一种电化学预锂方法、系统、预锂负极片及锂电池技术方案

本申请提供了一种电化学预锂方法、系统、预锂负极片及锂电池，其中，方法包括：在含氮还原性气体环境下，对待预锂的负极片进行等离子体处理；在经等离子体处理后，对所述负极片进行电化学预锂处理。本申请中，等离子体处理不仅可以去除极片表面吸附的亲水氧化物基团并产生褶皱及刻蚀孔道，加深电解液浸入及预锂的均匀性，还可以对负极表面进行氮掺杂，提高极片导电性，提高锂源利用率，节省预锂成本。节省预锂成本。节省预锂成本。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学预锂方法、系统、预锂负极片及锂电池


[0001]本申请涉及锂电池
，特别是涉及一种电化学预锂方法、系统、预锂负极片及锂电池。

技术介绍

[0002]硅作为下一代大容量锂离子电池的负极材料，却存在脱锂/嵌锂过程中有较大的体积膨胀和巨大的容量衰减问题，导致锂电池的固体电解质界面膜(SEI膜)不稳定。稳定的SEI膜是延长电池循环寿命的主要因素，而锂离子电池在充放电过程中SEI膜的形成与破坏会持续不断地消耗锂离子，导致锂离子电池的首次库仑效率低和循环寿命短。
[0003]针对上述问题，目前较为有效的方法是在电极正式充放电循环之前，通过电化学补锂技术在负极上预先加入少量锂源，以平衡反应中过量消耗的锂，补充副反应和SEI膜形成过程中阴极锂的消耗，从而提高首次库仑效率、延长电池循环寿命、缓解体积膨胀。
[0004]电化学补锂技术虽然可以在一定程度上实现负极的补锂，但因负极颗粒表面可吸附锂离子的活性位点较少、颗粒较为致密、导电性差、电解液难以浸入等原因，其补锂效果均不理想。
[0005]因此，现有技术还有待改进。

