一种负极预锂化及同时得到SEI膜的方法、负极和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种负极预锂化及同时得到SEI膜的方法、负极和锂离子电池。所述方法包括以下步骤：(1)在负极极片表面附着金属锂层，得到预锂化负极极片；(2)对步骤(1)所述预锂化负极极片烘烤，然后通入反应气体进行反应，得到表面含有SEI膜的预锂化负极极片；其中，SEI膜包括含锂化合物。本发明专利技术通过在负极极片预锂化后进行原位生成SEI膜的处理，得到了致密稳定的SEI膜，提升了锂离子电池的能量密度和长循环性能。环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负极预锂化及同时得到SEI膜的方法、负极和锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种负极预锂化及同时得到SEI膜的方法、负极和锂离子电池。

技术介绍

[0002]近年来随着新能源汽车和储能行业的快速发展，锂离子电池的应用越来越广泛，但目前锂离子电池存在能量密度低、循环寿命短、安全性差等问题，其中，正极活性材料提供的活性锂会在储存或者循环过程中发生不可逆反应，其中主要反应是在电池化成过程中形成固体电解质界面(SEI膜)，以及在循环过程中负极表面会持续形成SEI膜消耗活性锂导致电池容量衰减和循环寿命缩短，尤其在硅基负极体系中表现明显，通过极片预锂化弥补SEI膜消耗损失的活性锂可以有效提升锂离子电池的能量密度和循环寿命。
[0003]电池在首次充放电(化成)过程中，固体电解质界面(SEI膜)是在电池首次充放电中，通过电极材料与电解液在固液相界面发生反应形成，其中无机成分主要包括氧化锂、氮化锂、氟化锂、碳酸锂等。现有化成工艺复杂且无法保证构建稳定致密的SEI膜，同时会造成电池不可逆容量损失。
[0004]CN110034336A公开了一种形成稳定SEI膜的电池化成方法，所述电池化成方法包括以下步骤：(1)在待化成电池的电极上施加电压进行线性扫描，得到预构建SEI膜的电池；(2)对步骤(1)所述预构建SEI膜的电池进行SEI膜重整，得到重整SEI膜的电池；(3)对步骤(2)所述重整SEI膜的电池的电极上施加电压进行线性扫描，得到化成后的电池。该文献中的方法工艺复杂，成本高，不适合大规模工业化。
[0005]CN109802109A公开了一种预锂化电池硅基负极并同时形成SEI膜的方法，该方法以氧化亚硅、惰性锂粉、1
‑
氟癸作为原料，有机溶剂为溶剂实现硅基负极的预锂化处理并同时形成人造SEI膜，该方法中使用到金属锂粉和有机溶剂，极易发生燃烧，存在安全风险，因此对预锂化工艺条件要求苛刻。
[0006]因此，如何得到致密稳定的负极SEI膜，同时有效地提升电池的电化学性能，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种负极预锂化及同时得到SEI膜的方法、负极和锂离子电池。本专利技术通过在负极极片预锂化后进行原位生成SEI膜的处理，得到了致密稳定的SEI膜，提升了锂离子电池的能量密度和长循环性能。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种负极预锂化及同时得到SEI膜的方法，所述方法包括以下步骤：
[0010](1)在负极极片表面附着金属锂层，得到预锂化负极极片；
[0011](2)对步骤(1)所述预锂化负极极片烘烤，然后通入反应气体进行反应，得到表面
含有SEI膜的预锂化负极极片；
[0012]其中，SEI膜包括含锂化合物。
[0013]本专利技术中，所述负极极片为常规负极极片，其中包括负极活性物质、导电剂和粘结剂；负极活性物质为常规的负极材料，包括但不限于石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、纳米碳、单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金、单质锡、锡氧化合物、锡碳复合物、锡合金或钛酸锂中的任意一种或至少两种的组合；导电剂包括但不限于导电炭黑、超导炭黑、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、石墨烯或碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合，粘结剂包括但不限于聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯酸、羧甲基纤维素、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚丙烯或聚乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
[0014]本专利技术通过在负极极片预锂化后进行原位生成SEI膜的处理，得到了致密稳定的SEI膜，提升了锂离子电池的能量密度和长循环寿命。
