本發(fā)明涉及鋰離子電池材料，尤其涉及一種鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池由于具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命等眾多優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)運(yùn)輸和數(shù)碼產(chǎn)品等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，鋰離子電池在首次充電過(guò)程中，負(fù)極材料與電解液之間的副反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致活性鋰的損失，這不僅減少了電池的初始容量，還可能影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。預(yù)鋰化技術(shù)是解決這一問(wèn)題的有效方法之一。它通過(guò)在電池制造過(guò)程中預(yù)先向電極材料中添加額外的鋰源，來(lái)補(bǔ)償在首次充電過(guò)程中形成的固態(tài)電解質(zhì)界面(sei)所消耗的鋰。這樣不僅可以提高電池的初始容量，還可以改善電池的循環(huán)性能。為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的性能，延長(zhǎng)其使用壽命，并提高能量密度，預(yù)鋰化技術(shù)的研究和應(yīng)用仍在不斷發(fā)展中。目前，眾多預(yù)鋰化方法被發(fā)明。化學(xué)預(yù)鋰化主要是通過(guò)還原性含鋰溶液進(jìn)行補(bǔ)鋰，但是存在殘留問(wèn)題會(huì)對(duì)電極材料的電化學(xué)性能造成負(fù)面影響。電化學(xué)預(yù)鋰化操作復(fù)雜，需要組裝和拆解電池，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。除此之外，自放電預(yù)鋰化是通過(guò)將金屬鋰和電極接觸，自發(fā)地發(fā)生嵌鋰反應(yīng)，方法簡(jiǎn)單。目前研究的自放電預(yù)鋰化方法由于鋰化反應(yīng)速率過(guò)快造成電極界面反應(yīng)不均勻，電極材料和鋰金屬直接接觸會(huì)造成電極材料的破壞的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法，用以解決現(xiàn)有預(yù)鋰化方法的反應(yīng)速率過(guò)快造成電極界面反應(yīng)不均勻等技術(shù)問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法，包括以下步驟：

4、通過(guò)卷對(duì)卷的方式，將鋰離子電池電極極片和預(yù)鋰化膜在電解液浸潤(rùn)下進(jìn)行疊加，壓緊后預(yù)鋰化，利用預(yù)鋰化膜和鋰離子電池電極極片的電位差進(jìn)行自發(fā)的自放電反應(yīng)；

5、所述預(yù)鋰化膜由多孔膜和鋰帶復(fù)合而成；

6、所述鋰離子電池電極極片與多孔膜一側(cè)直接接觸。

7、進(jìn)一步的，所述多孔膜包含多孔銅箔、多孔鎳箔、多孔鈦箔、多孔不銹鋼網(wǎng)、多孔銅鋅鋁合金膜、多孔碳膜和多孔無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合膜中的一種。

8、進(jìn)一步的，所述多孔無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合膜包含無(wú)機(jī)組分和有機(jī)組分，所述無(wú)機(jī)組分包含銀、錫、鋁、鎂、銦、鉛、金、鉑、硅、鍺、鉍、銻、鈦酸鋰和氧化鋁中的一種或幾種；所述有機(jī)組分包含纖維素、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚氯乙烯、聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈和聚醚砜中的一種或幾種。

9、進(jìn)一步的，所述多孔膜的孔隙直徑為0.1～200μm，所述多孔膜的厚度為10μm～5mm。

10、進(jìn)一步的，所述鋰離子電池電極極片為負(fù)極極片或正極極片。

11、進(jìn)一步的，所述自放電反應(yīng)的溫度為0～50℃。

12、進(jìn)一步的，所述負(fù)極極片包含硅基負(fù)極極片、石墨負(fù)極極片、硅碳負(fù)極極片和硅氧基負(fù)極極片中的一種；所述正極極片包含鈷酸鋰正極極片、鎳鈷錳基三元正極極片和硫正極極片中的一種。

13、本發(fā)明的有益效果：

14、(1)本發(fā)明的預(yù)鋰化膜具有機(jī)械穩(wěn)定性好、可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。采用高機(jī)械強(qiáng)度的預(yù)鋰化膜對(duì)鋰離子電池電極進(jìn)行接觸預(yù)鋰化，其中鋰金屬為遠(yuǎn)離極片的上層，多孔膜為靠近極片的下層。由于采用金屬膜或有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膜與鋰帶復(fù)合，提高復(fù)合預(yù)鋰化膜的機(jī)械強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)鋰化膜重復(fù)使用。

15、(2)本發(fā)明的預(yù)鋰化膜具有高活性的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)均勻的預(yù)鋰化。鋰箔和極片進(jìn)行直接接觸預(yù)鋰化時(shí)，會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，從而導(dǎo)致鋰箔與電極的接觸位點(diǎn)減少，造成鋰的活性降低甚至失活。多孔膜可以有效分隔極片和鋰金屬，避免鋰金屬表面的污染，保障鋰金屬材料的活性，可以重復(fù)利用。多孔膜可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的離子傳輸和電子傳輸通路，從而促進(jìn)均勻的預(yù)鋰化。

16、(3)本發(fā)明采用的是金屬鋰和電極材料直接接觸反應(yīng)，具有工藝簡(jiǎn)單、適合卷對(duì)卷工藝的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)電極尺度的精準(zhǔn)預(yù)鋰化，得到潔凈、無(wú)殘留的預(yù)鋰化的鋰離子電池電極極片，減少后續(xù)清洗的步驟，適用于大規(guī)模卷對(duì)卷預(yù)鋰化。并且在組裝電池前，預(yù)鋰化的極片可以實(shí)時(shí)檢測(cè)其預(yù)鋰化程度，具有操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、易于工業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。

