[发明专利]一种负极补锂极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种负极补锂极片及其制备方法和应用。所述负极补锂极片包括负极基体以及位于负极基体的电极层表面的补锂层；所述补锂层包括锂金属层以及位于锂金属层表面的具有多孔结构的保护层；所述保护层包括呈梯度分布的LiF、C和F，所述LiF与锂金属层直接接触，所述LiF与C之间通过F‑C键进行键合，所述C与F之间也通过F‑C键进行键合。本发明提供的负极补锂极片，其保护层不仅能够有效抑制充放电过程中锂枝晶的产生，还减少负极电极层与电解液的副反应，降低了电池使用过程中阻抗的增加，同时其多孔结构还可以提高负极片的吸液和保液能力，提升了电池的倍率和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种负极补锂极片及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于其工作电压高、自放电小、无记忆效应、对环境友好等特点而广泛应用于各种电子设备和电动储能设备中。锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。首次充电时(即化成)，正极脱出来的锂离子在负极由于形成SEI膜等会有一定量的锂损失，从而导致电池首次效率降低，影响电池容量和能量密度。

为了提高电池首次效率，业界普遍采用补锂的方式。补锂的方法主要有正极补锂和负极补锂。正极补锂是指在正极添加某种富锂化合物，首次充电时该化合物中的Li全部或部分脱出，到达负极补充负极锂源，而该化合物首次充电后即失去活性，不再参与后续的电化学反应。正极补锂相对简单，对电池生产环境要求不高，但是会在正极极片中留下非活性的材料，影响正极的导电性和电池的能量密度。因此，负极补锂也较为常见。

目前常用的负极补锂方式有以下几种：

(1)直接将锂箔通过轧制方式压薄附在负极片表面；而补锂过程中，锂箔直接与与空气接触，对环境要求较高，如温湿度不达标易造成锂箔与空气中水反应，产热等。

(2)将锂粉与粘结剂混合后涂敷在负极表面或将锂粉与负极浆料混合后涂覆于集流体上，锂粉质量较轻，极易发生团聚，且危险性更高，给工业化生产带来了诸多不便；将锂粉与溶剂和稳定剂充分分散，采用一定的方式分散于负极片上，但大多分散效果一般且需要对极片进行进一步的干燥处理，以除去残留的溶剂；直接在极片混料过程中，加入钝化的锂粉，此方法对于混料工艺的要求更加苛刻，增加了惰性溶剂的选择，工艺步骤繁琐。

因此，如何提升负极极片的补锂效果，提升电池的电化学性能，同时保证补锂过程中的安全性，简化补锂工艺，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负极补锂极片及其制备方法和应用。本发明提供的负极补锂极片，补锂层表面具有呈梯度分布的LiF、C和F(原子层级的)，且通过了F-C键进行键合的多孔保护层，有效地抑制了锂金属层中锂枝晶的产生，且保护层还减少了负极电极层与电解液的副反应，降低了电池使用过程中阻抗的增加，同时多孔结构还可以提高负极片的吸液和保液能力，提升了电池的倍率和循环性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种负极补锂极片，所述负极补锂极片包括负极基体以及位于负极基体的电极层表面的补锂层；所述补锂层包括锂金属层以及位于锂金属层表面的具有多孔结构的保护层；所述保护层包括呈梯度分布的LiF、C和F，所述LiF与锂金属层直接接触，所述LiF与C之间通过F-C键进行键合，所述C与F之间也通过F-C键进行键合。

优选地，所述补锂层在所述电极层的表面连续分布或间隔分布。

优选地，所述补锂层在所述电极层表面间隔分布时，补锂层的总面积占所述电极层的面积的14％。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的负极补锂极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将PTFE粉末喷涂于锂箔表面，保护性气氛下进行原位反应，得到带有保护层的锂箔；