改善负极表面补锂的方法、补锂的负极和锂离子二次电池技术

公开了一种改善负极表面补锂的方法、补锂的负极和锂离子二次电池。本发明专利技术的方法包括：将成卷超薄金属锂/锂合金膜放卷，对放卷的超薄金属锂/锂合金膜的表面进行高能辐射处理，通过辊压方式将处理后超薄金属锂/锂合金膜和负极复合到一起，得到补锂负极。此工艺简单，易操作，可以批量化生产应用。可以批量化生产应用。可以批量化生产应用。

【技术实现步骤摘要】
改善负极表面补锂的方法、补锂的负极和锂离子二次电池


[0001]本专利技术属于储能
，特别涉及锂离子二次电池负极补锂工艺改善。

技术介绍

[0002]2025年动力电池的能量密度要达到400wh/kg。为了达到高的能量密度，需要对电池的正负极进行改进，例如负极采用掺硅补锂的技术，正极采用三元材料(NCM，NCA)或磷酸铁锂组成电池。掺硅或氧化亚硅的负极存在首效低的问题，需要额外补充锂源来提高电池的首效，同时提升能量密度。目前负极补锂源大部分采用超薄锂箔/锂合金箔，通过辊压方式将超薄锂箔/锂合金箔转移到负极表面进行补锂；但目前存在一个问题，超薄锂箔/锂合金箔表面有一层油膜，表面比较光滑，难以将金属锂从膜基材转移到负极表面，需要施加很大压力才能将金属锂完全转移到负极表面；由于辊压复合的力很大，金属锂完全转移到负极表面时负极出现变形破损的问题。之前实验过将金属锂膜放置有机溶液中(正己烷/戊烷)清洗之后再和负极复合效果，但复合效果改善不明显，另外有机溶液具有一定的毒性，使用时存在很多问题。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提出了一种改善负极表面覆锂的方法，对成卷的超薄金属锂/锂合金膜表面进行高能辐射处理，在去除表面的油膜的同时改变金属锂/锂合金膜表面的微观状态，使金属锂/锂合金膜更易与负极复合(与负极的附着力增大)，从而可以轻易地通过辊压方式将超薄金属锂/锂合金膜完整复合到负极上，得到补锂负极。此工艺简单，易规模化生产应用。
[0004]具体的，本专利技术的一个方面提供一种改善负极表面补锂的方法，包括：
[0005]将成卷超薄金属锂/锂合金膜放卷，对放卷的超薄金属锂/锂合金膜的表面进行高能辐射处理；
[0006]通过辊压方式、在0.1
‑
20MPa的压力下将高能辐射处理的超薄金属锂/锂合金膜和负极复合到一起，得到补锂负极。
[0007]在一些实施方案中，高能辐射处理的超薄金属锂或锂合金膜与负极之间的剥离力大小为60gf/25mm
–
200gf/25mm；优选70gf/25mm
–
150gf/25mm。
[0008]高能辐射处理包括电晕处理、等离子处理。
[0009]在一些实施方案中，电晕处理参数包括：电压范围在5000
‑
20000V，优选10000
‑
20000V；功率范围2
‑
60000W，优选100
‑
1000W；频率范围：10
‑
25kHz，优选10
‑
20kHz；处理时间为1
‑
120s，优选1
‑
60s。
[0010]在一些实施方案中，等离子处理参数包括：射频功率为100
‑
1000W，优选300
‑
800W；处理时间为1
‑
120s，优选1
‑
60s。
[0011]在一些实施方案中，高能辐射处理的气氛为惰性气体(例如氩气)环境。
[0012]在一些实施方案中，所述高能辐射处理和所述复合过程连续进行。
[0013]在一些实施方案中，超薄锂膜或锂合金膜厚度为1
‑
50um；超薄锂膜或锂合金膜带膜支撑，其中被基膜支撑的金属锂层或锂合金层在长度方向上是连续或者间歇的；或者在宽度方向上是连续或者间歇的。
[0014]在一些实施方案中，锂合金为金属锂与Ag、Al、Au、Ba、Be、Bi、C、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Fe、Ga、Ge、Hf、Hg、In、Ir、K、Mg、Mn、Mo、N、Na、Nb、Ni、Pt、Pu、Rb、Rh、S、Se、Si、Sn、Sr、Ta、Te、Ti、Y、V、Zn、Zr、Pb、Pd、Sb和Cu中一种或多种的合金，金属锂的含量为80％
‑
99.9％。
[0015]在一些实施方案中，负极包括石墨负极、软碳负极、硬碳负极、硅碳负极、石墨
‑
氧化亚硅负极、纳米硅负极、氧化亚硅负极、锡基负极。
