一种均匀且可控的预锂极片制备方法技术

本发明专利技术公开了一种均匀且可控的预锂极片制备方法，所述制备方法包括，惰性环境下，将第二次辊压后的具有亲锂涂层的极片浸润到熔融的液态金属锂中，然后进行表面挤压，第三次固化。本发明专利技术的方法可将熔融的金属锂通过浸润的方式均匀的嵌入极片上的亲锂涂层中，通过控制亲锂涂层的厚度、涂布时浆料固含量、第二次辊压的压力以及浸润时间，实现精准预锂量的控制；本发明专利技术较传统的预锂方式，更容易实现均匀且精准控制的预锂，并且更有利于提高电池的首圈放电容量，进而提升锂离子电池的能量密度。进而提升锂离子电池的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种均匀且可控的预锂极片制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种均匀且可控的预锂极片制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，目前已经成为最重要的电化学器件之一，广泛应用于电动汽车领域、消费电子领域、储能领域等。随着材料、制造工艺、产品设计等的不断优化，锂电池的能量密度也越来越高，在消费电子及电动汽车等领域的使用体验感越来越好。为了使锂电池具有更加广阔的应用市场及更好的用户体验，更高的能量密度是所有锂电行业从业人员不断努力追求的。
[0003]目前提升锂电池能量密度的最重要的方式之一是预锂。在锂离子电池首次充电过程中，有机电解液会在负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(SEI)膜，永久地消耗大量来自正极的锂，造成首次循环的库仑效率(ICE)偏低，降低了锂离子电池的容量和能量密度。石墨材料作为负极材料，在首次循环中会造成5％
‑
10％的不可逆锂损耗，而对于高容量负极材料硅，在首次循环中会造成15％
‑
35％的不可逆锂损耗，为了解决这个问题，人们研究了预锂化技术。通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的首效，进而提升电池的能量密度。
[0004]目前，负极预锂化的方法主要包括金属锂预锂、电化学法预锂、有机锂化合物预锂等。现有技术负极金属锂预锂目前最主要的方式是锂片预锂和锂粉预锂，但是锂片无法做到又薄又均匀且误差量小，导致使用锂片预锂无法进行精确控制，并且预锂不均匀；锂粉预锂因为锂粉的活性太高导致实施过程中风险性较高，而且也无法实现很好的预锂均匀性。电化学法预锂过程比较复杂，增加电池制造的工艺流程和成本。有机锂化合物预锂可能会引入了其他不提供容量的元素，从而对提升锂电池的能量密度产生一些不利的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的问题，公开了一种均匀且可控的预锂极片制备方法，该方法能实现将熔融状态的液态金属锂浸润至负极极片的亲锂涂层中，从而实现负极极片上预锂的均匀性，并且可以控制亲锂涂层的厚度、涂布浆料的固含量、辊压压力、浸润时间等因素来实现需要的嵌锂量的精确控制，并且较其他方法，更为显著的提升锂离子电池在首圈循环中的库伦效率，进而提升锂离子电池的能量密度。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术提供的一种均匀且可控的预锂极片制备方法，所述制备方法包括：惰性环境下，将第二次辊压后的具有亲锂涂层的极片浸润到熔融的液态金属锂中，然后进行表面挤压，第三次固化。
[0008]本专利技术的上述设计：通过对具有亲锂涂层的极片进行第二次辊压，可以增强亲锂涂层与活性物质层的粘结强度，但是第二次辊压随着辊压压力的增大会使亲锂涂层的载锂
能力下降，所以可以根据实际的涂层情况，给与亲锂涂层0吨
‑
5吨的压力，可以使的亲锂涂层具有一定的载锂能力的基础上增强亲锂涂层与活性物质层的粘结强度；然后将具有亲锂涂层的极片浸润到熔融的液态金属锂中使熔融金属锂均匀地浸润到亲锂涂层中，通过表面挤压、第三次固化，在表面挤压过程中，不仅有利于去除亲锂涂层表面吸附的熔融金属锂，还有利于金属锂更稳定存在于亲锂涂层中；此外，可以控制亲锂涂层的厚度、涂布浆料的固含量、第二次辊压的压力、浸润时间等因素来实现需要的嵌锂量的精确控制。
[0009]作为进一步方案，所述亲锂涂层的浆料固含量的质量占比为10％
‑
30％。亲锂涂层的浆料固含量会影响亲锂涂层的空隙率，当浆料固含量质量的占比较小时，固化后的亲锂涂层中的空隙更多，浸润的金属锂更多，载锂能力更强，但是浆料固含量太低，会导致亲锂涂层浆料的可涂布性降低；反之，当浆料固含量的质量占比更大时，固化后的亲锂涂层中的空隙更少，使得载锂能力下降，并且也会影响亲锂涂层浆料的可涂布性。
[0010]作为进一步的方案，所述第二次辊压的压力为0吨
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5吨；亲锂涂层的厚度为5μm
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30μm；浸润时间为6s
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50s；表面挤压的压力为0公斤
