[发明专利]一种高能量密度无负极锂金属电池制备方法

说明书

本发明提供了一种高能量密度无负极锂金属电池制备方法，包括制备含有富锂材料的正极片；制备负极侧集流体并进行表面修饰；将得到的正极片、负极侧集流体与隔膜组装，添加电解液后，经过活化处理得到无负极锂金属电池。本发明在正极侧添加富锂材料作为锂源，利用富锂材料本身首次充放电循环过程库伦效率低、即不可逆脱锂容量高的特点，可有效弥补后续循环过程中负极侧的不可逆锂损失，延长电池循环寿命，同时富锂材料能够有效提高正极活性物质的克容量发挥，另外富锂材料的添加质量低于传统锂离子电池中负极活性物质质量，质量的减少必然能提升器件的能量密度。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种高能量密度无负极锂金属电池制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前备受关注和研究广泛的二次电池，其优势在于具有高能量密度，应用场景宽广，可以广泛应用于移动电子产品、电动汽车、储能等领域，但传统锂离子电池已无法满足当前多种新型领域对能量密度的需求，更高的能量密度仍是目前的主要发展方向。

通过开发新材料，优化电池结构设计，可以有效提高锂离子电池能量密度。但在传统锂离子电池全电池体系中，由于负极材料(石墨、硬碳、硅基材料等)首次充放电效率低(SEI膜形成、界面副反应等消耗锂离子)，正极材料中脱出并传输到负极材料中的锂离子无法全部回嵌，因此就会导致全电池体系中正极材料的容量发挥低于其在半电池体系中的容量发挥，造成正极材料损失，降低器件整体能量密度。从能量密度角度来讲，锂金属电池具有更高的能量密度，而无负极锂金属电池的能量密度相比于传统锂金属电池或锂离子电池可以得到有效提高，因而引起了研究人员的广泛关注。

无负极锂金属电池能够将器件的能量密度提高到极致，但是相比于含有负极材料的锂离子电池，无负极锂金属电池的锂源全部来自于富锂正极侧，而负极只是一个集流体，在充放电过程中锂会反复沉积-剥离，由于缺乏负极宿主材料的束缚，循环过程中金属锂在集流体上的不均匀沉积形成“死”锂、体积膨胀引发新SEI膜的形成、沉积物与电解质间的副反应等都会导致不可逆锂容量损失，造成无负极锂金属电池的容量保持率降低、循环寿命衰减。

因此，如何简单高效的引入锂源，减少循环过程中的锂损失，能够在保持无负极锂金属电池高能量密度的同时提升循环寿命，具有重要的应用前景和现实意义。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明的目的是：针对以上不足，提供一种高能量密度无负极锂金属电池的制备方法，通过在电池正极侧添加富锂材料引入充足锂源，同时修饰负极侧集流体，优化活化过程充放电制度等策略改善无负极锂金属电池电化学性能，提高能量密度，提升循环寿命。

为了达到上述目的，本发明提供了一种高能量密度无负极锂金属电池制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1、制备含有富锂材料的正极片；

步骤2、制备负极侧集流体并进行表面修饰；

步骤3、将步骤1、2中得到的正极片、负极侧集流体与隔膜组装，添加电解液后，经过活化处理得到无负极锂金属电池。

进一步地，步骤1具体为将正极活性物质、富锂材料、导电剂和粘接剂混合均匀，然后加入NMP制成正极浆料，涂覆在铝箔上，烘干后经辊压处理得到含有富锂材料的、表面平整的正极片。

进一步地，所述正极片中正极活性物质和富锂材料的质量之和为正极涂层总质量的80-96％，所述正极片中导电剂和粘结剂的质量之和为正极涂层总质量的4-20％。