一种锂离子电池、补锂电极以及其制备方法技术

本公开涉及一种锂离子电池、补锂电极以及其制备方法，该方法包括：S1、将待补锂电极和锂源间隔置于第一电解液中，在所述待补锂电极与所述锂源之间施加冲击电压，得预处理电极；S2、对所述预处理电极进行电化学补锂；其中，所述冲击电压高于所述电化学补锂的电压。本公开的方法可以提高补锂电极的稳定性及补锂的均匀性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池、补锂电极以及其制备方法


[0001]本公开涉及新能源领域，具体地，涉及一种锂离子电池、补锂电极以及锂离子电池电极的电化学补锂的方法。

技术介绍

[0002]目前，市场上应用的锂离子电池多使用石墨作为负极材料，石墨具有以下特点：理论比容量为372mAh/g，结构稳定，倍率性能好，高低温性能可以满足使用，循环性能好。然而，石墨的比容量最高只能到372mAh/g，这意味着如果想提高一个电池的容量必须使用更多数量的石墨，而更多数量的石墨也会导致电池的体积与重量的提高，从而导致电池的能量密度不能得到大幅度的提升。
[0003]除了石墨材料外，还有一些其他材料有望被用于锂离子电池负极，比如硅，锡、铝、锌、锗、锑等元素以及它们的氧化物、氮化物、硫化物、磷化物等。这些材料的理论比容量比石墨高很多。例如，硅的理论比容量为4400mAh/g，锡的理论比容量为970mAh/g，远远超过石墨。使用这些材料作为电池负极可以在提高电池容量基础上有效减小负极材料的用量，从而达到提高电池能量密度的效果。
[0004]但是这类材料迟迟无法得到应用，问题之一是其首次充放电效率较低，在实际电池中会消耗正极中的活性锂离子，导致正极材料的利用效率太低。石墨材料的首效可以达到92％，氧化亚硅材料的首效只有70％左右。使用补锂技术，给这类低首效材料补充一部分锂，提供其首次充放电过程中对活性锂的消耗是一种较为有效的方法。同时，硅负极在嵌锂/脱锂过程中会经历剧烈的体积膨胀，颗粒容易粉化、并脱离电接触，进而导致容量的衰减。这些因素严重限制了硅负极材料的商业化应用。
[0005]其中，电化学补锂技术是一项关键的技术，这种技术通常把需要补锂的电极，锂源和隔膜放入电解液中，其中电极和锂源需要通过外电路进行连接。这样，电极和锂源之间就成功构建起了电子通路以及离子通路，从而实现电极的补锂。该技术的缺点是常规电解液电化学补锂，因为电极材料表面吸附基团的不均匀存在，以及电极表面导电剂和电流不均匀分布，使得电极表面不均匀补锂。