[0015]本专利技术中，在对负极补锂后，进行原位气体与锂金属的反应，可以在预锂化后的负极极片表面得到稳定且质量好的SEI膜，减少了循环过程中活性锂的损失，且进一步地提高了电池中正极材料的克容量的发挥。
[0016]本专利技术中，如果在预锂化后不进行SEI膜的制备，则不能实现电池能量密度和循环寿命的提升。
[0017]本专利技术中，如果在电池化成过程中进行SEI的生成，SEI膜的厚度和致密性不易控制，过厚的SEI膜会是电极表面阻抗增大，影响锂离子的脱出，进而影响电池的倍率性能，致密性差的SEI膜会持续消耗活性锂，导致电池容量衰减和循环寿命差。
[0018]优选地，步骤(1)所述预锂化负极极片中，单位面积负极补锂量＝(单位面积负极容量
‑
单位面积正极容量
×
NP)/(金属锂理论克容量
×
80％)，其中，NP比的范围为1～1.5，例如1、1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45或1.5等，优选为1.1～1.4。
[0019]本专利技术中的NP值为负极容量与正极容量和补锂容量之和的比值。
[0020]本专利技术中，NP值直接影响了后期电池的电化学性能，其过小，电池循环过程中会发生析锂现象，降低电池的安全性和循环寿命，过大，在电池充放电过程中无法提供足够的活性锂，从而无法提高电池的能量密度和循环寿命。
[0021]本专利技术中，单位面积负极容量＝单位面积负极质量
×
负极活性物质百分比
×
负极活性物质克容量；单位面积正极容量＝单位面积正极质量
×
正极活性物质百分比
×
正极活性物质克容量。
[0022]优选地，步骤(1)中反应环境为露点小于
‑
40℃，例如
‑
41℃、
‑
42℃、
‑
45℃或
‑
50℃等。
[0023]优选地，步骤(1)中金属锂层的形成方法包括机械补锂法、化学补锂法或电化学补锂法中的任意一种。
[0024]本专利技术中，对负极极片进行金属锂的预锂化的过程，方法多样，不做特殊限定，包括但不限于锂片补锂、锂粉补锂、电化学补锂或锂蒸镀等方式，即能保证在负极极片表面得到锂金属层的方法，本专利技术均适用。
[0025]优选地，步骤(2)所述烘烤的温度为40～140℃，例如40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、100℃、110℃、120℃、130℃或140℃等，优选为50～100℃。
[0026]优选地，步骤(2)所述烘烤的真空度为
‑
80～
‑
97Kpa，例如
‑
80Kpa、
‑
81Kpa、
‑
82Kpa、
‑
83Kpa、
‑
84Kpa、
‑
85Kpa、
‑
86Kpa、
‑
87Kpa、
‑
88Kpa、
‑
89Kpa、
‑
90Kpa、
‑
91Kpa、
‑
92Kpa、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极预锂化及同时得到SEI膜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在负极极片表面附着金属锂层，得到预锂化负极极片；(2)对步骤(1)所述预锂化负极极片烘烤，然后通入反应气体进行反应，得到表面含有SEI膜的预锂化负极极片；其中，SEI膜包括含锂化合物。2.根据权利要求1所述的负极预锂化及同时得到SEI膜的方法，其特征在于，步骤(1)所述预锂化负极极片中，单位面积负极补锂量＝(单位面积负极容量
‑
单位面积正极容量
×
NP)/(金属锂理论克容量
×
80％)，其中，NP值的范围为1～1.5，优选为1～1.4；优选地，步骤(1)中反应环境为露点小于
‑
40℃；优选地，步骤(1)中金属锂层的形成方法包括机械补锂法、化学补锂法或电化学补锂法中的任意一种。3.根据权利要求1或2所述的负极预锂化及同时得到SEI膜的方法，其特征在于，步骤(2)所述烘烤的温度为40～140℃，优选为50～100℃；优选地，步骤(2)所述烘烤的真空度为
‑
80～
‑
97Kpa；优选地，步骤(2)所述烘烤的时间为1～72h，优选为6～48h。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的负极预锂化及同时得到SEI膜的方法，其特征在于，步骤(2)所述反应气体包括氧气、氮气、氟气、氟化氢、二氧化碳或二氧化硫中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(2)所述反应气体的纯度＞99.9％，优选为＞99.999％。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的负极预锂化及同时得到SEI膜的方法，其特征在于，步骤(2)所述反应的温度为40～120℃；优选地，步骤(2)所述反应的时间为6～48h。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的负极预锂化及同时得到SEI膜的方法，其特征在于，步骤(2)所述气体的通入量Q1的范围为1％Q～20％Q，Q为理论气体通入量；优选地，所述理论气体通入量Q＝负极补锂质量M...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：