制备补锂负极的方法以及补锂负极技术

本申请提供了一种制备补锂负极的方法，借助凹凸辊的辊压将部分超薄锂/锂合金膜转移到负极上下两个表面上，解决目前石墨负极补锂过量的问题。本发明专利技术通过一步辊压实现了超薄锂或锂合金膜的减薄复合，该补锂负极制备方法为一体化操作，简化工艺，可以规模化大批量应用。可以规模化大批量应用。可以规模化大批量应用。

【技术实现步骤摘要】
制备补锂负极的方法以及补锂负极


[0001]本专利技术属于储能
，特别涉及锂离子二次电池中补锂负极的制备工艺。

技术介绍

[0002]2025年动力电池的能量密度要达到400wh/kg。为了达到如此高的能量密度，需要对电池的正负极进行改进，例如石墨、掺硅或氧化亚硅的负极首效比正极首效低，有待将负极首效提高到正极首效的水平，需要额外补充锂源来提高首效，同时提升能量密度。对于石墨负极，首效已达到90％左右，实际需求的补锂厚度为1
‑
2.5um，如果直接采用目前市面上存在5微米厚度的超薄锂/锂合金膜对石墨负极进行补锂，补锂过量，会有锂枝晶生成，有安全隐患。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种可以解决上述问题的方法，可以对超薄锂/锂合金膜进行减薄处理，同时得到补锂的负极。
[0004]本专利技术的目的可以采用如下技术方案来实现。
[0005]本专利技术的一个方面提供了一种制备补锂负极的方法，所述方法包括：
[0006]提供成卷的上超薄锂或锂合金膜、下超薄锂或锂合金膜和负极极片，所述超薄锂或锂合金膜由支撑膜和被支撑膜支撑的锂层或锂合金层组成，所述锂层或锂合金层为具有孔径为5～200微米的通孔的厚度均匀薄膜，厚度在0.5～20um范围内，厚度公差在
±
0.5μm以内；
[0007]将上超薄锂或锂合金膜、下超薄锂或锂合金膜和负极极片放卷；
[0008]将放卷的上超薄锂或锂合金膜、下超薄锂或锂合金膜和负极极片以上、下超薄锂或锂合金膜的锂层或锂合金层侧与负极极片相对设置的方式进料至辊压装置中进行辊压，其中所述辊压装置包括成对设置的上辊压辊和下辊压辊，上辊压辊和下辊压辊中至少一个具有凹凸形状，从而通过辊压将与辊压辊凸部对应的锂层部分转移到负极极片上形成具有条形间隔锂或锂合金膜的补锂负极，而与辊压辊凹部对应的锂层部分仍然留在上超薄锂或锂合金膜和/或下超薄锂或锂合金膜上，形成上条状锂或锂合金膜和/或下条状锂或锂合金膜；
[0009]采用锂或锂合金膜剥离装置将补锂负极、上条状锂或锂合金膜和/或下条状锂或锂合金膜分离；
[0010]将分离的补锂负极收卷。
[0011]在一些实施方案中，所述方法还包括在辊压之前对放卷的上超薄锂或锂合金膜、下超薄锂或锂合金膜进行清洁的步骤，该清洁步骤采用毛刷轮辊刷的方式或采用刮刀进行刮除的方式进行，以清除锂或锂合金膜的支撑膜侧的锂渣。
[0012]在一些实施方案中，锂或锂合金膜剥离装置包括刀状结构，所述刀状结构在辊压后将上条状锂或锂合金膜和/或下条状锂或锂合金膜以相对于锂或锂合金膜行进方向大于
60度的角度进行剥离。
[0013]在一些实施方案中，所述锂层或锂合金层的厚度在1～10um范围内，厚度公差在
±
0.5μm以内。
[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。
[0015]在一些实施方案中，锂合金中金属锂的含量(以重量计)在50％至99.9％的范围内，优选地在80％至95％的范围内。
[0016]在一些实施方案中，所述支撑膜为高分子材料，选自：聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚二甲酰苯二胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、芳纶、环氧树脂、聚甲醛、酚醛树脂、硅橡胶、淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物、蛋白质及其衍生物、聚乙二醇及其交联物、聚乙烯醇及其交联物中的至少一种。
[0017]在一些实施方案中，所述具有凹凸形状的辊压辊(即凹凸辊)是由凸起和凹陷部分组成，凸起和凹陷部分是间隔分布的，凸起部分宽度为1
‑
10mm，凹陷部分宽度为1
‑
8mm。例如凸起部分为2mm，凹陷部分为8mm，即凸起部分2mm宽的超薄锂或锂合金膜转移到负极上下两个表面上得到补锂负极；例如凸起部分为3mm，凹陷部分为3mm，即凸起部分3mm宽的锂/锂合金膜转移到负极上下表面上得到补锂负极。
