[發明專利]一種鋰離子儲能器件電極原位補鋰的方法和應用

在審

• 申請號: 202010872192.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111987288A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 李立飛
• 申請（專利權）人: 復陽固態儲能科技（溧陽）有限公司
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/13;H01M10/058;H01M10/0525;H01G11/50;H01G11/86
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

本發明涉及一種鋰離子儲能器件電極原位補鋰的方法和應用，通過將電極極片放置于蒸鍍設備的真空腔體內，在真空條件下以蒸發鋰源對電極極片承載電極活性物質的一側表面進行真空蒸鍍鋰，形成蒸鍍鋰層；真空蒸鍍結束后，在維持真空腔體內的壓力≤1Pa的條件下，向真空腔體內通入高純氮氣，對所述蒸鍍鋰層進行氮化，在所述電極極片表面原位生成氮化鋰；所述高純氮氣為純度不低于99.999％的氮氣。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種鋰離子儲能器件電極原位補鋰的方法和應用。

背景技術

鋰離子電池是目前最具有應用前景的高效二次電池。在電池的首次循環中，負極材料與電解液間在形成固體電解質界面膜的過程中需要消耗大量的鋰源，結果導致較大的不可逆容量損失。因此，為電池補充一定數量的活性鋰，以提高電池容量發揮并延長電池循環壽命顯得尤為迫切。

金屬鋰由于其超高的比容量，是最為直接最為常見的補鋰試劑。一般將不同形式的鋰金屬，如鋰粉或鋰帶等，直接復合在負極極片表面。但是由于鋰作為一種活潑金屬會與空氣中的水分發生劇烈反應，因此該技術對設備和操作環境要求頗高，在實際應用中有一定的安全風險。相對而言，采用鋰鹽作為補鋰試劑更為簡單和安全，也即在不改變現有生產工藝的前提下，通過在電極活性物質勻漿時或在電極極片表面添加犧牲鋰鹽以達到補鋰效果。

氮化鋰因其高比容量、低分解電壓以及無多余產物生成，是一種極具吸引力的犧牲鋰鹽?，F有報道中一般都將其作為正極添加劑，使其在首圈充電過程中分解釋放鋰離子。

專利CN109346679A報道了一種利用氮化鋰提升鋰離子電池循環壽命的方法，其中將制得的氮化鋰漿料涂布在正極極片表面以達到引入氮化鋰的效果。事實上氮化鋰與傳統質子性溶劑如N-甲基吡咯烷酮(NMP)等極易發生化學反應，會影響氮化鋰效果的發揮。此外，漿料涂布的方式還會在電極表面增加粘結劑等物質，從而影響電池能量密度的發揮。因此，為了在電池體系中引入氮化鋰以提升電池性能，在有效性、穩定性、生產可行性及連續性等方面仍需要其他技術手段進行優化。

發明內容

本發明實施例提供了一種鋰離子儲能器件電極原位補鋰的方法和應用。

第一方面，本發明實施例提供了一種鋰離子儲能器件電極原位補鋰的方法，包括：

將電極極片放置于蒸鍍設備的真空腔體內，在真空條件下以蒸發鋰源對電極極片承載電極活性物質的一側表面進行真空蒸鍍鋰，形成蒸鍍鋰層；

真空蒸鍍結束后，在維持真空腔體內的壓力≤1Pa的條件下，向真空腔體內通入高純氮氣，對所述蒸鍍鋰層進行氮化，在所述電極極片表面原位生成氮化鋰；所述高純氮氣為純度不低于99.999％的氮氣；

其中，所述電極極片包括正極極片或負極極片。

優選的，在所述將電極極片放置于蒸鍍設備的真空腔體內之前，所述方法還包括：

對所述電極極片進行表面包覆處理，或者，對所述電極極片承載的電極活性物質進行顆粒包覆處理。

優選的，所述真空條件為氣壓在10^-2Pa以下。

優選的，所述維持真空腔體內的壓力≤1Pa的條件的方法具體為：實時調控高純氮氣流量使得真空腔體內的壓力保持在1Pa以下。

優選的，所述對所述蒸鍍鋰層進行氮化的時間為0.05小時-5小時。

優選的，所述在電極極片表面原位生成的氮化鋰占所述電極活性物質的質量比為0.01％-10％。

進一步優選的，所述蒸鍍鋰層的厚度為0.1um-5um。

第二方面，本發明實施例提供了一種電極原位補鋰的方法的應用，所述電極原位補鋰方法用于鋰離子電池或鋰離子電容器的電極制備。