[发明专利]一种预锂化负极极片及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种预锂化负极极片及锂离子电池，包括涂覆于负极极片表面的锂粉层；其满足以下要求：0.1≤(D1×W1)/(D2×ε×W2×Ks×10supgt;9/supgt;)≤20；其中，D1为所述锂粉颗粒的粒度D50，单位为μm；W1为单位面积锂粉颗粒的涂敷量，其中只包含锂粉颗粒，单位为g/msupgt;2/supgt;；D2为所述负极材料的粒度D50，单位为μm；ε为所述负极极片的孔隙率；W2为单位面积负极材料的涂敷量，单位为g/msupgt;2/supgt;；Ks为所述负极材料的锂离子扩散系数，单位为msupgt;2/supgt;/s。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池的技术领域，具体涉及一种预锂化负极极片及锂离子电池。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着锂离子电池在电动汽车、智能电网、分布式储能等场景的使用，人们对锂离子电池的循环寿命提出了更高的要求。然而锂离子电池在首次充放电过程中，普遍存在着严重的不可逆容量损失，主要因为在负极表面形成SEI膜会消耗大量的活性锂。目前使用最为广泛的石墨材料首次不可逆锂损耗有6％以上，而对于具有高比容量的硅基和锡基合金负极，首次不可逆锂损耗甚至高达10％～20％以上。预锂化通过预先在电极中储存锂离子来补偿电池的首次容量损失，可有效提高电池的容量与循环稳定性，因此预锂化技术被认为是解决负极锂损失的有效方案。

目前主流的预锂化方案主要分为正极预锂化和负极预锂化。其中，正极预锂化主要采用富锂材料或者二元锂化合物作为预锂化添加剂，但这些材料一般具有稳定性较差、需要高压分解、锂化效率低等缺点。负极预锂化主要包括金属锂物理混合预锂化、自放电锂化、化学预锂化、电化学锂化等多种预锂化方式，其中基于金属锂物理混合预锂化技术研究较为广泛。虽然相较于正极预锂化添加剂，通过金属锂预锂化的锂化效率较高，但金属锂在预锂化过程中依然不能全部嵌入到负极材料中，未嵌入的部分表面会形成一层钝化层从而失去电子导电性，成为“死锂”，造成严重的安全隐患。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种预锂化负极极片及锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种预锂化负极极片，包括涂覆于负极极片表面的锂粉层；其满足以下要求：

0.1≤(D1×W1)/(D2×ε×W2×Ks×10⁹)≤20；

其中，D1为所述锂粉颗粒的粒度D50，单位为μm；

W1为单位面积锂粉颗粒的涂敷量，其中只包含锂粉颗粒，单位为g/m²；

D2为所述负极材料的粒度D50，单位为μm；

ε为所述负极极片的孔隙率；

W2为单位面积负极材料的涂敷量，单位为g/m²；

Ks为所述负极材料的锂离子扩散系数，单位为m²/s。

锂粉颗粒粒径的大小会影响锂源的转化效率，在注液之后，由于金属锂与负极材料之间存在电势差，金属锂中的电子在电势下嵌入到负极材料，锂离子从锂金属中脱出经电解质迁移至负极材料以达到电荷平衡，最终负极材料完成预锂化。锂粉颗粒的粒径越大，预锂化过程中由金属锂转化为锂离子的效率越低，未转化的金属锂表面会形成一层SEI膜，失去了电子传递功能，残留在负极材料表面进而影响电芯的安全性能。