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100公斤。亲锂涂层的厚度、第二次辊压的压力、表面挤压的压力和浸润时间都会直接影响亲锂涂层的载锂量。当其他条件相同时，亲锂涂层的载锂量，随着亲锂涂层的厚度增加而增大，随着第二次辊压的压力的增大而减少，未完全浸润时随着浸润时间的增加而增加(完全浸润后不再增加)。当把获得浸润后的极片通过表面挤压，表面挤压的压力不仅可以将亲锂涂层表面多余的熔融状态的金属锂去除，还可以一定程度的使亲锂涂层中的金属锂更稳定存在。
[0011]作为更进一步方案，所述亲锂涂层的浆料固含量的质量占比为15％
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25％。有利于亲锂涂层在更好的涂布操作性的基础上，获得合适的空隙率。
[0012]作为更进一步方案，所述第二次辊压的压力为1吨
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3吨；亲锂涂层的厚度为10μm
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20μm；浸润的时间为10s
‑
25s。更有利于浸润操作，提升生产效率以及获得可精准控制的载锂量，而且还可以减少因为第二次辊压压力太小亲锂涂层掉粉的情况发生。
[0013]作为进一步方案，所述亲锂涂层包括亲锂材料。
[0014]作为更进一步方案，所述亲锂材料包括多孔碳、碳纤维、硬碳、软碳、碳纳米管、石墨烯、石油焦、炭黑中的一种或多种。亲锂材料和熔融的金属锂有很好的亲和性，熔融态的金属锂可快速浸润，有利于均匀嵌锂的极片的制备。
[0015]作为再进一步方案，所述亲锂材料包括多孔碳。多孔碳的质地更有利于实现熔融液态锂通过浸润的方式进行预锂的过程。
[0016]作为进一步方案，所述第三次固化的条件为冷风。
[0017]作为进一步方案，所述制备方法还包括：
[0018]S1：在集流体两侧分别涂布负极浆料，第一次固化，第一次辊压，获得具有活性物质涂层的极片；
[0019]S2：在具有活性物质层的极片上涂布亲锂材料，第二次固化，第二次辊压，获得具有活性物质涂层和具有亲锂涂层的极片。
[0020]作为更进一步方案，所述第一次固化的温度为60℃
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80℃，第一次固化的时间为5min
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7min；所述第一次辊压的压力为9吨
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11吨；所述第二次固化的温度为50℃
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70℃，第二次固化的时间为1min
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2min。可实现集流体、活性物质涂层和亲锂涂层之间优良的粘结性，并且可获得较好的亲锂涂层，为金属锂的嵌入提供嵌入基础，也可以促进亲锂涂层中的金
属锂和活性物质涂层中的活性物质的更好均匀的接触，从而有利于提高电池的首圈库伦效率，进而提升电池的能量密度。
[0021]作为更进一步方案，所述集流体的厚度为6μm
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10μm；所述活性物质涂层的厚度为100μm
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200μm。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种均匀且可控的预锂极片制备方法，其特征在于，所述制备方法包括，惰性环境下，将第二次辊压后的具有亲锂涂层的极片浸润到熔融的液态金属锂中，然后进行表面挤压，第三次固化。2.根据权利要求1所述的一种均匀且可控的预锂极片制备方法，其特征在于，所述亲锂涂层的浆料固含量的质量占比为10％
‑
30％；进一步优选，所述亲锂涂层的浆料固含量的质量占比为15％
‑
25％。3.根据权利要求1所述的一种均匀且可控的预锂极片制备方法，其特征在于，所述第二次辊压的压力为0吨
‑
5吨；亲锂涂层的厚度为5μm
‑
30μm；浸润时间为6s
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50s；表面挤压的压力为0公斤
‑
100公斤。进一步优选，所述第二次辊压的压力为1吨
‑
3吨；亲锂涂层的厚度为10μm
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20μm；浸润的时间为10s
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25s。4.根据权利要求1所述的一种均匀且可控的预锂极片制备方法，其特征在于，所述亲锂涂层包括亲锂材料；进一步优选，所述亲锂材料包括多孔碳、碳纤维、硬碳、软碳、碳纳米管、石墨烯、石油焦、炭黑中的一种或多种；进一步优选，所述亲锂材料包括多孔碳。5.根据权利要求1所述的一种均匀且可控的预锂极片制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王可，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：