[发明专利]附加锂的电极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种附加锂的电极及其制备方法。所述电极包括包含或不包含导电粘合剂夹层的导电衬底，附着到导电衬底的活性层，活性层包含槽和/或孔，在其中暴露导电衬底的裸表面，但并不暴露出活性层材料和导电粘合剂夹层；以及置于所述孔和/或槽中的锂片和/或锂条。所述方法包括：确定活性层的厚度；选择指定厚度的锂条和/或锂片；基于活性层与锂金属总体重量比或体积比，确定锂条的度和/或锂片尺寸；将活性层层压到导电衬底上；在活性层中形成槽和/或孔，暴露导电衬底的裸表面；以及锂条和/或锂片压到槽和/或孔中。本发明可减少电极制造时间，并且可防止在预掺杂过程期间引起的电极和隔膜损坏。

技术领域

本发明的装置和方法涉及能量存储设备，并且更特别地涉及用于能量存储设备的电极及其制备方法。

背景技术

掺杂锂(Li)的负电极被广泛用于能量存储设备例如锂离子(Li离子)电池和锂离子电容器中。

在外部Li附加和预掺杂方法中，电极组(electrode pack)被构造成具有至少一个正电极、至少一个隔膜、至少一层被压在集流体(current collector)上的Li膜，以及至少一个负电极的结构。负电极通过集流片连接到Li膜电极。电极组浸渍在包含Li离子的电解液中。通过预掺杂过程，Li膜通过电极被转换成Li离子，Li离子迁移并且被掺杂到负电极中。

生产掺杂Li的负电极要求精确控制附加到负电极的Li的量。附加Li的量过低会导致负电极的掺杂不完全，引起劣质电极性能。另一方面，过量Li的附加则会引起在预掺杂过程之后负电极上的金属Li残留，这可能导致使用该电极的能量存储设备的安全问题。

在外部Li附加和预掺杂方法中，薄Li金属膜通常仅提供在电极包(electrodepackage)的最上层和最下层上。在Li预掺杂过程期间，锂离子会非均匀掺杂到堆叠的负电极中，并且在预掺杂过程完成之后，Li金属膜可余留在电极包上。通常锂均匀掺杂到内层负电极上所需的时间要二十天以上。

为了改进外部Li附加和预掺杂方法制备电极所必需的长掺杂时间，不同的发明人们提出了直接接触的方法。在直接接触方法中，Li粉末或Li膜被直接压到电极表面层上。直接接触方法缩短了Li预掺杂时间。然而，将电极组浸渍在电解液中诱发的Li金属和负电极活性层材料(即，电极的表面)之间的瞬时电短路会引起严重的反应。这些严重的反应会导致对电极和隔膜的损坏。

发明内容

本发明的目的之一是提供了一种附加锂(Li)的电极。

根据各种实施方式，本发明提供一种附加锂的电极。在一些实施方式中，电极可包括：导电衬底，导电衬底可包含或可不包含导电粘合剂夹层；附着到导电衬底的活性层(电极表面)，活性层包含以下结构中的至少一种：槽和孔，在此结构中暴露裸露导电衬底，但并不暴露出活性层材料和导电粘合剂夹层；以及置于活性层的孔和/或槽中的锂(Li)片或锂条。所述槽和/或孔可位于电极活性层上的任何地方，包括在活性层的一端或两端。

具体来讲，本发明的一种附加锂的电极，包括：

导电衬底；置于所述导电衬底侧面上的活性层；形成于所述活性层中暴露所述导电衬底裸表面的一个或多个槽和/或一个或多个孔；以及置于所述一个或多个槽中的一个或多个锂条，和/或置于所述一个或多个孔中的一个或多个锂片；其中所述一个或多个槽的宽度稍微大于所述锂条的所述宽度，和/或所述一个或多个孔的尺寸稍微大于所述锂片的尺寸。其中所述的导电衬底的侧面包括双面或单面。

在本发明的电极中，所述活性层中一个或多个槽，和/或一个或多个孔，置于所述电极活性层上的各个位置，所述电极活性层上的各个位置包括在所述活性层的一端或两端。

在本发明的电极中，所述锂条和/或锂片的厚度优选为至少等于或大于所述活性层厚度，至多等于或小于两倍所述活性层厚度。

在本发明的电极中，所述电极活性层与所述锂条和/或锂片的总体锂金属的重量比优选为4:1到15:1，更优选为5:1到15:1。