本發(fā)明涉及二次電池，具體為一種負極預鋰化方法及鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池是目前市場上應用最廣泛的電池之一，廣泛應用于移動設(shè)備、電動工具、航空航天等領(lǐng)域，尤其在在電動汽車和規(guī)模儲能領(lǐng)域迅速發(fā)展。

2、隨著應用場景的不斷拓展，消費者也對鋰離子電池的能量密度有了更高的需求。在目前的研究領(lǐng)域中，開發(fā)具有高首效的負極是實現(xiàn)高比能鋰離子電池的重要途經(jīng)。

3、研究表明，對于具有高比容量的硅負極，其首效會比石墨負極低很多，因此對硅負極進行預鋰化是進一步提升鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵。其中，使用鋰金屬對硅負極進行預鋰化是目前對電池能量密度提升最高的方式，因為該方法幾乎不引入能占據(jù)電池重量的無關(guān)組分。

4、目前負極預鋰化方式是將鋰箔通過輥壓方式附著在負極極片表面或通過物理氣相沉積(physical?vapor?deposition，pvd)將金屬鋰沉積在負極極片表面完成預鋰化。但是該預鋰化方法面臨兩方面問題：一方面，金屬鋰嵌入負極的速率較慢，需要通過長時間的靜置來預鋰化負極，同時金屬鋰也會殘留在負極極片表面成為析鋰位點，破壞負極固體電解質(zhì)界面膜(solid?electrolyte?interface，sei)，使電解液發(fā)生還原反應，而局部極化增大會進一步導致析鋰，最終引發(fā)鋰離子電池發(fā)生鋰損失、容量快速衰減等一系列問題。另一方面，預鋰化負極極片在電解液注入后會立即發(fā)生嵌鋰反應生成sei膜，sei膜的機械性能、化學穩(wěn)定性將直接影響電池的性能，特別是在高溫條件下，sei的穩(wěn)定性變得更差，進而導致電池耐高溫性能下降。以上這些問題會導致電池的倍率性能惡化明顯且循環(huán)壽命顯著下降。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對以上問題，本發(fā)明提供了一種負極預鋰化方法及鋰離子電池，該負極預鋰化方法不僅能夠大幅縮短預鋰化的時間，而且可以提高sei膜的穩(wěn)定性，改善鋰離子電池的包括首效、阻抗、常溫循環(huán)和高溫存儲中的至少一方面在內(nèi)的整體性能。

2、本發(fā)明的一個方面提供一種負極預鋰化方法，包括如下步驟：

3、成膜步驟，在負極極片表面形成鋰金屬膜。

4、化成步驟，將具有鋰金屬膜的負極極片靜置于電解液中，得到預鋰化的負極極片。

5、化成步驟中使用的電解液包括有機溶劑、鋰鹽、稀釋劑和添加劑。鋰鹽溶解于有機溶劑中，其在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為10％-20％；稀釋劑為取代或未取代的芳香族化合物，其在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為20-50％；添加劑為還原電位高于有機溶劑的氟代碳酸酯添加劑，該氟代碳酸酯添加劑在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為1％-20％。

6、可選地，氟代碳酸酯添加劑為氟代碳酸乙烯酯，氟代碳酸乙烯酯在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為1-10％。

7、可選地，在成膜步驟中，鋰金屬膜通過物理氣相沉積或者輥壓復合的方式形成于負極極片的表面，鋰金屬膜的厚度為0.5-10μm。

8、可選地，在化成步驟中，采用規(guī)定靜置溫度靜置達規(guī)定時長，規(guī)定靜置溫度為25℃-60℃，規(guī)定時長為24h-96h。

9、本發(fā)明第二方面提供一種鋰離子電池，包括負極極片、正極極片和電解液。負極極片和正極極片隔開設(shè)置在電解液中，負極極片表面具有預鋰化層，預鋰化層是利用覆蓋在負極極片表面的鋰金屬膜在電解液中化成得到的。電解液包括有機溶劑、鋰鹽、稀釋劑和添加劑。其中，鋰鹽溶解于有機溶劑中，其在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為10％-20％；稀釋劑為取代或未取代的芳香族化合物，其在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為20-50％；添加劑為還原電位高于有機溶劑的氟代碳酸酯添加劑，氟代碳酸酯添加劑在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為1％-20％。

10、可選地，氟代碳酸酯添加劑為氟代碳酸乙烯酯，氟代碳酸乙烯酯在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為1-10％。

11、可選地，稀釋劑包括氟苯、鄰二氟苯、間二氟苯、對二氟苯、1,3,5-三氟苯、1,2,3-三氟苯、1,2,4-三氟苯、三氟甲基苯、甲苯、乙苯中的任意一種或至少兩種的組合。

12、可選地，有機溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、或碳酸二乙酯中任意一種或至少兩種的組合，且有機溶劑在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為30％-65％。