技术实现思路

[0006]本公开的目的是为了克服现有电化学补锂的方法中电极表面补锂不均匀的问题，提供一种锂离子电池、补锂电极以及锂离子电池电极的电化学补锂的方法。
[0007]为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种锂离子电池电极的电化学补锂的方法，该方法包括：
[0008]S1、将待补锂电极和锂源间隔置于第一电解液中，在所述待补锂电极与所述锂源之间施加冲击电压，得预处理电极；
[0009]S2、对所述预处理电极进行电化学补锂；其中，所述冲击电压高于所述电化学补锂的电压。
[0010]可选地，该方法还包括：将所述待补锂电极通过外电路与电源的正极连接，并将所述锂源通过外电路与所述电源的负极连接，以通过所述电源施加所述冲击电压。
[0011]可选地，所述冲击电压为4
‑
100V，施加冲击电压的时间为0.01微秒
‑
100毫秒。
[0012]可选地，冲击电压为5
‑
20V，施加冲击电压的时间为1微秒
‑
10毫秒。
[0013]可选地，所述电化学补锂的条件包括：在第二电解液中，电压为1.5
‑
0.5V，电流为0.02
‑
0.2C，时间为30
‑
120min，温度为20
‑
45℃；所述第二电解液与所述第一电解液相同或不同。
[0014]可选地，所述第一电解液含有锂盐和有机溶剂，所述锂盐的浓度为0.1
‑
15mol/L；
[0015]所述锂盐选自LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSiF6、LiB(C6H5)4、LiCl、LiBr、LiAlCl4、LiC(SO2CF3)3、LiCH3SO3、LiN(SO2CF3)2和LiN(SO2C2F5)2中的一种或几种；
[0016]所述有机溶剂选自酯和/或醚；所述酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、γ
‑
丁内酯和磺内酯中的一种或几种；所述醚选自四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃，1,3
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二氧戊烷、4
‑
甲基
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1,3
‑
二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2
‑
二甲氧基乙烷、1,2
‑
二甲氧基丙烷和二甘醇二甲醚中的一种或几种；
[0017]所述待补锂电极为锂离子电池的正极或负极；
[0018]所述锂源为锂板或覆于基膜上的锂箔；所述锂板的厚度为0.1
‑
5cm，所述锂箔的厚度为0.001
‑
1mm，所述基膜的材料为金属和/或聚合物。
[0019]可选地，该方法还包括：将经所述补锂得到的电极依次进行清洗和干燥；
[0020]所述清洗采用的溶液选自所述第一电解液中易挥发的有机溶剂中的至少一种；所述干燥的条件包括：温度为20
‑
30℃，时间为0.5
‑
10小时。
[0021]可选地，所述待补锂电极和所述锂源之间还设置有隔膜，所述隔膜为聚烯烃多孔隔膜。
[0022]本公开第二方面提供一种本公开第一方面提供的方法制备得到的正极或负极。
[0023]本公开第三方面提供一种锂离子电池，该锂离子电池含有本公开第二方面提供的正极和/或负极。
[0024]通过上述技术方案，本公开的方法经对待补锂电解进行施加冲击电压的预处理，能够使得电极表面形成薄而均匀的薄膜，有利于提供后续补锂的均匀性和稳定性，且无需改变电化学预锂装置的结构，节约生产成本。
[0025]本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0026]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0027]图1是本公开实施例1中采用的补锂装置的结构示意图。
[0028]附图标记说明
[0029]1、待补锂电极
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2、隔膜
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3、锂源
[0030]4、外电路
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5、电解液
具体实施方式
[0031]以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
[0032]本公开第一方面提供一种锂离子电池电极的电化学补锂的方法，该方法包括：S1、将待补锂电极和锂源间隔置于第一电解液中，在所述待补锂电极与所述锂源之间施加冲击电压，得预处理电极；S2、对所述预处理电极进行电化学补锂；其中，所述冲击电压高于所述电化学补锂的电压。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电极的电化学补锂的方法，其特征在于，该方法包括：S1、将待补锂电极和锂源间隔置于第一电解液中，在所述待补锂电极与所述锂源之间施加冲击电压，得预处理电极；S2、对所述预处理电极进行电化学补锂；其中，所述冲击电压高于所述电化学补锂的电压。2.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：将所述待补锂电极通过外电路与电源的正极连接，并将所述锂源通过外电路与所述电源的负极连接，以通过所述电源施加所述冲击电压。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冲击电压为4
‑
100V，施加冲击电压的时间为0.01微秒
‑
100毫秒。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冲击电压为5
‑
20V，施加所述冲击电压的时间为1微秒
‑
10毫秒。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电化学补锂的条件包括：在第二电解液中，电压为1.5
‑
0.5V，电流为0.02
‑
0.2C，时间为30
‑
120min，温度为20
‑
45℃；所述第二电解液与所述第一电解液相同或不同。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电解液含有锂盐和有机溶剂，所述锂盐的浓度为0.1
‑
15mol/L；所述锂盐选自LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSiF6、LiB(C6H5)4、LiCl、LiBr、LiAlCl4、LiC(SO2CF3)3、LiCH3SO3、LiN(SO2CF3...

【专利技术属性】
技术研发人员：边玉珍，刘啸，王蒙，李亚宾，方自力，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：