[發(fā)明專利]預嵌鋰負極的制備方法及制備得到的預嵌鋰負極、儲能器件、儲能系統(tǒng)及用電設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811545143.5
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109686923B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐永炳;張閣;歐學武
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳先進技術(shù)研究院
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/0525;H01M10/054;H01G11/30;H01G11/06;H01G11/86
• 代理公司: 深圳市科進知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 吳乃壯

本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，具體而言，提供了一種預嵌鋰負極的制備方法及制備得到的預嵌鋰負極、儲能器件、儲能系統(tǒng)及用電設(shè)備。所述預嵌鋰負極的制備方法，包括提供一半電池，對所述半電池進行充電或放電；其中，半電池的工作電極為金屬材料，對電極為能夠提供鋰源的材料，電解液為含有添加劑的鋰鹽溶液；所述金屬材料包括能夠與鋰離子發(fā)生合金化反應的金屬、合金或金屬復合材料；所述添加劑包括能夠分解并在所述金屬材料表面形成SEI膜的物質(zhì)。該方法工藝簡單、成本低廉，該方法能夠在金屬材料表面形成SEI鈍化膜，避免負極產(chǎn)生體積膨脹和被粉化，從而提高負極的穩(wěn)定性，而預嵌鋰形成的合金有助于提高庫倫效率，從而提高放電容量和循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，具體而言，涉及一種預嵌鋰負極的制備方法及制備得到的預嵌鋰負極、儲能器件、儲能系統(tǒng)及用電設(shè)備。

背景技術(shù)

作為綠色儲能器件，以鋰離子電池為代表的二次電池通過電能與化學能之間的可逆轉(zhuǎn)化實現(xiàn)儲電和放電，被廣泛應用于各個領(lǐng)域。鋰離子電池主要由正負極活性材料、集流體、電解液環(huán)和隔膜等主要部分組成。鋰離子電池依靠鋰離子在正極與負極之間來回移動(嵌入和脫嵌過程)實現(xiàn)電池的充放電過程(因此又稱為“搖椅式電池”)，具體而言，在充電時，鋰離子從正極脫出，經(jīng)過電解液嵌入負極；放電過程則相反。由于受到正負極材料理論比容量的限制，商用鋰離子電池的能量密度十分有限。其中，負極材料目前主要采用改性天然石墨、人造石墨等，然而，石墨電極的比容量有限(372mAh/g)并且已經(jīng)幾乎達到了極限；同時石墨負極壓實密度較低，極大的限制了電池高體積能量密度的獲得。因此，對于更加廉價、高效以及低成本的負極材料關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)顯得尤為迫切。

初步研究表明，以高容量、低成本的廉價金屬箔材作為電池負極，利用金屬與鋰離子的合金化/去合金化過程實現(xiàn)電池的充放電反應，可以獲得高比容量及高能量密度的新型鋰離子電池。相比于傳統(tǒng)商用石墨類負極，金屬負極在提高電池容量方面具有非常明顯的優(yōu)勢。以金屬鋁為例，其理論比容量高達993mAh/g(合金化形成LiAl)，約為石墨負極容量的3倍。此外，廉價金屬鋁具有優(yōu)異的導電性，可以同時充當電池的負極活性材料和負極集流體，從而有利于減小電池體積重量，降低生產(chǎn)成本，同時增加鋰離子電池的能量密度。中國科學院深圳先進技術(shù)研究院曾利用金屬鋁的高比容量和良好的導電特性，以金屬鋁箔同時作為負極活性材料和集流體，傳統(tǒng)的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料為正極活性材料，組建了新型電池體系，并申請了相關(guān)的專利(CN106654289A；PCT/CN2016/081346)。這一體系可以極大提高鋰離子電池的能量密度，顯著降低電池的綜合成本，因此具有良好的商業(yè)化前景；然而金屬鋁箔在發(fā)生合金化/去合金化的過程中，體積會發(fā)生膨脹，造成粉化，導致電池庫倫效率不高，容量衰減快。

為了充分利用廉價、容量高和制備工藝簡單的金屬箔材作為電池負極，同時解決金屬箔材作為電池負極而產(chǎn)生的庫倫效率低以及容易粉化的問題，通常采用的辦法是對箔材進行多孔化設(shè)計或者對其進行表面包覆。例如，專利PCT/CN2016/081344和PCT/CN2016/081345中提出，通過對金屬鋁箔進行多孔化設(shè)計，同時采用表面碳包覆的手段，能夠有效抑制鋁負極在充放電過程中的粉化，提高電池的循環(huán)使用壽命以及充放電倍率性能。然而，上述的方法需要采用比較復雜的工藝手段，譬如激光穿孔、電化學腐蝕、高溫碳化等，從而增加了電池的整體成本。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的在于提供一種預嵌鋰負極的制備方法，該方法工藝簡單、成本低廉，該方法能夠在金屬材料表面形成SEI鈍化膜，避免負極產(chǎn)生體積膨脹和被粉化，從而提高負極的穩(wěn)定性，而預嵌鋰形成的合金有助于提高庫倫效率，從而提高放電容量和循環(huán)性能。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種采用上述預嵌鋰負極的制備方法制備得到的預嵌鋰負極，該負極具有成本低廉、穩(wěn)定性高、自重低、能量密度高、比容量高、庫侖效果高和循環(huán)性能好的優(yōu)點。