[实用新型]通孔锂膜预制件、复合负极及储能装置

说明书

本实用新型提供了一种通孔锂膜预制件、复合负极及储能装置。超薄锂膜预制件具有：担载层，和位于所述担载层的至少一个表面上并且与所述担载层复合在一起的通孔锂膜，所述通孔锂膜具有0.5‑15微米的均匀厚度，厚度公差在±0.5μm以内，通孔的孔径为5～200微米，孔隙率为1％～75％。

技术领域

本实用新型涉及储能技术领域，尤其涉及一种可用于二次电池和电容器的通孔锂膜预制件及由其制备的产品。

背景技术

锂电池因其能量密度高，循环寿命长和适用温度范围广的优点而被广泛的应用于航空航天，计算机，移动通讯设备，机器人和电动汽车等领域。随着社会的发展，科技的进步，对于锂电池的能量密度和循环寿命要求越来越高，而目前单纯以石墨为负极的锂离子电池难以满足社会的预期，所以需要开发新型具有更高比容量的正负极材料。对于负极材料而言，进行预锂化工作，可有效提高电池比能量并增加电池寿命。锂金属具有高的比容量(3860mAh/g，为石墨负极的10倍)和最低的氧化还原电位(-3.04V VS标准氢电位)。采用金属锂对传统石墨负极进行预锂化处理，一方面可以提高电池的首次库伦效率，增加电池的比能量，另一方可以有效延长电池的循环寿命，这使得锂离子电池将有更广阔的应用领域。

虽然预锂化(补锂)有如此优势，但是要精确控制其在电池中用量，对负极预锂化提出了更高的要求。目前现有锂离子电池所采用的正极材料均为含锂材料(例如钴酸锂，磷酸铁锂，三元材料等)，正极所含锂已能够满足锂离子电池充放电需求，而负极补锂仅需提供少量的锂以弥补循环过程中的锂损失，即可提高电池的能量密度和循环寿命。由于负极预嵌锂的量非常少，通常对于补锂用的锂箔，其厚度只需0.5微米至10微米。宁德时代新能源的中国专利申请CN201610102992.8中，在补锂过程中将锂粉撒在极片表面，辊压后进行预锂化，锂用量很少。但是，该补锂方法尚无法实现对补锂量的精确控制，而且工艺复杂，成本较高，更重要的是安全性很难控制。鉴于此，需要一种能够控制补锂量并实现电池的高能量密度的技术。

锂离子电容器是一种新型电容器，兼有双电层电容器和锂离子电池的结构特点，相比于传统的双电层电容器，在能量密度，高温特性和自放电方面更具优势，且比锂离子电池具有更好的倍率性能和安全性，已被应用于风力发电、不间断电源系统(UPS)等领域，未来有望被应用于新能源汽车及电子设备领域。

锂离子电容器负极采用与锂离子电池相同的活性材料，因而同锂离子电池一样，在首次充电过程中，负极会形成固态电解质层(SEI层)，会消耗电解液中的锂离子，使得电容器的电容不能充分发挥。而通过预锂化技术，预先在负极引入锂源，可以弥补形成 SEI层的锂离子消耗，一方面可以提升电容器电容，进而提升能量密度，另一方面提高电容器的循环寿命。此外，负极预锂化还可以降低负极的电位，提升锂离子电容器的电压。

现有锂离子电容器负极预锂化技术锂源主要采用锂粉或者锂带。东莞东阳光科研发有限公司(中国专利申请号：201710077223.1)以锂粉为锂源，将其直接加入到负极浆料然后涂布干燥制得含有锂粉的负极极片。但是，锂粉反应活性高，与传统复合混浆所用水或者N-甲基吡咯烷酮(NMP)均会反应，因而需要改变原有的混浆工艺。凌容新能源科技(上海)股份有限公司(中国专利申请号：201420666419.6)则将金属锂箔直接压合在负极表面。金属锂箔是致密的，电解液无法穿过而到达负极与锂箔层之间，只能从锂箔层的边缘向中间部位渗透，因而预锂化时间长。此外，预锂化过程会有气体产生，这些产生的气体聚集在负极和锂箔之间，使得二者分离以致预锂化过程局部或者全部停止，不能实现预锂化的目的。另外，采用金属锂箔进行负极补锂时，由于金属锂箔的厚度难以控制在20微米以下(厚度不均匀或者出现皱褶)，其量远超所需的补锂量，导致补锂过量，而过量的补锂，在充电过程中会出现析锂，不利于电容器长时间循环。

实用新型内容