一种含锂复合集流体及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种含锂复合集流体及其制备方法与应用，一种含锂复合集流体的制备方法包括：在预定环境中，将两片第一预定厚度的铜箔和一片第二预定厚度的超薄锂银合金箔进行初步辊轧，得到复合铜箔，所述超薄锂银合金箔位于所述铜箔之间；然后再将得到的复合铜箔二次辊轧至第三预定厚度，得到含锂复合集流体。本发明专利技术将含锂复合集流体用于锂离子电池负极的预锂化，通过控制最终含锂复合集流体的厚度来调控铜箔上孔的大小和数量，大幅提高了电池的能量密度和循环寿命。的能量密度和循环寿命。的能量密度和循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种含锂复合集流体及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于锂离子二次电池领域，涉及一种含锂复合集流体及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长和安全等优点被广泛应用于电动汽车和规模储能领域。而锂离子电池在循环初期，其负极表面会生成一层固体电解质膜(SEI)，消耗了来源于正极的锂库存，使电池的循环寿命和能量密度大幅衰减。负极预锂化技术是通过向负极中提前预置部分锂库存以补充电池循环过程中的锂损失，从而大幅提升锂离子电池的能量密度和循环寿命。
[0003]在已经报道的负极预锂化技术中，使用超薄锂箔与负极直接贴合进行补锂的方法因与现有的电池生产工艺结合度高而被公认为最具潜力实现商业化应用。传统超薄锂箔(5μm)的制备通常是通过蒸镀或溅射来完成的，所需工序复杂，成本高。已有技术CN110265654A通过合金化的方式增大锂的机械强度，降低了其黏性，使制备的锂合金可以通过辊轧的方式压至5μm。然而在将轧制得到的超薄锂合金箔与石墨负极进行贴合预锂化时，由于合金箔与负极之间为点接触，预锂化过程中锂的溶解使合金箔与石墨之间的电子通路被阻断，大量的锂无法进入石墨，残留在石墨表面。大量锂的残留一方面使补充进电池的实际锂容量降低，同时会加速电池循环过程中的容量衰减。此外，由于补充的锂过量于电池首圈所消耗的锂，在设计电池负极容量时需额外设置部分石墨来承载多余的锂，以免电池在首圈充电时负极测发生锂沉积。过量的石墨会使得电池的能量密度折损，预锂化效率大打折扣。
[0004]因此，目前亟需进一步改进预锂化方式，提高预锂化效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种含锂复合集流体及其制备方法与应用，以解决现有锂离子电池负极材料使用超薄锂表面贴合预锂化效率低，残留锂多的问题。基于此，将制备好的含锂复合集流体用于锂离子电池负极的预锂化，大幅度提升了石墨
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磷酸铁锂电池的能量密度和循环寿命。
[0006]本专利技术的技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术提供了一种含锂复合集流体的制备方法，包括：在预定环境中，将两片第一预定厚度的铜箔和一片第二预定厚度的超薄锂银合金箔进行初步辊轧，得到复合铜箔，所述超薄锂银合金箔位于所述铜箔之间；然后再将得到的复合铜箔二次辊轧至第三预定厚度，得到含锂复合集流体。
[0008]优选地，所述预定环境的相对湿度低于15％，更优选5RH％～15RH％。
[0009]优选地，所述第一预定厚度为8～12μm。
[0010]优选地，所述第二预定厚度为5～15μm。
[0011]优选地，所述超薄锂银合金箔中银的原子占比为2％～10％。
[0012]优选地，所述初步辊轧的辊轧压力：300～400Kg。
[0013]优选地，所述二次辊轧的辊轧温度：50～60℃，辊轧压力：700～900Kg。
[0014]优选地，所述第三预定厚度为10～18μm。
[0015]本专利技术还提供了一种含锂复合集流体，通过上述制备方法制备得到。
[0016]本专利技术另提供了含锂复合集流体在锂离子电池负极预锂化中的应用。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018]将本专利技术制备的含锂复合集流体用于锂离子电池负极的预锂化，通过控制最终含锂复合集流体的厚度来调控铜箔上孔的大小和数量，可以在一定程度上调控石墨预锂化的速率，使得电池每次循环期间所补充的锂容量均小于损耗量，便无需额外设置多余的石墨，大幅提高了电池的能量密度和循环寿命。