[0016]在一些实施方案中，石墨负极的负极活性材料层包含：天然石墨和/或人造石墨至少一种。
[0017]在一些实施方案中，软碳负极的负极活性材料层包含：软碳。
[0018]在一些实施方案中，硬碳负极的负极活性材料层包含：硬碳。
[0019]在一些实施方案中，硅碳负极的负极活性材料层包含：纳米硅和石墨；纳米硅和石墨按一定质量比例混合得到硅碳负极。纳米硅：石墨(质量比)＝0.1：99.9～99.9：0.1
[0020]在一些实施方案中，石墨
‑
氧化亚硅负极的负极活性材料层包含：氧化亚硅和石墨；氧化亚硅和石墨以一定质量比例混合得到石墨
‑
氧化亚硅负极。氧化亚硅：石墨(质量比)＝0.1：99.9～99.9：0.1
[0021]在一些实施方案中，负极具有位于集流体两侧的负极活性材料层，并且将超薄金属锂/锂合金膜压力复合到负极的双面上。
[0022]在一些实施方案中，辊压复合的压力为1
‑
10MPa。
[0023]本专利技术的另一个方面提供一种补锂负极，其通过上述的方法获得。
[0024]本专利技术的再一个方面提供一种锂离子二次电池，其包含上述的补锂负极。
[0025]本专利技术可以具有以下有益效果中的至少一种：
[0026](1)通过一步高能辐射处理，不仅去除超薄金属锂/锂合金膜表面的油膜，同时还提高与负极的附着力，因此，经过高能辐射处理后，超薄锂/锂合金膜很容易转移到负极的表面，得到补锂负极。
[0027](2)通过控制高能辐射处理的条件，可以调节/控制锂/锂合金膜与负极的剥离力。
[0028](3)高能辐射处理可以大规模批量化处理金属锂/锂合金膜表面。
[0029](4)整个补锂负极制备是连续过程，工艺简单，可以批量化生产应用。
附图说明
[0030]图1是本专利技术的制备补锂负极的流程示意图。
[0031]图2是实施例1的补锂负极产品图。
[0032]图3是实施例2的补锂负极产品图。
[0033]图4、5是对比例1的补锂负极产品图。
[0034]图6是对比例2的补锂负极产品图。
[0035]图7是对比例3的补锂负极产品图。
[0036]图8是对比例4的补锂负极产品图。
具体实施方式
[0037]以下，通过实施例更具体地说明本专利技术。在如下实施例之中所采用的各种产品结构参数、各种反应参与物及工艺条件均是较为典型的范例，但经过本案专利技术人大量试验验证，于上文所列出的其它不同结构参数、其它类型的反应参与物及其它工艺条件也均是适用的，并也均可达成本专利技术所声称的技术效果。
[0038]在实施例中采用的制备补锂负极的流程可以如图1所示。具体操作过程如下：将上下两卷超薄金属锂/锂合金膜1放卷，分别经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善负极表面补锂的方法，包括：将成卷超薄金属锂/锂合金膜放卷，对放卷的超薄金属锂/锂合金膜的表面进行高能辐射处理，通过辊压方式、在0.1
‑
20MPa的压力下将处理后的超薄金属锂/锂合金膜和负极复合到一起，得到补锂负极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在高能辐射处理方式包括电晕处理、等离子处理。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于高能辐射处理气氛为惰性气体环境。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述高能辐射处理和所述复合过程连续进行。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于超薄锂膜或锂合金膜厚度为1
‑
50um；超薄锂膜或锂合金膜带膜支撑，其中被基膜支撑的金属锂层或锂合金层在长度方向上是连续或者间歇的；或者在宽度方向上是连续或者间歇的。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于锂合金为金属锂与Ag、A...

【专利技术属性】
技术研发人员：郇庆娜，孙兆勇，孔德钰，陈强，牟瀚波，
申请(专利权)人：天津中能锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：