[0018]在一些实施方案中，上辊压辊和下辊压辊都是凹凸辊，或者其中一个为凹凸辊，另一个为平辊；当上辊压辊和下辊压辊都是凹凸辊时，两个辊压辊的关系应为凸部对凸部，凹部对凹部。
[0019]在一些实施方案中，所述负极极片的至少一侧具有负极材料层，所述负极材料层包含的负极活性材料选自石墨材料、硅碳材料、石墨
‑
氧化亚硅材料、纳米硅材料、氧化亚硅材料和锡基材料。
[0020]在一些实施方案中，所述凹凸辊的辊压的压力为1
‑
20Mpa，优选2
‑
10Mpa。
[0021]在一些实施方案中，所述锂或锂合金膜剥离装置包括刀状结构，所述刀状结构在辊压后将上条状锂或锂合金膜和/或下条状锂或锂合金膜以相对于补锂负极行进方向大于60度的角度剥离。
[0022]本专利技术的另一个方面涉及锂离子二次电池的补锂负极，所述补锂负极是通过如上所述的制备补锂负极的方法获得的。
[0023]在一些实施方案中，锂离子二次电池是通过将所述补锂负极、正极、固态电解质和/或电解液组装到一起得到的。
[0024]本专利技术的技术方案至少实现了以下有益效果：
[0025](1)本专利技术可以对负极进行精确的补锂，消除过补锂情况。
[0026](2)本专利技术通过一步辊压，实现了在超薄锂或锂合金膜的减薄的同时进行补锂，工艺简单，有利于批量化工业应用。
[0027](3)本专利技术的放卷端中设置有锂膜清洁组件，以避免残留在支撑膜背面的锂渣会粘附到滚压辊上导致极片的损坏。
[0028](4)本专利技术的收卷端设置有锂膜剥离组件，能够控制锂膜剥离的角度(例如，大于90度)，使得锂膜从预锂化后极片上剥离更为便捷、剥离效果更好。
[0029](5)通过本专利技术的方法获得的补锂负极可以满足二次电池的应用。
附图说明
[0030]图1是本专利技术中制备补锂负极工艺的一个流程图。
[0031]图2是图1中上辊压辊和下辊压辊的一种辊压模式(凹凸辊对平辊)的示意图。
[0032]图3是图1中上辊压辊和下辊压辊的另一种辊压模式(凹凸辊对凹凸辊对凹凸辊)的示意图。
[0033]图4为本申请的补锂负极示意图。
[0034]图5为实施例1补锂负极产品的照片。
[0035]图6为对比例2补锂负极产品的照片。
[0036]图7为测试金属锂在石墨负极表面扩散距离的测试结果图。
具体实施方式
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备补锂负极的方法，所述方法包括：提供成卷的上超薄锂或锂合金膜、下超薄锂或锂合金膜和负极极片，所述超薄锂或锂合金膜由支撑膜和被支撑膜支撑的锂层或锂合金层组成，所述锂层或锂合金层为具有孔径为5～200微米的通孔的厚度均匀薄膜，厚度在0.5～20um范围内，厚度公差在
±
0.5μm以内；将上超薄锂或锂合金膜、下超薄锂或锂合金膜和负极极片放卷；将放卷的上超薄锂或锂合金膜、下超薄锂或锂合金膜和负极极片以上、下超薄锂或锂合金膜的锂层或锂合金层侧与负极极片相对设置的方式进料至辊压装置中进行辊压，其中所述辊压装置包括成对设置的上辊压辊和下辊压辊，上辊压辊和下辊压辊中至少一个具有凹凸形状，从而通过辊压将与辊压辊凸部对应的锂层部分转移到负极极片上形成具有条形间隔锂或锂合金膜的补锂负极，而与辊压辊凹部对应的锂层部分仍然留在上超薄锂或锂合金膜和/或下超薄锂或锂合金膜上，形成上条状锂或锂合金膜和/或下条状锂或锂合金膜；采用锂或锂合金膜剥离装置将补锂负极、上条状锂或锂合金膜和/或下条状锂或锂合金膜分离；将分离的补锂负极收卷。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在辊压之前对放卷的上超薄锂或锂合金膜、下超薄锂或锂合金膜进行清洁的步骤，该清洁步骤采用毛刷轮辊刷的方式或采用刮刀进行刮除的方式进行，以清除锂或锂合金膜的支撑膜侧的锂渣。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑膜为高分子材料，选自聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚二甲酰苯二胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、芳纶、环氧树脂、聚甲醛...

【专利技术属性】
技术研发人员：郇庆娜，齐大志，于昆旺，刘慧芳，吴春敢，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：