[發明專利]一種預鋰化電極

有效

• 申請號: 202010062547.X
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111244458B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 安亞斌;馬衍偉;孫現眾;張熊;張曉虎
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/052;H01M10/42;H01M10/058
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明公開了一種可以在空氣中穩定存在的預鋰化電極，電極包含內部含鋰芯層和外部保護層，其中內部含鋰芯層可對負極進行預鋰化處理，外部保護層隔絕空氣中的水分和氧氣等能與含鋰芯層發生反應的氣體成分并在電化學儲能器件注液后融化、溶解、溶脹或發生電化學分解，使內部芯層發揮作用。本發明預鋰化電極簡化了預鋰化操作的工藝復雜程度，電極制備方法簡單，兼容性強，可用于制備三電極預鋰化工藝所需的預鋰化電極或者避免第三電極的引入，適于以研發或大規模生產為目的的制備過程。

技術領域

本發明涉及電化學儲能器件技術領域，特別涉及一種用于電化學儲能器件的預鋰化電極。

背景技術

采用兼具高容量與高功率的硬碳材料和具有更高容量的硅基材料替代傳統石墨材料是開發具有更高能量密度、更高功率密度的儲能器件的重要方向。但這類材料通常具有較差的首次庫倫效率，必須對負極進行預鋰化消除材料不可逆容量。目前所開發的預鋰化材料在空氣中具有很大的反應活性，例如，Journal of Materials Chemistry A期刊2014年第2卷第26期第10029-10033頁公開了利用金屬鋰與負極外短路或內短路的方法完成預鋰化；Nano Letters期刊2013年第13卷第9期第4158-4163頁公開了利用鈍化鋰粉分散液浸漬到負極完成對負極的預鋰化；Journal of Materials Chemistry A期刊2017年第5卷第27期14286-14293頁公開了利用硫化鋰的乙醇溶液浸潤到正極中再通過充放電完成對負極進行預鋰化；Energy Storage Materials期刊2020年第24期第160-166頁公開了利用氮化鋰粉末層壓在正極表面再通過充放電進行預鋰化。這些方法的操作過程都必須在保護性氣氛條件下嚴格控制，制備過程復雜，僅適用于實驗室規模的樣品制備，難以與現有生產設備兼容，極大的增加了鋰離子電化學儲能器件的生產成本，嚴重制約了這些材料的發展和應用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種預鋰化電極，可穩定存在于空氣中，解決預鋰化工藝復雜,難以兼容現有規模化生產設備的問題，制備方法適用于上述各類預鋰化材料，可大幅提升制備效率，降低生產成本。

為實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：一種預鋰化電極，所述的預鋰化電極由內部含鋰芯層和外部保護材料構成。內部含鋰芯層可對負極進行嵌鋰從而完成預鋰化，外部保護材料可以隔絕空氣中的水分、氧氣、氮氣、二氧化碳及其他能與內部含鋰芯層發生反應的氣體成分,為內部含鋰芯層提供保護層。此外,外部保護材料至少具有以下特征之一：

1).外部保護材料在干燥時，全部或部分融化；

2).外部保護材料在遇到電解液時，全部或部分溶解或溶脹；

3).外部保護材料遇電解液在充放電過程中發生電化學反應而分解。

所述外部保護材料為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氧化乙烯、石蠟中的一種或幾種。

所述外部保護材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚偏氟氯乙烯中的一種或幾種。

所述外部保護材料為鋁箔、銅箔。

所述含鋰芯層的材料為金屬鋰、鈍化鋰粉、氮化鋰、硫化鋰、氧化鋰、氫化鋰、鋰化石墨、鋰化硅基材料中的一種或幾種。

所述含鋰芯層通過以下方法制備：將預鋰化材料的粉體與導電劑、粘結劑和溶劑通過機械混合的方式制備成電極漿料并涂布或層壓在集流體上制備成內部芯層。如權利要求1所述的預鋰化電極，其特征在于，所述的含鋰芯層通過在惰性氣氛下軋制成箔材作為內部含鋰芯層。

所述外部保護材料通過熱封、溶液浸漬或漿料涂布、真空蒸鍍的方式與所述內部含鋰芯層形成預鋰化電極。

所述集流體為銅箔、鋁箔、鎳箔或所制備目標儲能器件的電極片。

所述預鋰化電極含有引出電極。