[發(fā)明專利]使用鋰金屬和無機復合層的預鋰化

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880010989.0
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN110268557B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設計）人: 禹相昱;金銀卿;姜允雅;宋俊赫;蔡午秉
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社LG新能源
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/1391;H01M10/0525;H01M4/04
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

本發(fā)明提供一種用于二次電池的負極的預鋰化方法，包括：將鋰金屬粉末、無機粉末和粘合劑倒入并分散在溶劑中，從而制備混合溶液；和通過使用該混合溶液在負極上形成鋰金屬?無機復合層。本發(fā)明提供一種通過簡單工藝對具有高容量的負極進行預鋰化的方法。此外，通過本發(fā)明提供的預鋰化方法制造的用于二次電池的負極具有改善的初始不可逆性，并且使用這種用于二次電池的負極制造的二次電池具有優(yōu)異的充/放電效率。

技術(shù)領域

本申請要求于2017年8月11日提交的韓國專利申請第10-2017-0102252號的優(yōu)先權(quán)，通過引用將上述韓國專利申請的整體內(nèi)容結(jié)合在此。

本發(fā)明涉及一種用于二次電池的負極的預鋰化方法，且更具體地，涉及一種通過在組裝鋰二次電池之前在負極上形成鋰金屬-無機復合層的預鋰化方法。

背景技術(shù)

隨著化石燃料的枯竭導致能源價格上漲以及對環(huán)境污染的關(guān)注增加，對環(huán)境友好型替代能源的需求成為未來生活不可或缺的因素。特別是，隨著對移動裝置的技術(shù)開發(fā)和需求的增加，對作為能源的二次電池的需求迅速增加。

典型地，就電池的形狀而言，對于能夠適用于具有較薄厚度的諸如手機之類的產(chǎn)品的袋型二次電池和棱柱形二次電池有較高需求。就電池的材料而言，對于具有高能量密度、放電電壓和輸出穩(wěn)定性的諸如鋰離子電池和鋰離子聚合物電池之類的鋰二次電池有較高需求。

通常，為了制備二次電池，首先，通過將活性材料施加到集電器的表面來形成正極和負極，然后在它們之間插入隔板，從而制成電極組件，然后將電極組件安裝在圓柱形或矩形金屬罐中或由鋁層壓片制成的袋型殼體內(nèi)，并且將液體電解質(zhì)注入或浸漬到電極組件中或使用固體電解質(zhì)來制備二次電池。

作為鋰二次電池的負極活性材料，已經(jīng)應用了能夠嵌入和解吸鋰的各種類型的碳基材料，包括人造石墨、天然石墨和硬碳。與鋰相比，碳基材料中的諸如人造石墨或天然石墨之類的石墨具有0.1V的低放電電壓，并且使用石墨作為負極活性材料的電池表現(xiàn)出3.6V的高放電電壓，這在鋰電池的能量密度方面是有利的，并且以優(yōu)異的可逆性保證了鋰二次電池的長壽命，因此此類電池應用最廣泛。

然而，當使用石墨作為活性材料制造電極板時，電極板的密度降低，并且就電極板的每單位體積的能量密度而言，容量可能變低，這是個問題。此外，由于在高放電電壓下，石墨與有機電解質(zhì)之間可能發(fā)生副反應，因此存在由于電池的故障或過充電而引起著火或爆炸的風險。

為了解決這一問題，最近開發(fā)了氧化物的負極活性材料。已經(jīng)提出諸如Si或Sn之類的金屬基活性材料作為能夠表現(xiàn)出高容量并且能夠代替鋰金屬的材料。其中，Si由于其低成本和高容量(4200mAh/g)而受到關(guān)注。

然而，當使用硅基負極活性材料時，初始不可逆容量變大。在鋰二次電池的充電和放電期間，從正極釋放的鋰在充電時插入負極中，并在放電時從負極釋放并返回到正極。在硅負極活性材料的情形中，在初始充電時，插入負極中的大量鋰不會返回到正極，因此初始不可逆容量變大。當初始不可逆容量增加時，出現(xiàn)電池容量和循環(huán)迅速減小的問題。

為了解決上述問題，已知一種對包括硅基負極活性材料的氧化硅負極進行預鋰化的方法。作為預鋰化方法，已知方法包括通過物理化學方法對負極活性材料進行鋰化來制造電極的方法和對負極進行電化學預鋰化的方法。

傳統(tǒng)的物理化學方法涉及由于在高溫下進行的環(huán)境因素而引起的火災和爆炸風險。傳統(tǒng)的電化學方法不能均勻地控制一致的不可逆容量并增加了生產(chǎn)成本。

美國專利公開第2015-0357628號披露了一種用鋰-陶瓷擠出制品涂覆負極的技術(shù)，其中陶瓷顆粒與熔融鋰混合以提高具有高比容量的負極活性材料的電極效率，但是由于鋰金屬的高反應性，所有上述工藝必須在惰性氣體氣氛下進行，因而這些工藝不容易進行，這是一個缺點。

因此，有必要開發(fā)一種通過使用相對簡單的方法藉由對具有高容量的負極進行預鋰化來改善電池的初始不可逆性并提高電池的安全性的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容