技术实现思路

[0006]本申请所要解决的技术问题是提供一种电化学预锂方法、系统、预锂负极片及锂电池，以解决现有通过电化学预锂处理对负极片进行预锂的补锂效果不佳的技术问题。
[0007]为了解决上述问题，本申请是通过如下技术方案实现的：
[0008]本申请提出了一种电化学预锂方法，其中，包括：
[0009]提供待预锂的负极片；
[0010]在含氮还原性气体环境下，对所述负极片进行等离子体处理；
[0011]在经等离子体处理后，对所述负极片进行电化学预锂处理。
[0012]进一步地，所述的方法中，所述含氮还原性气体包括NH3。
[0013]进一步地，所述的方法中，所述含氮还原性气体还包括N2。
[0014]进一步地，所述的方法中，所述含氮还原性气体中，NH3与N2的流量之比为0.25:1～4:1。
[0015]进一步地，所述的方法中，对所述负极片进行等离子体处理的过程中，所述含氮还原性气体的流速为50sccm～300sccm，所述负极片的移动速率为5m/min～20m/min。
[0016]本申请还提供了一种预锂负极片，其中，采用如上述的方法处理得到。
[0017]本申请还提供了一种锂电池，其中，包括如上述的预锂负极片。
[0018]本申请还提供了电化学预锂系统，其中，用于实现如上述的电化学预锂方法；
[0019]所述系统包括负极片等离子体处理装置及电化学预锂装置；
[0020]所述负极片等离子体处理装置，用于在含氮还原性气体环境下，对待预锂的负极
片进行等离子体处理；
[0021]所述电化学预锂装置，用于在经等离子体处理后，对所述负极片进行电化学预锂处理；
[0022]所述负极片等离子体处理装置包括：等离子体放电管、第一绝缘塞、第二绝缘塞、第一电极、第二电极及电源；
[0023]所述第一绝缘塞及所述第二绝缘塞分别设置于所述等离子体放电管两端；
[0024]所述第一电极沿所述等离子体放电管的轴向设置，且所述第一电极与所述电源电连接；
[0025]所述第二电极设置于所述等离子体放电管的管壁上，且所述第二电极接地；
[0026]所述等离子体放电管上开设有进气口，所述进气口用于供含氮还原性气体进入；
[0027]所述第一绝缘塞的下部和/或所述第二绝缘塞的下部，开设有供所述含氮还原性气体流出的第一通孔；
[0028]所述第一绝缘塞的上部及所述第二绝缘塞的上部相对开设有第二通孔，所述第二通孔用于供待处理的负极片通过。
[0029]进一步地，所述的系统中，所述第一电极贯穿所述等离子体放电管，且所述第一电极的两端分别固定于所述第一绝缘塞及所述第二绝缘塞；所述第一电极的两端均与所述电源电连接；所述第一电极的两端均与所述电源电连接。
[0030]进一步地，所述的系统中，所述等离子体放电管为中空石英管。
[0031]与现有技术相比，本申请实施例包括以下优点：
[0032]本申请所提供的电化学预锂方法，先在含氮还原性气体环境下，对待预锂的负极片进行等离子体处理；再在经等离子体处理后，对负极片进行电化学预锂处理。其中，等离子体处理不仅可以去除极片表面吸附的亲水氧化物基团并产生褶皱及刻蚀孔道，加深电解液浸入及预锂的均匀性，还可以对负极表面进行氮掺杂，提高极片导电性，提高锂源利用率，节省预锂成本。
[0033]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0034]图1是本申请实施例中电化学预锂装置的结构示意图；
[0035]图2是本申请实施例提供的电化学预锂方法流程图；
[0036]图3是本申请实施例中经等离子体处理后的负极片表面示意图；
[0037]图4是本申请实施例提供的负极片等离子体处理装置结构示意图；
[0038]图5是本申请实施例中第一绝缘塞的界面示意图。
具体实施方式
[0039]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
[0040]当前，商业化的锂离子电池主要是以石墨为负极材料，石墨的理论比容量为372mAh/g，而市场上的高端石墨材料已经可以达到360～365mAh/g，因此，以石墨为负极材
料的锂离子电池能量密度的提升空间已十分有限，急需寻找新型负极材料来替代传统的石墨类碳负极材料。
[0041]通过研究发现，可替换石墨作为锂电负极的活性材料包括Mg、Al、Sb、Sn、Ti、Si等元素以及它们的氧化物、氮化物、硫化物、磷化物等，上述材料的理论容量均远大于石墨。
[0042]在众多的替代材料之中，硅有望成为下一代大容量锂离子电池的负极材料，因其是地壳中最丰富的非气体元素，具有价格便宜、环境友好等优点，且硅的嵌锂平台比石墨要高，在充放电过程中锂离子不会沉积在电极表面，避免了形成锂枝晶，安全性能高。
[0043]然而，硅在脱锂/嵌锂过程中有较大的体积膨胀(300％)和巨大的容量衰减，直接导致固体电解质界面膜(SEI膜)不稳定，而稳定的SEI膜是延长电池循环寿命的主要因素；且锂离子电池在充放电过程中SEI膜的形成与破坏会持续不断地消耗锂离子，从而导致锂离子电池的首次库仑效率低(SiO首效只有约70％)和循环寿命短。
[0044]针对上述问题，目前最有效的解决方法就是运用预锂化技术，在电极正式充放电循环之前预先加入少量锂源，以平衡反应中过量消耗的锂，补充副反应和SEI膜形成过程中阴极锂的消耗，以提高首次库仑效率，延长电池循环寿命，一定程度上缓解体积膨胀，改善锂离子电池综合性能。
[0045]其中，电化学补锂技术是一项关键的预锂化技术，这种技术通常把需要补锂的负极片A1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学预锂方法，其特征在于，包括：在含氮还原性气体环境下，对待预锂的负极片进行等离子体处理；在经等离子体处理后，对所述负极片进行电化学预锂处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氮还原性气体包括NH3。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含氮还原性气体还包括N2。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述含氮还原性气体中，所述NH3与N2的流量之比为0.25:1～4:1。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述负极片进行等离子体处理的过程中，所述含氮还原性气体的流速为50sccm～300sccm，所述负极片的移动速率为5m/min～20m/min。6.一种电化学预锂系统，其特征在于，用于实现如权利要求1～5任一所述的电化学预锂方法；所述系统包括负极片等离子体处理装置及电化学预锂装置；所述负极片等离子体处理装置，用于在含氮还原性气体环境下，对待预锂的负极片进行等离子体处理；所述电化学预锂装置，用于在经等离子体处理后，对所述负极片进行电化学预锂处理；所述负极片等离子体处理装置包括等...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵骏，王蒙，黄中瑞，程振柯，
申请(专利权)人：上海比亚迪有限公司，
类型：发明
国别省市：