[發明專利]一種高循環效率電極的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201811427688.6
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN111224071B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 黃杰;李文俊;李泓;俞會根
• 申請（專利權）人: 北京衛藍新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;H01M4/04;H01M4/134
• 代理公司: 北京唐頌永信知識產權代理有限公司 11755
• 代理人: 劉偉

本發明提供一種高循環效率電極的制備方法及其應用，方法包括：將金屬源和待補金屬電極進行輥壓、平壓、氣壓或液壓，實現物理粘連接觸，在真空或惰性氣氛下控溫處理后再將金屬源剝離，得到高循環效率電極；待補金屬電極選自能遷移金屬的負極或能遷移金屬的正極；金屬源為鋰源或鈉源。該方法只需將金屬源和待補金屬電極進行物理粘連接觸，再在真空或惰性氣氛下處理一定時間，即可得到高循環效率電極，方法簡單；且待補金屬電極同時具有電子電導和離子電導，因此，金屬源會發生向待補金屬電極的嵌金屬過程；物理粘連接觸中還存在金屬元素的擴散過程，使電極具有高首循環效率和較好循環性。電極制作的電池具有較高首循環效率和容量保持率。

技術領域

本發明屬于極片技術領域，尤其涉及一種高循環效率電極的制備方法及其應用。

背景技術

隨著電動汽車產業的發展，人們對能量密度和循環性的要求越來越高。對于負極而言，雖然具有很大的理論比容量，如硅、錫合金材料，遠大于石墨材料的理論比容量，但合金材料儲鋰后體積膨脹嚴重，導致硅負極涂層粉化、從集流體上脫落，循環壽命極差。采用硅氧材料作鋰離子電池負極材料時，可以大大改善了儲鋰后體積膨脹問題，但是硅氧材料的首次效率只有約70％，遠低于石墨材料的首次效率，而且后期的庫倫效率也低于石墨的水平。為了改進循環效率偏低的問題，在硅氧負極上補充金屬鋰作為一種思路，受到了廣泛認同。

申請公布號為CN102779975A的中國專利：在待補鋰負極上方設置儲存鋰粉的喂料槽，實施補鋰時，鋰粉在電場作用下吸附在負極片表面，然后經過輥壓使鋰粉牢固的粘附在負極片表面，從而實現補鋰。這種方法能實現在電極表面均勻補鋰的前提條件是鋰粉顆粒要小且均勻、壓輥的表面平整度極高、壓輥應盡可能少粘附鋰粉。且具有粉塵控制裝置，能100％收集空氣中的鋰粉，以防安全事故的發生。

申請公布號為CN105489846A的中國專利：通過輥壓復合鋰帶與待補鋰電極，將鋰帶粘附到待補鋰電極上，從而形成補鋰電極，同時作為復合鋰帶基體的第一基材剝離、收卷。這種方法實用化的前提條件是能獲得超薄的鋰帶(厚度一般小于10μm)、壓輥的表面平整度應極高(以避免不均勻)。而且第一基材屬于易損耗品增加了鋰電池的成本，最主要該方法比較劇烈。對極片有一定的損傷，容易存在殘余鋰，引起安全問題。

申請公布號為CN105702943A的中國專利：先制備負極材料與導電劑的混合粉末，將混合粉末裝入導電料槽，滴加電解液至混合粉末浸潤，采用不銹鋼墊片將滴加了電解液的混合粉末壓實，在不銹鋼墊片上置隔膜，在隔膜上設置墊片，在墊片上再設置鋰片，通過裝置將所有部件密封在一起，然后采用電池測試系統對密封裝置化成，從而實現負極材料預嵌鋰。

申請公布號為CN204966620U的中國專利：供鋰裝置和待補鋰負極保持接觸、共同浸沒在電解液中，由于供鋰裝置和待補鋰負極接觸，因此具備電子通道，又由于二者共同浸沒在電解液中，二者之間也具有離子通道，其補鋰機理相當于一個內短路的半電池，鋰離子從供鋰裝置脫出，在待補鋰負極上得電子還原，因此可實現補鋰。

綜上所述，有以下問題：采用鋰粉進行補鋰的方式對鋰粉顆粒的均勻度要求極高，且要求壓輥的表面平整度極高，在實際使用過程中很難保證該苛刻的條件，從而導致補鋰質量不高：采用超薄鋰帶壓接方式，超薄金屬鋰帶目前并不容易獲得，特別是要求厚度誤差極小的超薄鋰帶，假設要補一層3μm的鋰，如果某個點多出0.1μm，那該點即比平均值大3.33％，采用超薄鋰帶補鋰的難點在于首先要獲取超薄鋰帶，即使解決了超薄鋰帶獲取的問題，也還要面臨超薄鋰帶易褶皺、極易斷裂的問題；補鋰需要用到電解液的，要解決好預嵌鋰粉末干燥或者補鋰后電極干燥的問題。

因此，開發一種較為簡單的方法制備電池極片顯得尤為重要。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種高循環效率電極的制備方法及其應用，該制備方法簡單，且電極制備的電池具有較高的首次循環效率。

本發明提供了一種高循環效率電極的制備方法，包括以下步驟：