附图说明
[0019]图1是本专利技术用于实施例的超薄锂银合金箔的制备过程图。
[0020]图2是本专利技术实施例中制备含锂复合集流体的示意图。
[0021]图3是本专利技术实施例中不同厚度含锂复合集流体表面微孔数量和孔径大小变化。
[0022]图4为本专利技术测试例1静置不同时间后预锂化石墨负极的首圈库伦效率示意图。
[0023]图5为本专利技术测试例2预锂化石墨负极浸泡在电解液中不同时间后的XRD变化。
[0024]图6为本专利技术测试例3预锂化的石墨/磷酸铁锂全电池循环性能图。
[0025]图7为本专利技术测试例4预锂化的石墨/磷酸铁锂全电池与现有表面贴合预锂化全电池的能量密度提升对比图。
具体实施方式
[0026]以下，通过实施例更具体地说明本专利技术。在如下实施例之中所采用的各种产品结构参数、各种反应参与物及工艺条件均是较为典型的范例，但经过本案专利技术人大量试验验证，于上文所列出的其它不同结构参数、其它类型的反应参与物及其它工艺条件也均是适用的，并也均可达成本专利技术所声称的技术效果。
[0027]专利技术人发现，使用锂金属对石墨进行表面贴合预锂化时，金属锂与石墨之间的接触为点接触，随着锂的不断溶解和锂表面SEI的不断生成，锂金属与石墨之间的电子转移通路会被阻断，使得大量的金属锂无法进入石墨，预锂化效率低。同时，表面残留的锂碎屑还会影响后续电池性能。加速电池容量衰减。当使用复合含锂集流体对石墨进行预锂化时，金属锂与石墨之间铜层导电性能优异，确保了石墨与金属锂之间的电子通路，提高了锂的利用效率。
[0028]另外，专利技术人还发现当使用含锂复合集流体对石墨负极进行补锂时，会进一步提高电池的能量密度。为了实现电池的全生命周期补锂，我们采用了5μm的超薄锂箔作为补锂材料。当通过表面贴合进行补锂时，理论上，在循环前所补充的锂容量远大于首圈所消耗的锂容量。因此，在负极侧需额外设置部分石墨以防止首圈充电发生锂沉积，使电池的能量密度降低。而当利用含锂复合集流体对石墨进行补锂时，铜箔表面的微孔作为离子运输路径，限制了石墨预锂化的速率。通过控制最终含锂复合集流体的厚度来调控铜箔上孔的大小和
数量，可以在一定程度上调控石墨预锂化的速率，使得电池每次循环期间所补充的锂容量均小于损耗量，便无需额外设置多余的石墨，大幅提高了电池的能量密度和循环寿命。
[0029]如图1所示，以下实施例1～3含锂复合集流体所用超薄锂银合金箔的制备方法如下：
[0030]步骤一，在氩气氛围(O2<0.1ppm，H2O<0.1ppm)手套箱中将金属锂加热到200℃。
[0031]步骤二，以原子比为Li:Ag＝98:2称取银单质，并加入到熔融态金属锂中。该步骤中，银的原子占比在2％～10％之间均可，对后续制备含锂复合集流体不会产生实质影响。
[0032]步骤三，充分搅拌后，除去锂合金表面垃圾层获得光亮表面，并自然冷却。
[0033]步骤四，在干燥房中(湿度：5RH％～15RH％)通过辊轧机(辊轧压力：150Kg)将步骤三获得的锂合金锭压薄至5～15μm，即得超薄锂银合金箔。
[0034]实施例1
[0035]如图2所示，本实施例含锂复合集流体的制备方法如下：
[0036]步骤1，准备9μm的单光铜箔；
[0037]步骤2，在干燥房中制备13μm的超薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含锂复合集流体的制备方法，包括：在预定环境中，将两片第一预定厚度的铜箔和一片第二预定厚度的超薄锂银合金箔进行初步辊轧，得到复合铜箔，所述超薄锂银合金箔位于所述铜箔之间；然后再将得到的复合铜箔二次辊轧至第三预定厚度，得到含锂复合集流体。2.根据权利要求1所述的一种含锂复合集流体的制备方法，其特征在于，所述预定环境的相对湿度低于15％。3.根据权利要求1所述的一种含锂复合集流体的制备方法，其特征在于，所述第一预定厚度为8～12μm。4.根据权利要求1所述的一种含锂复合集流体的制备方法，其特征在于，所述第二预定厚度为5～15μm。5.根据权利要求1所述的一种含锂复合集流体的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张灿，王超，李洒，
申请(专利权)人：南京同宁新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：