
[0024]可选地，所述凸点防粘基材为由以下材料制备的单层或多层薄膜，所述材料选自：聚合物，包括聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)、聚酯；金属，包括钢、铝、铜。
[0025]可选地，通过调节轧制压力来控制超薄锂条和担载层的粘附力。
[0026]可选地，使所述凸点防粘基材具备若干点状凸起的工艺包括基材背面喷砂、机械
辊压工艺。
[0027]可选地，采用刮刀进行刮除，从所述由带担载层支撑的超薄锂带去除部分金属锂带，以形成具有间隔的超薄锂条。
[0028]可选地，所述刮刀为平面刮刀或者旋转刮刀。平面刮刀意指刮刀与超薄锂带相对移动，旋转刮刀意指刮刀可以绕自身轴线旋转
[0029]本专利技术的另一个方面提供了一种制备上述复合负极的方法，其特征在于：所述方法是卷对卷的连续本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄锂条预制件，其特征在于所述预制件具有：担载层，所述担载层为宽度3-2000mm的带材；和位于所述担载层的至少一个表面上并且与所述担载层复合在一起的多条超薄锂条，所述多条超薄锂条为沿所述担载层的长度方向延伸且在所述担载层的宽度方向上彼此分开的2条以上的超薄锂条，每条超薄锂条的宽度在1-200mm范围内，每条超薄锂条的厚度一致，在0.5-15μm的范围内，且单条超薄锂条具有孔径为5-1000μm的通孔，孔隙率为50％以下，相邻超薄锂条之间具有0.5-10mm的间距。2.根据权利要求1所述的超薄锂条预制件，其特征在于：所述单条超薄锂条满足以下条件中的至少一项：通孔的孔径为100-500微米；孔隙率为0.5-10％，优选1％-5％；宽度为1-50mm；厚度为1-10微米。3.根据权利要求1所述的超薄锂条预制件，其特征在于：所述超薄锂条为金属锂或锂合金制品，优选地，锂合金包括锂铝合金、锂镁合金、锂硼合金、锂铟合金、锂硅合金。4.根据权利要求1所述的超薄锂条预制件，其特征在于：所述担载层为由以下材料制备的单层或多层，所述材料选自：聚合物，包括聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)、聚酯；无机氧化物，包括三氧化二铝；无机导体，包括石墨、碳纳米管、石墨烯；金属，包括铜、铝。5.一种复合负极，其特征在于：所述复合负极包...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐大志，程滋平，刘慧芳，陈强，牟瀚波，郇庆娜，吴春敢，于坤旺，
申请(专利权)人：天津中能锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：