一种预锂极片的制备方法、预锂极片及含该预锂极片的电池技术

本发明专利技术涉及一种预锂极片的制备方法、预锂极片及含该预锂极片的电池，所述极片包括含有多孔结构的负极片，该负极片包括集流体和涂覆于该集流体上的具有多孔结构的活性材料层，包括：(1)将有机化合物涂布于负极片的多孔活性材料层表面，得到待预锂负极片；(2)将待预锂负极片与含锂材料覆合、分离，得到所述预锂极片；其中，所述有机化合物的熔点为20℃～100℃，在常温下呈固态。本发明专利技术提供的方法有效缓解了预锂时负极片的脱粉现象。锂时负极片的脱粉现象。锂时负极片的脱粉现象。

【技术实现步骤摘要】
一种预锂极片的制备方法、预锂极片及含该预锂极片的电池


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种预锂极片的制备方法、预锂极片及含该预锂极片的电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度高、寿命长的特点。高能量负极材料的引入，例如纳米硅负极、硅碳负极、氧化亚硅负极材料，由于其理论能量密度高，可达到3600～4200mAh/g，可以满足目前对锂离子电池高能量密度的要求。但是其化成时负极界面形成的SEI(solid electrolyte interface，固体电解质界面)膜会消耗掉从正极脱嵌的锂离子，并降低电池的容量，使得其首次充放电效率均较低，只有60～70％。为提高其首次充放电效率，通常通过预锂技术补充其首次充放电的活性锂损失。
[0003]但是，在采用锂硅合金粉末、锂粉、锂带与负极进行固相覆合预锂时，会因为负极片嵌锂膨胀而发生脱粉现象，有脱粉现象的预锂负极在电芯制程或使用过程中，容易产生微小粉末颗粒刺穿隔膜而导致电芯短路，从而造成成品电芯良率降低甚至引发电芯安全问题；另外，由于目前还没有开发出极小厚度的锂层可以直接附载至负极片中，因此采用固相覆合进行预锂时，还需将预锂后的残余锂带从负极片进行剥离，从而造成负极片活性材料脱落，严重降低了电池的电化学性能。
[0004]因此，急需一种缓解预锂时活性物质脱落的方法，以满足目前对锂离子电池高能量密度的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的缺陷提供了一种预锂极片的制备方法，其采用熔点为20℃～100℃的有机化合物涂布于负极片的多孔活性材料层表面，待有机化合物浸入极片内部并转化为固态后，进行预锂。由于该有机化合物具有高沸点、高温下呈液态、常温下呈固态的特性，处理后的负极在进行固相覆合预锂时，活性材料嵌锂时极片温度升高，此时有机化合物在高温下由固相转化为液相，因此提高了活性材料颗粒之间的粘结性，缓解了其由于在干燥状态下嵌锂膨胀而导致的脱粉现象，避免了脱粉造成隔膜刺穿而形成电池短路的现象；而预锂结束后，极片温度恢复室温，有机化合物转化为固态，负极涂层恢复原状；同时有机化合物的加入不会影响预锂工艺对电芯首周充放电效率的提升效果，也不会对电芯的循环性能产生不利影响，还相应的提高首周的充放电容量，提升电池的电化学性能。
[0006]根据本申请的一个方面，提供了一种预锂极片的制备方法，所述极片包括含有多孔结构的负极片，该负极片包括集流体和涂覆于该集流体上的具有多孔结构的活性材料层，包括：(1)将有机化合物涂布于含有多孔结构的负极片活性材料层表面，得到待预锂负极片；(2)将待预锂负极片与含锂材料覆合、分离，得到所述预锂负极片；其中，所述有机化合物的熔点为20℃～100℃；所述有机化合物通过多孔结构进入活性材料层内部。
[0007]可选地，所述含锂材料包括锂硅合金粉末、锂粉、锂带、锂箔、锂片中的至少一种。
[0008]可选地，所述有机化合物的熔点为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃或任意两个数值之间的任何数值。
[0009]由于负极活性材料嵌锂是一个放热反应，所以预锂时负极温度升高，有机化合物会由于温度的升高而融化，变成液态或者半液态，从而具有一定的粘性，也使得活性材料层不会处于完全干燥状态。但是由于该放热反应温度升高有限，所以熔点高于100℃的有机化合物在预锂过程中难以转变为液态或者半液态，从而不能发挥很好的粘结性；并且因为极片的活性材料层(如CMC)无法长时间承受大于100℃的温度，会分解失效，严重降低电池的安全性能和电化学性能。
