[发明专利]一种锂离子电池硅基负极极片预锂化的方法

说明书

本发明公开了一种向锂离子电池硅基负极极片预锂化的方法，具体是在惰性气氛中，将硅基负极极片与界面改性剂接触；然后再将经界面改性剂处理的硅基负极极片与金属锂接触；干燥；去除硅基负极极片表面多余的金属锂；所述界面改性剂由有机溶剂和含锂电解质组成。本发明通过先将硅基负极极片与界面改性剂接触，使负极极片中材料颗粒表界面均匀附着一层锂离子传输介质，从而促成材料在与金属锂接触时均匀、可控锂化，最终达到其性能的大大提升。有效克服了干法补锂时要么金属锂粉在空气中漂浮、影响生产安全，要么金属锂片补锂效果低的问题，具有整个工序简单、成本低、耗能低、效率高的优势。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池硅基负极极片补锂的方法。

背景技术

微型化、长待机便携式电子设备的不断发展，以及电动自行车、电动汽车等大功率、高能量设备的启用都对作为储能电源的锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求。硅是目前所发现的具有最高理论储锂容量的负极材料(如，Li₂₂Si₅，4200mAh/g)，其比容量远远高于目前商品化石墨负极材料。但是，硅在充放电过程中存在严重的体积效应，其会导致材料的结构崩塌和电极材料从集流体剥落，从而造成电极的循环性能极不稳定。同时，这种体积效应会导致其在充电过程中反复形成固体电解质膜(SEI膜)、造成锂的损失，从而减低其首次及随后循环过程中的充放电库伦效率。

为了提高材料及电极的库伦效率，采用极片预锂化处理能够起到一定的效果。预锂化处理不仅能够显著提高首次充放电库伦效率，还可降低正极不可逆充电锂消耗，从而提升全电池能量密度。然而，目前存在的掺锂预锂化方法中，其不仅锂配比及分布无法精确控制，而且工艺安全、成本问题突出，使其无法在现实生产中应用。例如公开号为CN1290209C的中国专利申请提到将锂金属、负极材料和非水液体混合形成浆料，将浆料涂覆到集流体上，然后干燥浆液，辊压后灌注电解液，使锂粉扩散进入活性材料内部。该方法虽然能够一定程度上提高首次库伦效率，但其无法实现材料的均匀锂化。此外，由于金属锂反应活性较高，对环境要求苛刻，包括冷压和卷绕工艺在内的所有操作都必须在干燥环境下进行，而且要严格控制温度，导致工序极其复杂，负极极片制作成本极高。另外，选择的非水液体大多为易燃易爆品，在混合过程中难以避免和金属锂粉直接反应，造成重大安全隐患。再如，申请号为JP1996027910的日本专利申请采用将金属锂片覆盖在负极片表面，然后卷绕制成电池，然后灌注电解液的方法制备锂离子电池。该方法虽然也能起到补锂的作用，然而负极片能够吸收的锂量远远小于金属锂片提供的锂，因此会造成嵌锂的不均匀，并导致极片的变形，而且后续循环中也容易出现析锂，从而造成性能衰减及引发安全问题。

在负极表面进行撒粉涂布再辊压在实际应用操作中较为方便直接，因此业内对其研究进行较多。但由于通过“干法预锂化”存在较大的粉尘，所以存在极大的安全隐患；更重要的是，干法预锂化无法实现极片的均匀预锂化。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，提供一种均匀、可控的预锂化方法。

本发明通过先将硅基负极极片与界面改性剂接触，使负极极片中材料颗粒表界面均匀附着一层锂离子传输介质，从而促成材料在与金属锂接触时均匀、可控锂化，最终达到其性能的大大提升。基于此，本发明提出如下技术方案：

本发明提供一种锂离子电池硅基负极极片预锂化的方法，是在惰性气氛中，将硅基负极极片与界面改性剂接触；然后再将经界面改性剂处理的硅基负极极片与金属锂接触；干燥；去除硅基负极极片表面多余的金属锂；

所述界面改性剂由有机溶剂和含锂电解质组成。