13、可選地，正極極片包括正極集流體和正極活性材料，其中，正極活性材料包括鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鎳錳氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物或鋰鎳鈷鋁氧化物中的任意一種或至少兩種的組合。

14、可選地，負極極片包括負極集流體和負極活性材料，其中，負極活性材料包括軟碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳化合物或鈦酸鋰中的任意一種或至少兩種的組合。

15、本發(fā)明的一些示例中提供的負極預鋰化方法通過使用功能化的電解液，一方面可提高鋰金屬嵌入負極的速度；另一方面有助于形成穩(wěn)定的界面sei膜，改善鋰離子電池的循環(huán)能力，減少鋰離子電池在高溫下的副反應的發(fā)生。

16、具體地，電解液中的稀釋劑本身不參與鋰離子的溶劑化，可以提高鋰鹽陰離子與鋰離子成離子對的能力，使其進一步在負極表面還原，從而原位形成富含氮化鋰、氟化鋰、硫化鋰等無機組分的sei膜，改善鋰離子電池的長期循環(huán)穩(wěn)定性。當鋰金屬接觸負極時，使用含稀釋劑的電解液對負極進行預鋰化可以構(gòu)成微觀的原電池，從而加速鋰金屬變成鋰離子，再與負極反應的過程，可大幅縮短預鋰化的時間。

17、另外，因為電解液中加入適量的氟代碳酸酯添加劑，氟代碳酸酯添加劑的還原電位高于溶劑，在化成和充電時，將會首先在負極表面生成富氟元素的穩(wěn)定sei成分，有利于消耗殘留的鋰金屬，避免殘留鋰金屬導致的析鋰問題，并能降低電極的阻抗，提高sei膜的高溫穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種負極極片的預鋰化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的負極極片的預鋰化方法，其特征在于，所述氟代碳酸酯添加劑為氟代碳酸乙烯酯，所述氟代碳酸乙烯酯在所述電解液中的質(zhì)量分數(shù)為1-10％。

3.如權(quán)利要求1所述的負極極片的預鋰化方法，其特征在于，在所述成膜步驟中，所述鋰金屬膜通過物理氣相沉積或者輥壓復合的方式形成于所述負極極片的表面，所述鋰金屬膜的厚度為0.5-10μm。

4.如權(quán)利要求1所述的負極極片的預鋰化方法，其特征在于，在所述化成步驟中，采用規(guī)定靜置溫度靜置達規(guī)定時長，所述規(guī)定靜置溫度為25℃-60℃，所述規(guī)定時長為24h-96h。

5.一種鋰離子電池，其特征在于，包括：

6.如權(quán)利要求5所述的鋰離子電池，其特征在于，所述氟代碳酸酯添加劑為氟代碳酸乙烯酯，所述氟代碳酸乙烯酯在所述電解液中的質(zhì)量分數(shù)為1-10％。

7.如權(quán)利要求5所述的鋰離子電池，其特征在于，所述稀釋劑至少包括氟苯、鄰二氟苯、間二氟苯、對二氟苯、1,3,5-三氟苯、1,2,3-三氟苯、1,2,4-三氟苯、三氟甲基苯、甲苯、乙苯中的任意一種或至少兩種的組合。

8.如權(quán)利要求5所述的鋰離子電池，其特征在于，所述有機溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、或碳酸二乙酯中任意一種或至少兩種的組合，且所述有機溶劑在所述電解液中的質(zhì)量分數(shù)為30％-65％。

9.如權(quán)利要求5所述的鋰離子電池，其特征在于，所述正極極片包括正極集流體和正極活性材料，所述正極活性材料包括鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鎳錳氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物或鋰鎳鈷鋁氧化物中的任意一種或至少兩種的組合。

10.如權(quán)利要求5所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負極極片包括負極集流體和負極活性材料，所述負極活性材料包括軟碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳化合物或鈦酸鋰中的任意一種或至少兩種的組合。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及二次電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種負極預鋰化方法及鋰離子電池。負極預鋰化方法包括：成膜步驟，在負極極片表面形成鋰金屬膜；化成步驟，將具有鋰金屬膜的負極極片靜置于電解液中，得到預鋰化的負極極片?；刹襟E中電解液包括有機溶劑、鋰鹽、稀釋劑和添加劑。鋰鹽溶解于有機溶劑中，其在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為10％?20％；稀釋劑為取代或未取代的芳香族化合物，其在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為20?50％；添加劑為還原電位高于有機溶劑的氟代碳酸酯添加劑，其在電解液中的質(zhì)量分數(shù)為1％?20％。該方法制備的鋰離子電池負極極片可改善鋰離子電池的循環(huán)，并減少電池在高溫下的副反應的發(fā)生。

技術(shù)研發(fā)人員：余樂,夏赫一
受保護的技術(shù)使用者：遠景動力技術(shù)（江蘇）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2