[0010]当熔点低于20℃，由于有机化合物在室温时会一直处于液态，而不能凝固成型，使得负极片处于不能够使用的状态。
[0011]可选地，所述有机化合物的熔点为25℃～80℃。
[0012]可选地，所述有机化合物的熔点为30℃～80℃。
[0013]可选地，所述有机化合物的熔点为30℃～50℃。
[0014]可选地，所述有机化合物的熔点为30℃～40℃。
[0015]可选地，所述有机化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、1,3
‑
丙烯磺酸内酯、硫酸乙烯酯中的至少一种。
[0016]优选地，所述有机化合物为碳酸乙烯酯和1,3
‑
丙烷磺酸内酯；熔点为30℃～38℃。
[0017]优选地，所述有机化合物为碳酸乙烯酯(EC)；碳酸乙烯酯的熔点为35℃～38℃。
[0018]由于碳酸乙烯酯的熔点为35℃～38℃，高于室温，使得该化合物能够在室温下保持固态；且只比室温高10℃左右，预锂时的放热能够满足使温度达到或超过碳酸乙烯酯的熔点。
[0019]可选地，所述覆合时间为1～48h；所述覆合的温度不小于所述有机化合物的熔点、小于所述有机化合物的沸点。
[0020]本申请的预锂是根据自放电机理进行补锂，由于金属锂的电位在所有电极材料中最低，会存在锂与负极材料的电势差，当负极材料与金属锂接触时，电子自发的向负极移动，从而实现锂离子在负极的嵌入。同时由于有机化合物可吸收热量变成液态，避免预锂时负极迅速升温，破坏负极结构。
[0021]可选地，所述覆合温度为25～100℃。
[0022]优选地，所述覆合温度为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃或者任意两个温度数值之间的任意数值的温度。
[0023]优选地，所述覆合温度为35～80℃。
[0024]优选地，所述覆合温度为40～60℃。
[0025]优选地，所述覆合温度为40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃或者任意两个温度数值之间的任意数值的温度。
[0026]可选地，步骤(2)在真空或干燥的非活性气体中进行。
[0027]由于金属锂能和水发生反应，故需要在干燥的条件下进行；另外，为避免金属锂被
氧化，降低补锂的效果，需要在真空或非活性气体中进行。
[0028]优选地，所述非活性气体包括氩气、氦气、氮气、二氧化碳中的至少一种。
[0029]可选地，所述有机化合物在所述待预锂负极片活性材料层的质量含量为0.1～5％。
[0030]可选地，所述有机化合物在所述待预锂负极片活性材料层的质量含量为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％、4％、5％或任意两个数值之间的任何数值。
[0031]由于有机化合物涂布于负极片时，会造成负极片厚度的增加，如果负极片过厚，会使得电池的电化学性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预锂极片的制备方法，所述极片包括含有多孔结构的负极片，该负极片包括集流体和涂覆于该集流体上的具有多孔结构的活性材料层，其特征在于，包括：(1)将有机化合物涂布于含有多孔结构的负极片活性材料层表面，得到待预锂负极片；(2)将待预锂负极片与含锂材料覆合、分离，得到所述预锂负极片；其中，所述有机化合物的熔点为20℃～100℃；所述有机化合物通过多孔结构进入活性材料层内部。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述覆合的时间为1～48h；所述覆合的温度不小于所述有机化合物的熔点、小于所述有机化合物的沸点；所述有机化合物的熔点为25℃～80℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、1,3
‑
丙烯磺酸内酯、硫酸乙烯酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹荣，丁泽鹏，李文俊，俞会根，
申请(专利权)人：北京卫蓝新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：