17、(4)本發(fā)明的預(yù)鋰化膜可以實(shí)現(xiàn)預(yù)鋰化的可控性。常規(guī)的接觸預(yù)鋰化是鋰和極片直接接觸，由于鋰金屬與電極材料存在電位差，離子和電子同時(shí)傳輸?shù)綐O片表面，該反應(yīng)不可控，易造成接觸界面處的劇烈反應(yīng)進(jìn)而導(dǎo)致極片的不均勻性。當(dāng)采用預(yù)鋰化膜時(shí)，電子會(huì)從鋰金屬通過(guò)多孔膜到達(dá)電極極片，同時(shí)鋰離子會(huì)從鋰金屬開(kāi)始穿過(guò)多孔膜的孔隙到達(dá)電極極片，電子和鋰離子結(jié)合實(shí)現(xiàn)電極極片的預(yù)鋰化效果。通過(guò)改變多孔膜材料和厚度來(lái)調(diào)節(jié)電子電導(dǎo)，改變多孔膜的孔隙度和電解液濃度來(lái)調(diào)控離子電導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電極接觸預(yù)鋰化速率的調(diào)控，有效避免過(guò)快鋰離子嵌入電極材料導(dǎo)致電極材料的破壞問(wèn)題，進(jìn)一步可以提高電極預(yù)鋰化的均勻性。

18、(5)本發(fā)明的預(yù)鋰化膜可以實(shí)現(xiàn)對(duì)正極極片的預(yù)鋰化(過(guò)鋰化)。由于鋰和正極的電位差過(guò)大，一般無(wú)法保證鋰對(duì)正極直接接觸預(yù)鋰化時(shí)的均勻性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本發(fā)明采用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膜的無(wú)機(jī)組分和鋰反應(yīng)后，如形成鋰銻合金(～1v)或鋰化鈦酸鋰(～1.5v)，可以緩沖鋰金屬和電極的電位差，從而可以用來(lái)正極預(yù)鋰化。

19、(6)本發(fā)明方法采用多孔膜來(lái)分隔極片和鋰金屬材料，相較于現(xiàn)有技術(shù)直接接觸，可以杜絕鋰金屬材料對(duì)極片的化學(xué)腐蝕，提高電極的電化學(xué)穩(wěn)定性。

20、(7)此外，基于本發(fā)明通過(guò)優(yōu)選調(diào)變所使用的單質(zhì)金屬鋰材料、反應(yīng)溫度和接觸時(shí)間等參數(shù)，可以得到不同鋰化程度的電極材料。

21、綜上，本發(fā)明采用高機(jī)械強(qiáng)度、高反應(yīng)活性的預(yù)鋰化膜，可通過(guò)簡(jiǎn)單的自放電預(yù)鋰化機(jī)理實(shí)現(xiàn)對(duì)電極材料的工業(yè)化卷對(duì)卷預(yù)鋰化，均勻化預(yù)鋰化電極材料能夠補(bǔ)償鋰離子電池負(fù)極端發(fā)生的鋰損失，從而提高鋰離子電池的能量密度和循環(huán)壽命。

技術(shù)特征：

1.一種鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法，其特征在于，所述多孔膜包含多孔銅箔、多孔鎳箔、多孔鈦箔、多孔不銹鋼網(wǎng)、多孔銅鋅鋁合金膜、多孔碳膜和多孔無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合膜中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法，其特征在于，所述多孔無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合膜包含無(wú)機(jī)組分和有機(jī)組分，所述無(wú)機(jī)組分包含銀、錫、鋁、鎂、銦、鉛、金、鉑、硅、鍺、鉍、銻、鈦酸鋰和氧化鋁中的一種或幾種；所述有機(jī)組分包含纖維素、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚氯乙烯、聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈和聚醚砜中的一種或幾種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法，其特征在于，所述多孔膜的孔隙直徑為0.1～200μm，所述多孔膜的厚度為10μm～5mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法，其特征在于，所述鋰離子電池電極極片為負(fù)極極片或正極極片。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或3或5所述鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法，其特征在于，所述自放電反應(yīng)的溫度為0～50℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法，其特征在于，所述負(fù)極極片包含硅基負(fù)極極片、石墨負(fù)極極片、硅碳負(fù)極極片和硅氧基負(fù)極極片中的一種；所述正極極片包含鈷酸鋰正極極片、鎳鈷錳基三元正極極片和硫正極極片中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種鋰離子電池電極極片的預(yù)鋰化方法，屬于鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用預(yù)鋰化膜對(duì)鋰離子電池電極進(jìn)行接觸預(yù)鋰化，通過(guò)卷對(duì)卷的方法，將鋰離子電池電極極片和預(yù)鋰化膜疊加，加入電解液壓緊后，利用預(yù)鋰化膜和電極的電位差進(jìn)行自發(fā)的自放電反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)鋰化效果，從而得到預(yù)鋰化的極片。預(yù)鋰化膜可以提高電極預(yù)鋰化的均勻性，進(jìn)而有效提高鋰離子電池能量密度和循環(huán)壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：孟亞斌,彭帥,陳艷苗,孫永明,歐陽(yáng)濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：薈光（寧波）科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2